Thiết kế phân xưởng sản xuất trà sữa Trân châu

Đồ án môn học thiết kế phân xưởng sản xuất trà sữa trân châu

MỤC LỤC

Lời mở đầu 6 Chương 1 7

1.1 Giới thiệu 7

1.2 Lựa chọn sản phẩm 7

1.3 Địa điểm xây dựng nhà máy 8

Chương 2 11 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 11 2.1 Nguyên liệu 11

2.1.1 Sữa bột gầy 11

2.1.2 Trân châu 12

2.1.3 Trà 13

2.1.4 Đường saccharose 16

2.1.5 Nước 16

2.2 Qui trình công nghệ sản xuất trà sữa trân châu 19

2.2.1 Nấu syrup 19

2.2.2 Làm nguội 20

2.2.3 Hoàn nguyên sữa 21

2.2.4 Trích ly trà 22

2.2.5 Phối trộn 22

2.2.6 Lọc 22

2.2.7 Rót và đóng chai 22

2.2.8 Tiệt trùng 22

2.3 Sản phẩm trà sữa trân châu 23

Chương 3 24 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 24

3.1 Các thông số tính toán 24

3.2 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg trà nguyên liệu 25

3.3 Tính cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất 26

Chương 4 27 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH 27 4.1 Thiết bị trích ly trà 27

4.2 Thiết bị lọc trà 28

4.3 Thiết bị hoàn nguyên sữa 30

4.4 Thiết bị nấu syrup 32

4.5 Thiết bị làm nguội 33

4.6 Thiết bị phối trộn 34

4.7 Thiết bị rót bao bì và đóng nắp 35

4.8 Thiết bị tiệt trùng 36

4.9 Tổng kết các thiết bị trong phân xưởng 38

4.10 Phân bố thời gian làm việc của các thiết bị và bố trí công nhân trong 1 ca sản xuất.39 Chương 5 40 TÍNH NỒI HƠI -ĐIỆN-NƯỚC 40 5.1 Tính hơi và chọn nồi hơi 40

5.1.1 Quá trình nấu syrup 40

5.1.2 Quá trình tiệt trùng 40

5.2 Tính toán điện 41

5.2.1 Tính điện động lực: điện vận hành thiết bị 41

5.3 Tính toán nước dùng trong sản xuất 42

5.3.1 Nước công nghệ dùng trong quy trình sản xuất: 42

5.3.2 Nước vệ sinh thiết bị, nước vệ sinh nhà máy, nước sinh hoạt 42

Chương 6 43

6.1 Tính diện tích thiết bị 43 6.2 Tính diện tích kho chứa nguyên liệu, bao bì và sản phẩm 44 6.3 Tổng diện tích mặt bằng 44

Tài liