Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất yaourt dạng lỏng năng suất 8 triệu lít/năm và yaourt dạng gel năng suất 7 triệu tấn/năm

ctometer không nhỏ hơn 1,029. Hàm lượng axit (tính theo axit lactic) không nhỏ hơn 0,2%. - Chỉ tiêu vi sinh vật của sữa tươi theo đúng quy định: Tổng số tạp trùng không được quá 50.000 vi khuẩn lạc trong 1ml sữa. Coliform nhỏ hơn 20 khuẩn lạc/1ml sữa. Không được có vi trùng gây bệnh. 2.1.2. Đường: Để tăng vị ngọt cho yaourt, người ta bổ sung đường (glucose, saccharose…) vào sữa trong qua trình chế biến. Đường có thể được bổ sung trực tiếp hoặc dưới dạng puree trái cây đối với những sản phẩm dành cho người ăn kiên, các nhà sản xuất sử dụng chất tạo ngọt, thông dụng nhất là aspartame. - Các chỉ tiêu của đường cát trắng RE: Chỉ tiêu cảm quan: vị ngọt không có mùi vị lạ, màu sắc trắng sáng, trạng thái đồng đều, không vón cục, không lẫn tạp chất. Chỉ tiêu hóa lý: . + Hàm lượng đường sacaroza tính bằng % chất khô: > 99,7%. + Độ ẩm < 0,05% + Hàm lượng đường khử tính bằng % : < 0,08% + Hàm lượng tro tính bằng % chất khô: < 0,05% + pH > 6 + Dư lượng SO2 < 7 mg/kg + Cỡ hạt trung bình: 0,6-0,9 mm Chỉ tiêu vi sinh: tổng số tạp trùng 200 tế bào/10gam; nấm men nấm mốc < 10 tế bào/10gam. Trái cây các loại như thơm, dâu, sơri, táo…được bổ sung vào yaourt thường dưới dạng puree. Có hai dạng puree : -Puree tự nhiên(không có bổ sung thêm đường) -Puree có bổ sung thêm đường. Hàm lượng đường trong puree thường chiếm 50 – 55%. 2.1.3. Chất ổn định (Phụ gia): Chất ổn định bổ sung vào nhằm tạo trạng thái bền vững, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Chất phụ gia đưa vào sản phẩm phải đạt các yêu cầu sau: - Không mang tính chất dinh dưỡng. - Không độc hại đối với sức khỏe con người. - Phải tuân theo những quy định của tổ chức lương thực thế giới (FAO), tiêu chuẩn Việt Nam. Trong công nghệ sản xuất sữa chua uống, sử dụng chất ổn định có kí hiệu 5846, hàm lượng từ 0,1% - 0,5% có thành phần chủ yếu là pectin, gelatin, tinh bột ngô biến tính. 2.1.4. Vi sinh vật: Bảng 1.2: Các giống vi sinh vật trong sản xuất yaourt Giống vi sinh vật Loại Vi khuẩn Lactobacillus L.delbrueckii L.delbrueckii ssp lactis L.delbrueckii ssp bulgaricus L.helveticus L.acidophilus L.casei L.kefir Lactococcus L.lactis ssp lactis L.lactis ssp lactis var diacetylatis L.lactis ssp cremoris Leuconostoc Stretococcus Pediococcus Acetobacter L.mesenteroides L.mesenteroides ssp dextranicum L. mesenteroides ssp cremoris S.thermophilus P.pentosaceus P.acidilactis A.aceti Nấm men Kluyveromyces Candida Saccharomyces Torulaspora K.marxianus ssp marxianus K. marxianus ssp bulgaricus K.lactis C.kefir S.cerevisiae S.lactis T.delbrueckii Nấm sợi Geotrichum G.candidum 2.2 Sản phẩm Yaourt được những người du mục vùng Mount Elbus phát hiện từ xưa. Ngày nay, Yaourt được tiêu thụ mạnh tại các nước vùng địa trung hải, trung tâm châu Âu và châu Á. Trên thị trường hiện nay sản phẩm yaourt rất đa dạng về chủng loại. Cấu trúc và mùi vị yaourt luôn được các nhà sản xuất hay đổi để phù hợp với thị hiếu và thói quen sử dụng của khách hàng tại các nước khác nhau. Ở các nước Tây Âu, sữa chua được sử dụng khá phổ biến từ đầu thế kỷ XX. Trạng thái, mùi vị của sữa chua yaourt có khác nhau ở mỗi vùng, đặc biệt độ đặc hoặc loãng phụ thuộc vào thị hiếu của mỗi nước. Sản phẩm yaourt có thể được phân loại như sau: - Yaourt truyền thống (Set type): Sản phẩm có cấu trúc gel mịn. Trong quy trình sản xuất yaourt truyền thống, sữa nguyên liệu sau khi được xử lí, cấy giống rồi được rót vào bao bì. Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đong và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm. -Yaourt dạng khuấy (Stirred type) : khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá huỷ một phần do sự khuấy trộn cơ học. Trong quy trình sản xuất yaourt dạng khuấy, sữa nguyên liệu được xử lí và cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì. Yaourt dạng khuấy sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như yaourt truyền thống. -Yaourt uống (drinking type) hay yaourt dạng lỏng: Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá huỷ hoàn toàn.Sản phẩm có dạng lỏng, khi sử dụng, người tiêu dùng không cần dùng muỗng. Điểm khác biệt là sau quá trình lên men, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hoá để phá huỷ cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm. -Yaourt lạnh đông (frozen type): sản phẩm có dạng tương tự như kem (ice-cream) quá trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo hỗn hợp sau lên men sẽ đươc đem đi xử lí và lanh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm (hardening) rồi bao gói . -Yaourt cô đặc (concentrated yaourt): Quy trình sản xuất bao gồm các giai đoạn quan trọng như : Lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và đóng gói sản phẩm. Trong quá trình cô đặc, người ta sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm. Yaourt cô đặc còn có tên gọi là strained yaourt hay labneh. Ngày nay, để đa dạng hoá hơn nữa sản phẩm yaourt trên thị trường, người ta có thể bổ sung thêm hương liệu, chất màu thực phẩm hoặc puree trái cây vào sản phẩm. Mặt khác phân loại yaourt dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm. Lượng chất béo trong yaourt có thể dao động từ 0 – 10%, thông thường là từ 0.5 – 3.5 %. Theo tổ chức y tế thế giới WHO và tổ chức nông lương FAO, sản phẩm yaourt có thể chia thành 3 nhóm sau: -Yaourt béo(Fat yaourt): Hàm lượng chất béo sản phẩm không thấp hơn 3% -Yaourt “ Bán gầy”(partially skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng 0.5 – 3% -Yaourt gầy (Skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo không lớn hơn 0.5% Sau quá trình lên men, yaourt có chứa sinh khối vi khuẩn lactic và một số enzyme ngoại bào do chúng tiết ra. Do đó, sản phẩm phải được bảo quản ở nhiệt độ thấp(2 – 40C) để hạn chế những biến đổi bất lợi có thể làm thay đổi mùi, vị và các chỉ tiêu chất lượng khác của yaourt. Các vi khuẩn lactic có trong yaourt rất có lợi cho quá trình tiêu hoá thức ăn ở cơ thể người. Ngoài các giá trị dinh dưỡng thông thường, một số nhà khoa học đã cho rằng sữa lên men yaourt còn có chức năng làm chậm quá trình lão hoá và kéo dài tuổi thọ cho người sử dụng. Để kéo dài thời gian bảo quản và giảm chi phí trong việc vận chuyển, bảo quản sản phẩm, người ta có thể sử dụng quá trình thanh trùng hoặc tiệt trùng UHT trong quy trình công nghệ sản xuẩt một số dạng yaourt. Khi đó, nhóm vi khuẩn lactic và các vi sinh vật bị nhiểm vào sản phẩm sẽ bị tiêu diệt hoặc ức chế. Yaourt uống – dạng lỏng – qua xử lí tiệt trùng UHT có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, một số quốc gia hiện nay không cho phép sử dụng nhiệt độ cao để tiêu diệt hoặc ức chế nhóm vi khuẩn lactic trong sản phẩm nhằm giữ lại những nét truyền thống cho sản phẩm yaourt và những lợi ích do nhóm vi khuẩn lactic mang đến cho người sử dụng. PHẦN 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ: Yaourt dạng gel Chất ổn định Chất ổn định Siro đường VSV Siro đường VSV Bao bì Bao bì Làm lạnh Rót Cream Sữa tươi Chờ rót Lên men Phối trộn Cấy giống lên men Rót Cấy giống Đồng hóa Phối trộn Đồng hóa Xử lý nhiệt Chuẩn hóa Kiểm tra Định lượng Yaourt dạng uống 3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ: 3.2.1 Thuyết minh các quá trình chung của hai dây chuyền sản xuất: 3.2.1.1 Kiểm tra: Việc kiểm tra nguyên liệu sữa được thực hiện khi mua sữa tại các trang trại nuôi bò sữa. Yêu cầu chỉ tiêu nguyên liệu phải đạt những chi tiêu đã nêu trên. 3.2.1.2. Định lượng: Mục đích: xác định trọng lượng nguyên liệu đưa vào cho mỗi mẻ sản xuất. 3.2.1.3. 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 đén 650C ở thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng, sau đó sẽ được bơm vào máy ly 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 ly tâm.Sau đó, một phần cream sẽ được phối trộn lại với sữa gầy để đạt hàm lượng chất béo theo yêu cầu sản xuất là 3,5%. Phần cream dư sẽ đưa đi xử lý tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream. -Các biến đổi chính: +Vật lý: khối lượng riêng tăng, độ nhớt giảm, nhiệt độ tăng,… -Thiết bị: máy ly tâm và hệ thống hiệu chỉnh hàm lượng chất béo hoàn toàn tự động. -Thông số kĩ thuât: +Nhiệt độ dòng sữa trước khi vào thiết bị ly tâm là 55-650C. +Thời gian ly tâm: 30 phút 3.2.1.4. Xử lý nhiệt: -Mục đích: + Tiêu diệt enzym và VSV. + Bài khí: tách các khí phân tán và hòa tan ra khỏi sữa nguyên liệu. + Ổn định thành phần protein có trong sữa và làm biến tính sơ bộ các protein sữa đặc biệt là các whey protein, cải thiện thành phần cấu trúc gel đông. Sử dụng chế độ nhiệt cần tránh tạo màu cho sản phẩm và để sản phẩm đạt độ nhớt nhất định. -Tiến hành: nhiệt độ sữa cần được tăng lên đến 90 – 950C thời gian là 3 phút. - Các biến đổi chính: +Vật lý: nhiệt độ tăng. +Hóa sinh và hóa lý: enzyme bị vô hoạt, một số protein hòa tan bị biến tính và hình thành các hợp chất phức tạp với casein. +Hóa học: xảy ra các phản ứng hóa học không có lợi: phản ứng phân hủy acid amin, phản ứng tạo màu và mùi caramen và Maillard. +Sinh học: ức chế hệ vi sinh vật có trong sữa đáp ứng các yêu cầu cho phép về vi sinh. 3.2.1.5. Đồng hóa: -Mục đích: Các hạt chất béo có trong sữa dễ dàng liên kết nhau tạo thành các hạt cầu béo có kích thước lớn hơn và nổi lên trên bề mặt, tạo thành màng gây nên sự phân lớp. Đây là một trong những nguyên nhân chính làm mất ổn định trạng thái của sữa trong quá trình bảo quản. Vì vậy đồng hóa nhằm làm giảm kích thước của các cầu béo tránh hiện tượng tách pha của chất béo trong quá trình lên men, làm chúng phân bố đều hơn, tăng sự đồng nhất cho sản phẩm yaourt. Quá trình đồng hóa sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc micelle của sữa và cải thiện cấu trúc gel của yaourt thành phẩm. -Tiến hành: ở áp lực 200-250 bar, nhiệt độ từ 65-700C. -Các biến đổi chính: +Vật lý: giảm kích thước của pha phân tán, nhiệt độ tăng, thể tích thay đổi. +Hóa lý: ổn định hệ nhũ tương. +Thiết bị đồng hóa 2 cấp. 3.2.2. Thuyết minh cho dây chuyền sản xuất yaourt dạng uống: 3.2.2.1. Lên men: Cấy giống: -Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men. -Tiến hành: giống được thực hiện trong quá trình lên men là 2 loại Lactobacillus bulgaricus và Streptococus thermophilus dưới dạng chế phẩm vi khuẩn lactic.Tiến hành hoạt hóa giống, sau đó cấy vào bồn lên men có chứa sữa .Có thể dùng cánh khuấy để phân bố đều tế bào vi khuẩn lactic vào môi trường sữa. Lên men: -Mục đích: chế biến. Đây là công đoạn chính, quan trọng trong công nghệ sản xuất yaourt. Tạo hương vị đặc trưng cho yaourt. -Bản chất: Bản chất của quá trình lên men chính là quá trình chuyển hóa đường trong sữa thành axit lactic và một số sản phẩm khác. Chủng vi sinh vật đùng để sản xuất sữa chua gồm hai loại : + Lactobacillus bulgaricus: là loại vi khuẩn điển hình phát triển tốt tại nhiệt độ t = 45 - 500C, nó tạo ra được 2,7% lượng axit lactic từ đường . + Streptococus thermophilus: phát triển mạnh tại nhiệt độ t = 500C, sinh sản tại nhiệt độ t = 37 - 400C, pH thấp . Trong sản xuất ta dùng hỗn hợp cả hai loại trên trong môi trường có độ pH = 4 - 4,5 , t = 40 – 420C. -Tiến hành: Thiết bị dạng hình trụ đứng, đáy hình chỏm cầu, được làm bằng thép không rỉ và có cánh khuấy. Trong suốt quá trình, nhiệt độ luôn được khống chế trong khoảng 42 – 430C. Thời gian tiến hành lên men là 2-3h. Giai đoạn lên men kết thúc khi độ chua của sữa đạt 70 – 80oD. Chú ý phải thường xuyên kiểm tra nhiệt độ, pH. 3.2.2.2. Phối trộn: -Sữa được đem đi phối trộn cùng với chất ổn định, si rô đường sacarose 70% với hàm lượng như đã tính và phối trộn đều các nguyên . -Tiến hành: sữa được bơm vào bồn trộn và cho các nguyên liệu khác vào.Quá trình trộn được giữ nhiệt hay điều chỉnh nhiệt độ nhờ lớp vỏ áo điều nhiệt bên ngoài và trộn đều là nhờ cánh khuấy bên trong. 3.2.2.3. Đồng hóa: Mục đích: giảm kích thước các hạt cầu béo, phân bố đều chúng trong sản phẩm, phá vỡ cấu trúc gel của khối đông, giảm độ nhớt, tăng độ đồng nhất của sản phẩm. Áp lực đồng hóa 50-200 bar. 3.2.2.4. Làm lạnh: Mục đích: sản phẩm được làm lạnh về 200C bằng nước lạnh. 3.2.2.5. Rót hộp vô trùng: -Mục đích: tránh sự xâm nhập của vi sinh vật vào sản phẩm trong quá trình rót. -Nhiệt độ rót: 200C -Bao bì: bao bì giấy 7 lớp của tetraPak, hình hộp chữ nhật, thể tích 250ml.bao bì giấy được cuộn thành hình ống và dán mí dọc. bao bì được dẫn qua bồn H2O2 35% để tráng thuốc sát trùng rồi được thổi không khí nóng vô trùng 1800C nhằm giải phóng oxi nguyên tử làm khô bao bì và đuổi lượng H2O2 dư. Sữa được rót vào bao bì khi đủ lượng sữa cần thiết thì máy ngừng rót đồng thời ngàm cắt sẽ cắt bịch sữa ra. Bịch sữa được gấp mép thành hình hộp chữ nhật, gắn ống hút, bao thành lốc 4 hộp rồi xếp vào thùng carton, chât lên pallet đua vào kho thành phẩm bảo quản ở nhiệt độ thấp ( 2-40C ). Thời gian bảo quản có thể kéo dài từ 1-2 tháng. 3.2.3. Thuyết minh cho dây chuyền sản xuất yaourt dạng gel: 3.2.3.1. Cấy giống: tương tự như dây chuyền sản xuất yaourt dạng lỏng. 3.2.3.2. Phối trộn: tương tự như dây chuyền sản xuất yaourt dạng lỏng. 3.2.2.3. Rót hộp: tương tự như dây chuyền sản xuất yaourt dạng lỏng. 3.2.2.4. Lên men: -Các bao bì chứa hỗn hợp sữa và giống vi khuẩn lactic được đưa vào phòng lên men. -Nhiệt độ lên men tối ưu là 42-430C. -Phòng lên men phải được vô trùng không khí và sạch sẽ. -Thời gian lên men kết thúc sau 2,5-3h. -Độ chua yaourt đạt 70-800D. 3.2.2.5. Làm lạnh: -Sản phẩm sau khi lên men tiếp tục được đưa vào phòng làm lạnh để hạ nhiệt độ đạt giá trị yêu cầu rồi đi đến kho bảo quản lạnh( 2-40C ). Thời gian bảo quản có thể kéo dài từ 1-2 tháng. PHẦN 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Bố trí lịch sản xuất Sữa tươi nguyên liệu được nhập từ nước ngoài về. Do nhu cầu sữa rất lớn nên sẽ được thu mua quanh năm. Số lượng sữa được thu mua nhiều hay ít phụ thuộc vào chất lượng, giá cả nguyên liệu, phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất của nhà máy trong tháng và các tháng sắp tới. Vì vậy phải thường xuyên tìm kiếm và lựa chọn các nhà cung ứng nguyên liệu cho phù hợp nhằm tìm ra nguồn cung cấp nguyên liệu có chất lượng tốt với giá cả hợp lí. Công nhân trong phân xưởng được nghỉ ngày chủ nhật và các dịp lễ Tết. Mỗi ngày công nhân làm việc 2 ca. Những tháng cao điểm có thể tăng lên 3 ca. Bảng 4.1: Biểu đồ bố trí sản xuất cho từng phân xưởng Tháng Số ngày sản xuất Yaourt dạng uống Yaourt dạng gel Ca/ngày Ca/tháng Ca/ngày Ca/tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 25 25 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 hay 3 2 hay 3 50 50 58 58 58 58 58 58 58 58 68 67 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 hay 3 2 hay 3 50 50 54 52 52 54 54 54 54 54 59 60 1 năm 280 699 647 4.2. Tính cân bằng vật chất: Dây chuyền sản xuất yaourt dạng lỏng: 8 triệu lit/năm Dây chuyền sản xuất yaourt dang gel: 7 triệu tấn/năm 4.2.1. Số liệu ban đầu: *Nguyên liệu : Sữa tươi + Chất khô 11,9% + Chất béo 3,9% *Thành phẩm: Yaourt dạng lỏng : + Chất khô 14 % + Chất béo 3,5% + Khối lượng riêng: 1,047 kg/l Yaourt dạng gel : +Chất khô: 16 % + Chất béo: 3,5% 4.2.2 Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất yaourt dạng uống: - Năng suất của dây chuyền tính theo l/ca: =11444,9 (l/ca) Tỉ trọng của sản phẩm sữa được tính theo công thức: (g/cm3) Trong đó: F: hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng) SNF: hàm lượng chất khô không béo trong sữa (% khối lượng) W: hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng) Đối với sữa chua dạng lỏng thì: (g/cm3) - Quy đổi sang kg/ca: 11444,9 x 1,028 =11765,4(kg/ca) Tiêu hao nguyên liệu cho từng công đoạn tính bằng % so với công đoạn trước đó Bảng 4.2: Tiêu hao nguyên liệu ở quy trình sữa chua dạng lỏng STT Tên công đoạn Tiêu hao (%) 1 Cấy giống, lên men 1 2 Phối trộn 0,1 3 Đồng hóa 0,2 4 Chờ rót 0,2 5 Rót hộp 1 (5) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn rót hộp và đóng gói: 11765,4 x =11884,2 (kg/ca) (4) Lượng dịch sữa trước khi vào bồn chở rót: 11884,2 x =11908,1 (kg/ca) (3) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn đồng hóa lần 2 11908,1 x =11931,9(kg/ca) (2) Tổng lượng dịch sữa và dịch đường bổ sung trước khi vào công đoạn phối trộn: 11931,9x =11943,9(kg/ca) Tính lượng đường bổ sung và lượng dịch sữa cần phối trộn với nhau: - Gọi x là lượng dịch sữa cần tìm có tổng hàm lượng chất khô 11,9% - Gọi y là lượng dịch đường 70% cần bổ sung Ta có hệ phương trình: 0,119x +0,7y = 0,14 x 11943,9 x + y = 11943,9 Û x = 11512,2 (kg/ca) y = 431,7 (kg/ca) Từ đó ta có lượng đường RE khô cần sử dụng: 431,7 x = 302,2 (kg/ca) Vì tiêu hao đường là 1% nên lượng đường khô thực tế cần sử dụng là: 302,2 x =305,3 (kg/ca) Lượng nước cần pha với đường khô 70 % để được dịch đường 70 %: 431,7 - 305,3 = 126,4(kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi lên men kể cả vi khuẩn giống cho vào: 11512,2 x =11628,5(kg/ca) Tính khối lượng dịch sữa , khối lượng chất ổn định và khối lượng vi khuẩn sử dụng cho quá trình lên men: - Khối lượng vi khuẩn thường dùng với tỉ lệ 3-5% so với lượng sữa dùng để lên men. Chọn mức trung bình 4% -Khối lượng chất ổn định khoảng 0,1% so với lượng sữa. - Gọi a,b,c lần lượt là khối lượng vi khuẩn giống,dịch sữa cần tìm, khối lượng chất ổn định.. Ta có hệ phương trình : a = 0,04b c =0,01b a + b+c = 11628,5 a = 443(kg/ca) b = 11074,8(kg/ca) c = 110,7(kg/ca) Vì quá trình bổ sung vi khuẩn giống hao hụt 0,5% nên lượng vi khuẩn giống thực tế sử dụng : 443x = 445,2 (kg/ca) 4.2.3. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất yaourt dạng gel: - Năng suất của dây chuyền tính theo kg/ca: =10819,2 (kg/ca) Tiêu hao nguyên liệu cho từng công đoạn tính bằng % so với công đoạn trước đó: Bảng 4.3: Tiêu hao nguyên liệu ở quy trình sữa chua dạng gel STT Tên công đoạn Tiêu hao (%) 1 Cấy giống 0,5 2 Phối trộn 0,1 3 Rót 1 4 Lên men 0,1 5 Làm lạnh 0,1 (5) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn làm lạnh 10819,2 x =10830 (kg/ca) (4) Lượng dịch sữa trước khi lên men: 10830 x =10840,8 (kg/ca) (3) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn rót 10840,8 x =10950,3 (kg/ca) (2) Tổng lượng dịch sữa và dịch đường bổ sung trước khi vào công đoạn phối trộn: 10950,3 x =10961,3 (kg/ca) Tính lượng đường bổ sung và lượng dịch sữa cần phối trộn với nhau: - Gọi x là lượng dịch sữa cần tìm có tổng hàm lượng chất khô 11,9% - Gọi y là lượng dịch đường 70% cần bổ sung Ta có hệ phương trình: 0,119x +0,7y = 0,16 x 10961,3 x + y = 10961,3 Û x = 10187,8 (kg/ca) y = 773,5 (kg/ca) Từ đó ta có lượng đường RE khô cần sử dụng: 773,5 x = 541,5 (kg/ca) Vì tiêu hao đường là 1% nên lượng đường khô thực tế cần sử dụng là: 650,23 x =547 (kg/ca) Lượng nước cần pha với đường RE khô để được dịch đường 70 %: 773,5 - 547 = 226,5 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi lên men kể cả vi khuẩn giống và chất ổn định cho vào: 10187,8 x =10239 (kg/ca) Tính khối lượng dịch sữa và khối lượng vi khuẩn sử dụng cho quá trình lên men: - Khối lượng vi khuẩn thường dùng với tỉ lệ 3-5% so với lượng sữa dùng để lên men. Chọn mức trung bình 4% - Khối lượng chất ổn định khoảng 0,1% so với lượng sữa. - Gọi a,b,c lần lượt là khối lượng vi khuẩn giống,dịch sữa cần tìm,khối lượng chất ổn định.. Ta có hệ phương trình : a = 0,04b c =0,01b a + b+c = 10239 a = 390,1(kg/ca) b = 9751,4(kg/ca) c = 97,5(kg/ca) Vì quá trình bổ sung vi khuẩn giống hao hụt 0,5% nên lượng vi khuẩn giống thực tế sử dụng : 390,1 x = 392,1(kg/ca) 4.2.4. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất chung: Tổng lượng dịch sữa sau khi đồng hóa lần thứ nhất là: 11074,8 + 9751,4 = 20826,2 (kg/ca) Tiêu hao nguyên liệu cho từng công đoạn tính bằng % so với công đoạn trước đó: Bảng 4.4: Tiêu hao nguyên liệu ở dây chuyển sản xuất chung STT Tên công đoạn Tiêu hao (%) 1 Kiểm tra 0,1 2 Định lượng 0,2 3 Chuẩn hóa 0,2 4 Xử lý nhiệt 0,3 5 Đồng hóa 0,2 (5) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn đồng hóa lần 1: 20826,2 x = 20867,9 (kg/ca) (4) Lượng dịch sữa trước khi xử lý nhiệt: Khoái löôïng söõa sau chuaån hoùa coù haøm löôïng chaát beùo 3,5%: 20867,9 x =20930,7 (kg/ca) (3) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn tiêu chuẩn hóa: 20930,7 x =21227,4(kg/ca) Khối lượng cream thu được:=254,2(kg/ca) (2) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn định lượng: 21227,4x = 21270 (kg/ca) (1) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn kiểm tra 21270x =21291,3 (kg/ca) Tổng kết cho tính cân bằng vật chất Bảng 4.5: Bảng tổng kết tiêu hao nguyên liệu STT Công đoạn Tiêu hao (%) Lượng sữa (kg/ca) Dịch đường 70% (kg/ca) Vi khuẩn (kg/ca) Chất ổn định (kg/ca) Chung cho cả hai dây chuyền 1 Kiểm tra 0,1% 21291,3 2 Định lượng 0,2% 21270 3 Chuẩn hóa 0,2% 21227,4 4 Xử lý nhiệt 0,3% 20930,7 5 Đồng hóa 0,2% 20867,9 Yaourt lỏng dạng uống 6 Cấy giống và lên men 1% 11074,8 445,2 110,7 7 Phối trộn 0,1% 11943,9 431,7 8 Đồng hóa 0,1% 11931,9 9 Bồn chờ rót(làm lạnh) 0,1% 11908,1 10 Rót hộp 0,1% 11884,2 Yaourt dạng gel 5 Cấy giống 0,5% 9751,4 390,1 97,5 6 Phối trộn 0,1% 10187,8 773,5 7 Rót hộp 1% 10950,3 8 Lên men 0,1% 10840,8 9 Làm lạnh 0,1% 10830 PHẦN 5: CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Tank chứa sữa tươi: - Ta có tỉ trọng ban đầu của sữa: d = 1,028(g/cm3). - Theo số liệu lượng sữa tươi ban đầu là: 21291,3 (kg/ca). - Lượng sữa tươi cần cho một ca sản xuất là = 20711,4 (lít/ca) -Ngày có 2 ca.Chọn bồn làm lạnh sữa đủ để sản xuất trong một ngày. - Lượng sữa cho một ngày sản xuất là: 20711,4x2 = 41422,8(lít/ca) -Hệ số chứa đầy: 0,85. - Thể tích bồn làm lạnh sữa cần chọn là: = 48732,7(lít/ca) - Chọn 2 bồn loại Tetra Alsafe LA có : Thể tích :30000lít. Đường kính : 3600mm. Chiều cao : 5650mm Khối lượng thiết bị : 6000kg Hình 1 :Bồn chứa sữa Tetra Alsafe LA Thể tích chiếm chỗ : 98,5 m3 Vật liệu chế tạo : thép không rỉ AISI 304 Áp suất làm việc cực đại : 300kPa (3 bar) 5.2. Thiết bị chuẩn hóa: - Lượng sữa vào chuẩn hóa là 21227,4 (kg/ca) Một ca chia làm 2 mẻ Thể tích sữa cần chuẩn hóa trong một mẻ là: = 10324,6 (l/mẻ) Thời gian chuẩn hóa 30 phút, năng suất của thiết bị là: =20649,2 (l/h) Thiết bị có năng suất thực tế lớn hơn tính toán 20% nên năng suất thiết bị là: =25811,5(l/h) -Chọn thiết bị ly tâm Tetra Alfast Plus của TetraPak - Các thông số kĩ thuật: Hình 2: Thiết bị ly tâm Tetra Alfast Plus +Năng suất: 5000-75000l/h +Kích thước thiết bị:DxRxC= 1425x1000x2600mm +Công suất: 0,5kW +Khối lượng thiết bị: 200kg +Khối lượng có bao bì vận chuyển: 430kg +Thể tích: 3,3 m3. 5.3.Thiết bị xử lý nhiệt: - Lượng sữa đem xử lý nhiệt là 21013,8 (kg/ca) - Thể tích sữa xử lý nhiệt trong một mẻ: = 10180,3 (lít/mẻ) -Chọn thời gian xử lý nhiệt là 30 phút.Năng suất thiết bị là: =20360,6 (lít/h) Thiết bị có năng suất thực tế lớn hơn năng suất tính toán là 20% nên năng suất thiết bị là: = 25450,8 (lít/h) Chọn thiết bị Tetra Plex C8 -Năng suất :35000 l/h -Việt liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316 -Kích thước tấm truyền nhiệt: 1250x375 -Diện tính bề mặt truyền nhiệt: 0.38 m2 -Bề dày mỗi tấm: 0.5/0.6/0.7 -Công suất: 2kW Hình 3: Thiết bị gia nhiệt bản mỏng 5.4. Thiết bị đồng hóa lần 1: - Lượng sữa đem đồng hóa là 20867,9 (kg/ca) - Thể tích sữa đòng hóa trong một mẻ: = 10149,8(lít/mẻ) -Chọn thời gian đồng hóa là 30 phút.Năng suất thiết bị là: Hình 4: Thiết bị đồng hóa Tetra Alex =20299,6(lít/h) Thiết bị có năng suất thực tế lớn hơn tính toán 20% Nên năng suất thiết bị là: =25374,5(l/h) Vậy chọn thiết bị đòng hóa Tetra Alex 400 của TetraPak.Các thông số của thiết bị: -Thiết bị đồng hóa hai cấp,áp suất làm việc cấp một là 250bar -Năng suất thiết bị: 27400l/h -Nước làm mát ( áp lực > 3bar,nhiệt độ cao nhất 250C: 400l/h -Hơi tiệt trùng ( áp lực >3bar ): 50kg/h -Năng lượng tiêu thụ trên 1000l sản phẩm:4,6 kWh -Lượng nước tiêu thụ trên 1000l sản phẩm:12 l/h -Tiếng ồn: 82dB - Kích thước thiết bị: DxRxC = 2075x1950x2005 mm -Kích thước không gian đặt thiết bị: DxRxC = 4500x4000x3000 mm -Công suất động cơ: N= năng suất x áp lực/30600 = kW -Khối lượng thiết bị: 5100 kg -Khối lượng động cơ: 1350 kg -Khối lượng bao bì khi vận chuyển: 800 kg -Thể tích khi vận chuyển: 15,5 m3. 5.5. Thiết bị đồng hoá lần 2: - Lượng sữa đem đồng hóa là 11931,9 (kg/ca) - Thể tích sữa đòng hóa trong một mẻ: = 5747,5 (lít/mẻ) -Chọn thời gian đồng hóa là 25 phút.Năng suất thiết bị là: =13794 (lít/h) Thiết bị có năng suất thực tế lớn hơn năng suất tính toán là 20% nên năng suất thiết bị là: = 17242,5 (lít/h) -Chế độ áp suất: +Áp suất đồng hóa cấp 1: 200bar +Áp suất đồng hóa cấp 1: 40bar +Nhiệt độ dòng sữa : 650C -Chọn thiết bị đồng hóa Tetra Alex 30 của TetraPak: áp lực đồng hóa 200bar, năng suất tối đa: 18.100l/h -Thông số kĩ thuật của thiết bị: +Công suất động cơ N= năng suất x áp lực đồng hóa/30600 kW N= 18100x200/30600= 118kW +Nước làm mát ( áp lực >300 kPa, nhiệt độ 250C, độ cứng <100dB):700l/h +Hơi tiệt trùng ( áp lực >300kPa ): 25 kg/h +Kích thước thiết bị: DxRxC = 2670x1700x1250 mm +Kích thước không gian đặt thiết bị: DxRxC = 4300x3300x1700 mm +Khối lượng thiết bị: 2855 kg +Khối lượng động cơ: 3780 kg +Khối lượng bao bì khi vận chuyển: 500 kg +Thể tích khi vận chuyển: 11,9 m3. +Năng lượng tiêu thụ trên 1000l sản phẩm: 8,2 kWh +Lượng nước tiêu thụ trên 1000l sản phẩm: 67 l/h + Hơi tiêu tốn trên 1000l sản phẩm: 3,4 kg/h +Tiếng ồn: 80dB 5.6.Thiết bị lên men: -Lượng sữa vào thiết bị lên men:10840,8 lít -Thể tích sữa lên men trong một mẻ: = 5601,4 (lít/mẻ) Thiết bị có năng suất thực tế lớn hơn năng suất tính toán là 20% nên năng suất thiết bị là: = 7001,7 (lít/mẻ) -Thời gian lên men:2.5h -Chọn thiết bị lên men của hãng IPP (International Process Plants) -Thể tích chứa tối đa: 12500 lít - Đường kính 2.2m chiều dài 2.5m -Vật liệu chế tạo: thép không rỉ -Có hệ thống ống dẫn nước nóng và lạnh để giúp nhiệt độ ổn định -Các bộ phận chính +Cánh khuấy +Cửa vào và cửa ra +Cửa quan sát +Nhiệt kế +Cửa vào và cửa ra của nước nóng hoặc lạnh +Hệ thống vệ sinh tự động Hình 5: Thiết bị lên men 5.7.Thiết bị cấy giống: Khối lượng sữa cần cho gây giống vi khuẩn là: 450,9kg Thể tích sữa lên men cho một ca sản xuất là: (lit/ca) Thiết bị cấy giống phải có thể tích lớn hơn thể tính tính toán là 20% nên thể tích của thiết bị là: (lit/ca) Chọn thiết bị phối trộn DSH -1 của hãng Sengli (Trung Quốc): Thể tính làm việc: 600 lít Vật liệu chế tạo: thép không rỉ Các bộ phận chính -Cánh khuấy -Cửa vào và cửa ra -Cửa quan sát -Nhiệt kế -Lớp vỏ áo để ổn định nhiệt độ -Hệ thống vệ sinh tự động Công suất: 4kW Hình 6 : Thiết bị cấy giống 5.8.Thiết bị phối trộn: - Lượng sữa đem phối trộn là 12164,5 (kg/ca) - Thể tích sữa xử lý nhiệt trong một mẻ: = 5859,6 (lít/mẻ) -Chọn thời gian phối trộn là 30 phút.Năng suất thiết bị là: =11719,2 (lít/h) Thiết bị có năng suất thực tế lớn hơn năng suất tính toán là 20% nên năng suất thiết bị là: = 14649 (lít/h) Chọn 2 cái thiết bị phối trộn LDSH – 15 của hãng Shuanglong Group (Trung Quốc). Thể tích làm việc: 15000 lit Kích thước: đường kính lớn nhất: 3442mm. Chiều cao: 6540mm Công suất: 55kW Khối lượng: 6400kg Vật liệu chế tạo: thép không rỉ Các bộ phận chính -Cánh khuấy -Cửa vào và cửa ra -Cửa quan sát -Nhiệt kế -Lớp vỏ áo để ổn định nhiệt độ -Hệ thống vệ sinh tự động Hình 7: Thiết bị phối trộn 5.9.Thiết bị rót cho dạng yaourt uống: -Lượng sữa vào thiết bị rót :11908,1 kg/ca -Thể tích sữa cần đóng gói trong một mẻ: =5736,1 (l/mẻ) -Chọn thời gian đóng gói 70 phút. -Mỗi hộp có thể tích 250ml nên năng suất thiết bị rót: Hình 8: Thiết bị đóng gói =19667 (hộp/h) -Chọn thiết bị đóng gói TBA/22 của TetraPak: -Năng suất thiết bị: 20.000 hộp/h - Loại hộp: Tetra Brik Aseptic 250 Baseline 5.10.Thiết bị rót cho dạng yaourt gel: -Lượng sữa vào thiết bị rót :10950,3 kg/ca -Thể tích sữa cần đóng gói trong một mẻ: =5229,4 (l/mẻ) -Chọn thời gian đóng gói 30 phút.Mỗi hộp có thể tích 110ml Nên năng suất thiết bị rót: =10459 (l/h) -Chọn thiết bị rót Bencopak: -Các đặc tính kĩ thuật của máy rót Bencopak: -Năng suất: 15000 lit/h -Số đầu rót : 8 -Thể tích của mỗi hộp sữa: 110 ml -Sai số khi rót : ± 2% -Nhiệt độ khuôn: 165-200 oC -Nhiệt độ hàn: 200-250 oC -Nhiệt độ dầu:30-35 oC -Áp suất dầu: 80-100 kg/cm2 -Kích thước: 5000 x 2100 x 2000 (mm) 5.11 Bồn chờ rót trong sản xuất yaourt uống: -Bồn làm bằng thép không rỉ, có hệ thống cánh khuấy, boàn coù lôùp voû aùo ñeå laøm laïnh söõa ôû nhieät ñoä : 4-60C -Khối lượng sữa chờ rót trong 1 ca là: 11908,1 (kg/ca) -Thể tích sữa chờ rót là:= 5736,1 (l/mẻ) Đặt mua bồn chờ rót có các thông số kĩ thuật sau: + Thể tích làm việc: 6000 l + Công suất cánh khuấy: 0,8 kW + Tốc độ khuấy: 150 vòng/phút + Nhiệt độ sữa ra: 40C + Thời gian làm lạnh: 2 giờ + Khối lượng thiết bị: 1200 kg + Kích thước (mm): D = 2000, H = 2500 5.12 Nồi nấu siro 70%: - Lượng sirô cần nấu : 773,5 + 431,7 = 1205,2 (kg/ca) - Đổi sang thể tích là : = 893,4 (lit/ca) (1,349 là khối lượng riêng của sirô 70% tính theo kg/lit) - Chọn nồi nấu 2 vỏ có cách khuấy và nắp đậy kín lại WM0-60 + Thể tích 600 lít + Áp suất hơi làm việc 29,5 (N/m2) + Tiêu thụ hơi 62 (kg/h) + Kích thước : 1000x 1066 (mm) + Khối lượng 810 kg 5.13. Thiết bị chứa chất ổn định: Lượng chất ổn định sử dụng trong một ca:110,7 + 97,5 = 208,2 (kg/ca) Đặt mua 1 thùng để chứa chất ổn định có kích thước: D = 350 mm H = 450 mm 5.14.Chọn bơm: -Bơm dùng để bơm sữa -Lượng sữa tối đa cần bơm vào khoảng 20711,4 (l/ca) -Thời gian bơm sữa vào bồn: 30 phút -Năng suất: 20711,4 x 60/30 = 41422,8 (l/h) -Chọn năng suất thực lớn hơn năng suất tính toán 20% - Năng suất thực của thiết bị: 41422,8/0,8 = 51778,5 (l/h) -Chọn bơm LHK-20 của hãng Alfa Laval -Thông số kỹ thuật: +Năng suất: 65 m3/h +Vật liệu: AISI 316 +Tốc độ quay: 3000 vòng/phút +Công suất động cơ: 4kW 5.15. Thiết bị CIP: - Chọn thiết bị Tetra Alcip 100: các dung dịch vệ sinh sẽ được hồi lưu để tái sử dụng. - Năng suất thiết bị: 45.000 l/h. - Hệ thống thiết bị được chia làm ba dãy. - Thành phần chính của hệ thống: + Bồn chưa xút + Bồn chứa acid. + Bồn chứa nước rửa sơ bộ. + Bồn chứa nước sạch. + Bồn chứa dung dịch hồi lưu để tái sử dụng + Hệ thống gia nhiệt bản mỏng + Bơm định lượng: hoạt động ở điện xoay chiều tần số 50/60Hz, điện thế 230/400V, công suất 0,55kW: năng suất 500 l/h. + Bơm cao áp: điện xoay chiều tần số 50Hz, điện thế sử dụng 400V, công suất bơm 11kW. + Bảng điều khiển: tần số 50/60 Hz, điện thế sử dụng 230V, công suất 0,5kW. + Nước sử dụng: 3 bar, năng suất 45.000 l/h. + Hơi nước: 3 bar, lớn nhất 1550 kg/h. + Khí nén để điều chỉnh van và bảng điều khiển: 6bar. + Kích thước thiết bị: DxRxC= 2x2,5x3m. PHẦN 6 : TÍNH NĂNG LƯỢNG 6.1.Tính hơi và chọn nồi hơi: Hơi cung cấp cho các công đoạn sản xuất, vệ sinh. *Các thông số của hơi gia nhiệt: − Dùng hơi gia nhiệt có áp suất 3 Bar − Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 bar: r1 = 2141 kJ/kg. − Giả sử hơi nước ngưng tụ 90% − Tổn thất nhiệt ra môi trường ngồi là 5% − Nhiệt dung riêng của sữa sau chuẩn hóa: C = 3,95 kJ/kgK 6.1.1 Tính hơi cho sản xuất: * Gia nhiệt trước chuẩn hóa: − Khối lượng sữa nguyên cần gia nhiệt trong một ngày: m1= 21227,4 x 2 = 42454,8 kg − Nhiệt độ sữa đi vào thiết bị gia nhiệt: t11= 40C − Nhiệt độ sữa sau gia nhiệt: t12 = 650C − Nhiệt dung riêng: C = 3,95 kJ/kgK − Nhiệt lượng cần cung cấp: Q1 = m1xC (t12 – t11) =21227,4 x 3.95 x (65-4) = 10.229.484,1 kJ/ ngày * Xử lý nhiệt: - Khối lượng sữa đi vào thiết bị trao đổi nhiệt: m2 = 20930,7x2=41861,4 kg - Nhiệt dung riêng của sữa: C = 3.95 kJ/kgK - Nhiệt độ sau khi chuẩn hóa: t21 = 650C - Nhiệt độ xử lý nhiệt: t22 = 950C - Nhiệt lượng cần cung cấp: Q2 = m2 x C x (t22 – t21) = 41861,4 x 3.95 x (95-65) = 4.960.575,9 kJ/ ngày - Tổng lượng hơi sử dụng trong một ngày: Q1+Q2 =10.229.484,1 + 4.960.575,9 =15.190.060 kJ/ngày -Lượng hơi sử dụng: HSX= 1.05 x Q/(0,9 x r1)=8277,3 kg/ngày. 6.1.2. Tính nước và hơi cho CIP: - Nước dùng để vệ sinh thiết bị trong một ngày sản xuất được tái sử dụng. - Lượng nước để vệ sinh thiết bị ở chế độ 1 lấy bằng 15% thể tích bồn lớn nhất là bồn nguyên liệu. V= 15%.30000 = 4500 l. - Các thiết bị tại các phân xưởng từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến khâu đóng gói đều được vệ sinh bằng hệ thống CIP. - Lưu lượng cho 1 lần CIP là 4500 l/h hay 4500kg/h - Đối với thiết bị trao đổi nhiệt hoặc thanh trùng (hoạt động ở nhiệt độ cao):chế độ I . - Mỗi lần CIP chạy nước nóng 500C trong 10 phút. Tổng thời gian CIP (I) trong ngày khoảng 30 phút. - Lượng nước cần dùng: G11 = 4500x30/60 = 2250 kg - Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho nước từ 280C đến 500C: Q11 = G11.Cn.(t2 – t1) = 2250x 4,18 x (50 – 28) = 206910 (kJ) - Chạy dung dịch xút 1% cho mỗi lần CIP trong 15 phút ở 600C. Thời gian chạy xút trong 1 ngày: 45 phút. - Lượng dung dịch xút 1% cần dùng: Gddx1 = 4500x45/60 = 3375 kg - Lượng xút cần dùng: GxI =1% x Gddx1 = 33,75 kg. (Xem khối lượng riêng của dung dịch gần đúng như của nước). - Lượng nước cần dùng: G12= 3341,25 kg - Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho dung dịch từ 28oC đến 60oC: Q12 = Gddx1xCnx (t2 – t1) = 3375x 4,18 x (60 – 28) =451440(kJ) - Chạy nước nóng 50oC để tráng rửa xút mỗi lần CIP trong 3 phút. Mỗi ngày chạy trong khoảng 10 phút: - Lượng nước cần dùng: G13 = 4500x10/60 =750 kg. - Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho nước từ 280C đến 500C: Q13 = G13.Cn.(t2 – t1) = 750 x 4,18 x (50 – 28) = 288.294,6 (kJ) - Chạy dung dịch acid 0,6% cho mỗi lần CIP là trong 10 phút ở 600C. Trung bình mỗi ngày chạy 30 phút: - Lượng dung dịch acid 0,6% cần dùng: Gdda1 = 4500 x 30/60 = 2250 kg. (Xem khối lượng riêng của dung dịch gần đúng như của nước). - Lượng acid cần dùng: Ga1= 0,6% x 2250=13,5 kg - Lượng nước cần dùng: G14= 2236,5 kg - Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho dung dịch từ 280C đến 600C: Q14 = Gdda1xCn x (t2 – t1) = 2250 x 4,18 x (60 – 28) = 300960(kJ) - Chạy nước lạnh 280C trong 3 phút. Mỗi ngày chạy 10 phút. - Lượng nước cần dùng: G15 = 4500*10/60 = 750 kg - Tổng kết cho chế độ vệ sinh loại I: - Tổng lượng nước cần: GI = G11+ G12+ G13+ G14+ G15 = 9327,75 kg - Tổng lượng hơi cần: HI = (Q11+ Q12 + Q13 + Q14 )/ (0,9x r1)= 647,5 kg - Lượng xút 1%: GxI = 33,75 kg - Lượng acid nitric 0,6%: GaI = 13,5 kg - Đối với các thiết bị khác: trong quy trình vệ sinh chỉ sử dụng nước và xút(chế độ II): - Chạy nước nóng 500C trong 3 phút. Mỗi ngày chạy trong 12 phút -Lượng nước cần dùng: G21 = 4500x 12/60 = 900 kg - Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho nước từ 28oC đến 50oC: Q21 = G21x Cnx (t2 – t1) = 900x 4,18x (50 – 28) = 82764 (kJ) - Chạy dung dịch xút 1% trong 6 phút ở 600C. Mỗi ngày chạy trong 25phút - Lượng dung dịch xút 1% cần dùng: Gddx2 = 4500x 25/60 = 1875 kg. - Lượng xút cần dùng: Gx2= 1% .Gddx2= 18,75 kg. - Lượng nước cần dùng: G22= 1856,25 kg -Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho dung dịch từ 28oC đến 60oC: Q22 = Gddx2x Cnx (t2 – t1) =1875. 4,18. (60 – 28) = 250800(kJ) - Chạy nước nóng 50oC để tráng rửa xút trong 3 phút. Mỗi ngày chạy trong 12 phút. - Lượng nước cần dùng: G23 = 4500x 12/60 = 900 kg - Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho nước từ 28oC đến 50oC: Q23 = G23x Cnx (t2 – t1) = 900x 4,18x (50 – 28) = 82764(kJ) - Chạy nước lạnh 28oC trong 8 phút. Mỗi ngày chạy trong 25 phút. - Lượng nước cần dùng: G24 = 4500x 25/60 = 1875 kg - Tổng kết cho chế độ vệ sinh loại II: - Tổng lượng nước cần: GII = G21 + G22 + G23 + G24 = 5531,25 kg - Tổng lượng hơi cần: HII = (Q21 +Q22 +Q23)/(0,9x r1)= 218,4 kg - Lượng xút GxII = 33.75kg - Tổng kết cho tồn phân xưởng: - Tổng lượng nước cần dùng để chạy CIP trong một ngày: GCIP= GI+GII= 9327,75 + 5531,25= 14859kg - Tổng lượng hơi cần dùng để chạy CIP trong một ngày: HCIP= HI+HII= 647,5 + 218,4= 865,9 kg - Tổng nhiệt lượng cần dùng để chạy CIP trong một ngày: QCIP= 1.663.932,6 kj 6.1.3 Chọn nồi hơi: -Tổng lượng hơi dùng trong xưởng: H= Hsx+HCIP= 8277,3+865,9= 9143,2 kg -Tổng nhiệt lượng cần dùng: Q= QSX+QCIP= 15.190.060 +1.663.932,6= 16.853.992,6 kj/ngày - Lượng hơi sử dụng trung bình trong 1 giờ: Htb = H /24 =9143,2 /24 = 381 kg/h - Chọn hệ số sử dụng đồng thời k = 1,4 - Năng suất hơi tối thiểu của lò hơi: 381 x 1,4 = 533,4 kg/h - Chọn nồi hơi kiểu B8/40 của Liên Xô chế tạo, với các thông số : + Năng suất hơi: 1500 -1200 (kg/h) + Ap suất hơi 9 at + Kích thước : 4200 x 3570 x 3850 (mm) + Mặt chịu nhiệt : 42 (m2) 6.2. Tính lạnh và chọn máy nén lạnh: 6.2.1.Tính lạnh: - Khối lượng sữa tươi cần dùng trong 1 ngày: m1 = 21291,3 x 2= 42582,6 kg sữa. - Nhiệt dung riêng của sữa tươi :C = 3,95 kJ/kgK - Nhiệt độ sữa tươi lấy ra khỏi xe bồn: t11 = 6oC - Nhiệt độ sữa tươi khi bảo quản lạnh : t12 = 4oC - Nhiệt lượng làm lạnh sữa tươi nguyên liệu: Q1 = m1x Cx (t11 – t12) = 42582,6 x 3.95x (6-4)= 33642,54 kJ - Nhiệt lượng giữ lạnh cho sữa tươi khi bảo quản trong bồn: Q’1 - Chọn Q’1 = 20% x Q1 = 20% x 33642,54 =67280,51 kJ - Làm nguội dung dịch sữa trước khi cấy giống yaourt dạng uống: -Khối lượng sữa đi vào thiết bị trao đổi nhiệt: m2 = 11628,5x 2=23257 kg -Nhiệt dung riêng của sữa:C = 3.95 kJ/kgK -Sau khi xử lý nhiệt và làm nguội một phần nhờ dòng sản phẩm đi vào, sữa có nhiệt độ t21= 60oC, tiếp tục được làm nguội xuống t22= 43oC. -Nhiệt lượng làm nguội sữa: Q2 = m2x Cx (t21 – t22) =23257x 3.95x (60-43)= 1561707,6 kJ - Làm nguội dung dịch sữa trước khi cấy giống yaourt dạng gel: - Khối lượng sữa đi vào thiết bị trao đổi nhiệt:m3=10239x2=20478 kg - Sau khi xử lý nhiệt và làm nguội một phần nhờ dòng sản phẩm đi vào, sữa có nhiệt độ t31= 60oC, tiếp tục được làm nguội xuống t22= 43oC. - Nhiệt lượng làm nguội sữa: Q3 = m3x Cx (t31 – t32) =20478x 3.95x (60-43)= 1375097,7 kJ - Làm mát dịch sữa trước khi rót ở yaourt dạng uống: - Khối lượng sữa được làm lạnh: m4 = 11908,1x2=23816,2 kg - Sữa sau khi đồng hóa được làm nguội từ 65oC đến 20oC - Nhiệt lượng làm mát sữa: Q4 = m4x Cx (t41 – t42) = 23816,2x 3.95x (65-20)= 4233329,6 kJ - Làm mát dịch sữa trước khi rót ở yaourt dạng gel: - Khối lượng sữa được làm lạnh: m5 = 10830x2= 21660 kg - Sữa sau khi đồng hóa được làm nguội từ 65oC đến 20oC - Nhiệt lượng làm mát sữa: Q5 = m5x Cx (t51 – t52) =21660x 3.95x (65-20)= 3850065 kJ 6.2.2.Chọn máy nén lạnh: Các thiết bị làm lạnh sữa tươi, làm mát dịch yaourt uống đều dùng nước 20oC để làm mát sản phẩm. - Nhiệt lượng cần làm lạnh: QL1 = 1,05x (Q1 + Q1’ + Q2 + Q3+Q4+Q5) =1.05x(33642,54+67280,51+1561707,6+1375097,7+4233329,6+3850065) =11121122,95 kJ/ngày Trong đó: xem tổn thất lạnh trên đường ống là 5% - Tải lạnh trung bình: Qtb1 = QL1 / 24 = 463380,1229 kJ/h - Chọn hệ số sử dụng đồng thời k = 1,6 - Năng suất lạnh tối thiểu của máy nén: QMN1 = Qtb1 x k = 463380,1229 x1,6=741408,2=205,9 kW Chọn 3 máy nén lạnh -Chọn máy nén của hãng Mycom: + Năng suất lạnh: 250.000 kcal/h. + Công suất tiêu thụ: 100kW. + Kích thước: 1660x1560x1320mm. + Dung tích quét của piston: 720 m3/h. + Tóc độ quay: 720 vòng/ phút. + Số xilanh: 10. + Hành trình piston: 130. 6.3.Tính điện: 6.3.1. Điện sản xuất: Công suất tiêu thụ điện của các thiết bị chính trong phân xưởng sản xuất Bảng 6.1 : Công suất tiêu thụ điện của các thiết bị chính STT Tên thiết bị Số lượng Công suất tiêu thụ, kW Tổng công suất, kW 1 Tank chứa sữa tươi 2 0,8 1,6 2 Thiết bị chuẩn hóa 1 0,5 0,5 3 Thiết bị xử lý nhiệt 1 2 2 4 Thiết bị đồng hóa 1 1 224 224 5 Thiết bị đồng hóa 2 1 118 118 6 Thiết bị lên men 1 4 4 7 Thiết bị cấy giống 1 4 4 8 Thiết bị phối trộn 2 55 110 9 Thiết bị rót cho dạng yaourt lỏng 1 25 25 10 Thiết bị rót cho dạng yaourt gel 1 22 22 11 Bơm 1 4 4 12 Thiết bị CIP 1 11 11 13 Máy nén lạnh 2 100 200 Tổng cộng 726,1 -Tổng công suất của các thiết bị chính: 726,1 kW -Công suất của hệ thống cấp nước, xử lí nước thải hệ thống máy thiết bị lạnh… bằng 10% công suất của các thiết bị chính. -Công suất điện động lực của phân xưởng: Pđl= 1,1x 726,1 =798,71 kW -Công suất tính toán: 0,6x 798,71= 479,226 kW ( hệ số sử dụng không đồng thời ) 6.3.2. Điện dân dụng: - Lấy bằng 10% điện động lực: Pdd = 0,1 . Pđl = 0,1 x798,71 = 79,871 kW -Công suất tính toán: 0,6x 79,871 = 47,9226 kW ( hệ số sử dụng không đồng thời ) 6.3.3. Chọn ổn áp: -Để đảm bảo phân xưởng hoạt động liên tục, chọn máy ổn áp có công suất sao cho phụ tải làm việc với công suất bằng 80% công suất định mức của phân xưởng, khi đó máy sẽ làm việc kinh tế nhất. Khi đó, ta có: - Dựa vào catalogue của hãng LiOA, ta chọn máy ổn áp NL – 80000 W/3 - Các thông số kỹ thuật: + Ổn áp Lioa 3 phase 1000 KVA + Điện áp vào: 300-460 V (380±20%) + Điện áp ra: 380 V (±1%~±5%) + Tần số: 50 Hz + Trọng lượng:3000 kg. PHẦN 7 : TÍNH XÂY DỰNG Phân xưởng sản xuất chính: - Các thiết bị trong phân xưởng không quá kồng kềnh, thiết bị trao đổi nhiệt cũng không lớn lắm, đường ống vẩn chuyển dễ. - Phân xưởng được đặt ở trung tâm của nhà máy, chọn phân xưởng sản xuất dạng chữ i có các đặc điểm sau: - Chiều dài : 54 m - Chiều rộng : 18 m - Chiều cao : 10 m - Bước cột : 6 m PHẦN 8 : AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH 8.1. An toàn lao động : An toàn lao động trong nhà máy đóng vai trò rất quan trọng . Nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất , sức khoẻ và tính mạng của công nhân cũng như tình trạng máy móc, thiết bị . Vì vậy cần phải quan tâm đúng mức , phổ biến rộng rãi để người công nhân hiểu rõ được tầm quan trọng của nó . Nhà máy cần phải đề ra nội quy , biện pháp chặt chẽ để đề phòng . 8.1.1. Tai nạn xảy ra do các nguyên nhân chủ yếu sau : - Tổ chức lao động và sự liên hệ giữa các bộ phận không chặt chẽ . - Các thiết bị bảo hộ lao động còn thiếu hoặc không đảm bảo an toàn . - Ý thức chấp hành kỷ luật của công nhân chưa cao . - Vận hành thiết bị , máy móc không đúng quy trình kỹ thuật . - Trình độ lành nghề và nắm vững về mặt kỹ thuật của công nhân còn yếu . - Các thiết bị , máy móc được trang bị không tốt hoặc chưa hợp lý . 8.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động : - Công tác tổ chức quản lý nhà máy : có nội qui, qui chế làm việc cụ thể cho từng bộ phận, phân xưởng sản xuất. Máy móc thiết bị phải có bảng hướng dẫn vận hành và sử dụng cụ thể. - Bố trí lắp đặt thiết bị phù hợp với quá trình sản xuất . Các loại thiết bị có động cơ như : Gàu tải , máy nghiền ¼phải có che chắn cẩn thận . - Các đường ống hơi nhiệt phải có lớp bảo ôn , có áp kế . - Phải kiểm tra lại các bộ phận của máy trước khi vận hành để xem có hư hỏng gì không , nếu có phải sửa chữa kịp thời . - Kho xăng , dầu , nguyên liệu phải đặt xa nguồn nhiệt . Trong kho phải có bình CO2 chống cháy và vòi nước để chữa lửa . Ngăn chặn người vô phận sự vào khu vực sản xuất và kho tàng . Không được hút thuốc lá trong kho . - Người công nhân vận hành máy phải thực hiện đúng chức năng của mình, phải chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu máy móc bị hư hỏng do quy trình vận hành của mình . - Công nhân và nhân viên phải thường xuyên học tập và thực hành công tác phòng cháy nổ. 8.1.3.Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động : * Đảm bảo ánh sáng khi làm việc : Các phòng, phân xưởng sản xuất phải có đỏ ánh sáng và thích hợp với từng công việc. Bố trí hệ thống đèn chiếu sáng đảm bảo không bị lấp bóng hoặc lóa mắt. Bố trí cửa phù hợp để tận dụng ánh sáng tự nhiên. * Thông gió : Nhà sản xuất và làm việc phải được thông gió tốt .Phân xưởng nấu thải nhiều nhiệt cần phải bố trí thêm quạt máy , tạo điều kiện thoải mái cho công nhân làm việc. * An toàn về điện : - Hệ thống điện điều khiển phải được tập trung vào bảng điện, có hệ thống chuông điện báo và hệ thống đèn màu báo động. - Trạm biến áp, máy phát phải có biến báo, bố trí xa nơi sản xuất - Các thiết bi điện phải được che chắn, bảo hiểm. - Trang bị bảo hộ lao động đầy đủ cho công nhân cơ điện. * An toàn sử dụng thiết bị : - Thiết bị, máy móc phải sử dụng đúng chức năng , đúng công suất - Mỗi loại thiết bị phải có hồ sơ rõ ràng . Sau mỗi ca làm việc phải có sự bàn giao máy móc, nêu rõ tình trạng để ca sau xử lý . - Thường xuyên theo dõi chế độ làm việc của máy móc , thiết bị . - Có chế độ vệ sinh, sát trùng, vô dầu mỡ cho thiết bị . - Phát hiện và sửa chữa kịp thời khi có hư hỏng * Phòng chống cháy nổ : Yêu cầu chung: - Nguyên nhân xảy ra cháy nổ là do tiếp xúc với lửa , do tác động của tia lửa điện , do cạn nước trong lò hơi , các ống hơi bị co giãn , cong lại gây nổ . - Đề phòng cháy nổ cần phải tuyệt đối tuân theo các thao tác về thiết bị đã được hướng dẫn . - Không hút thuốc tại kho nguyên liệu , xăng dầu , gara ô tô .v.v. - Có bể chứa nước chữa cháy., thiết bị chữa cháy . - Thường xuyên tham gia hội thao phòng cháy chữa cháy. Yêu cầu trong thiết kế thi công: - Tăng tiết diện ngang của cấu trúc và bề dày lớp bảo vệ cấu kiện bêtông cốt thép. - Bố trí khoảng cách các khu nhà trong mặt bằng sao cho hợp lý để thuận lợi trong phòng và chữa cháy. - Xung quanh nhà lạnh cần phải có đường ôtô ra vào để phòng và chữa cháy Yêu cầu đôi với trang thiết bị: -Đối với thiết bị dễ cháy nổ cần tuân thủ một cách nghiêm ngặc những qui định về thao tác, sử dụng và cần đặt cuối hướng gió. * An toàn với hoá chất : - Các hoá chất phải đặt đúng nơi quy định . Khi sử dụng phải tuân theo quy định đề ra để tránh gây độc hại , ăn mòn và hư hỏng thiết bị . * Chống sét : Để đảm bảo an toàn cho các công trình trong nhà máy , phải có cột thu lôi cho những công trình ở vị trí cao . 8.2. Vệ sinh công nghiệp : Vấn đề vệ sinh công nghiệp có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với nhà máy bia. Nếu tiêu chuẩn vệ sinh trong nhà máy không đảm bảo sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật gây bệnh phát triển , làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và sức khoẻ của người tiêu dùng và công nhân . 8.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân : Vấn đề này yêu cầu rất cao , đặc biệt là công nhân trực tiếp làm việc tại các phân xưởng sản xuất chính . - Công nhân phải ăn mặc quần áo sạch sẽ . Khi vào sản xuất phải mặc đồng phục của nhà máy , đội mũ , đeo khẩu trang , đi ủng và mang găng tay . - Không được ăn uống trong khu vực sản xuất . - Thực hiện tốt chế độ khám sức khoẻ cho công nhân theo định kỳ 6 tháng một lần . Không để người đau ốm vào khu vực sản xuất . 8.2.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị : - Máy móc thiết bị trước khi bàn giao lại cho ca sau phải được vệ sinh sạch sẽ. - Đối với thùng lên men sau khi giải phóng hết lượng dịch lên men , cần phải vệ sinh sát trùng kỹ để chuẩn bị lên men lượng dịch lên men tiếp theo . 8.2.3. Vệ sinh xí nghiệp : - Trong các phân xưởng sản xuất , sau mỗi mẻ , mỗi ca cần phải làm vệ sinh khu làm việc . - Thường xuyên kiểm tra việc thực hiện vệ sinh trong và ngoài các phân xưởng . KẾT LUẬN Ngày nay, sữa đã trở thành một nguồn thực phẩm thiết yếu với nhiều chủng loại sản phẩm phong phú trong đó sữa chua là một trong những dòng sản phẩm được yêu thích nhất. Không chỉ các nhãn hiệu sữa ngoại xuất hiện ngày càng nhiều ở nước ta mà các nhà máy chế biến sữa của Việt Nam cũng đang gia tăng hoặc mở rộng sản xuất nhằm chiếm lĩnh thị phần trong nước, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng. Vì vậy, việc xây dựng phân xưởng sản xuất sữa chua trong tương lai là cần thiết và có tính khả thi. Có thêm phân xưởng giúp mở rộng sản xuất, tăng sản lượng sữa chua sản xuất, nâng cao tính cạnh tranh của ngành sữa trong nước với ngành sữa trên thế giới. Trong bản thiết kế này, phân xưởng được thiết kế đã đáp ứng các yêu cầu về nguyên liệu và sản phẩm, thiết bị lựa chọn hiện đại, chuyên dụng, an toàn và dễ vận hành tuy nhiên vẫn còn tiêu hao nhiều năng lượng và chiếm nhiều diện tích nhà xưởng. Do trình độ còn hạn chế, thời gian có hạn, thiếu kinh nghiệm trong thực tế sản xuất nên bản thiết kế không tránh khỏi thiếu sót: - Phần chọn thiết bị: Do khả năng tìm tài liệu trên mạng còn hạn chế, một số nhà sản xuất không muốn giới thiệu đầy đủ tất cả thông số kỹ thuật về thiết bị công nghệ của họ trên internet nên không tìm được một số thiết bị hoặc thông tin về thiết bị không đầy đủ, rõ ràng. - Phần tính năng lượng: Do không tìm được đầy đủ thông số công suất của thiết bị nên phần tính điện nước cũng chưa được chính xác. Tuy nhiên sau khi hoàn tất Đồ án chuyên ngành này đã giúp cho em học hỏi thêm nhiều kiến thức mới, những điều bổ ích để từ đó rút ra kinh nghiệm, tích lũy kiến thức, chuẩn bị hành trang cần thiết bước vào đời. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.KTS. Vũ Duy Cừ-Qui hoạch khu công nghiệp-NXB xây dựng 2000 [2] Nguyễn Thị Hiền, Vai trò của nước và hệ thống tẩy rửa khử trùng (CIP) trong nhà máy thực phẩm, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2003, 103 trang [3] Trần Thanh Kỳ, Thiết kế lò hơi, NXB Trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh,1990, 220 trang [4] Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB Khoa học & Kỹ thuật, HàNội, 2002, 350 trang [5] Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống, tập 1, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2004, 296 trang [6] Ngô Hồng Quang, Giáo trình cung cấp điện, NXB Giáo dục, 2005, 216 trang [7] Lâm Xuân Thanh, Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2003, 196 trang [8] Lê Bạch Tuyết, Các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1996, 360 trang [9] Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuôn – Hồ Lệ Viên, Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hố chất, tập 1, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 1992, 630 trang [10] Gosta Bylund, Dairy processing hanbook, Tetra Pak Processing System, Sweden, 1995, 436 trang [11] Fox P.F., Sweeney P.L.H.Mc, Dairy chemistry and biochemistry, Blackie academic & professional, New York, 1998, 463 trang [12] Walstra P., Geurts T.J., Noomen A., Jellema A., Dairy technology – principle of milk properties and processes, Marcel Dekker Inc., 1999, 727 trang [13] Web: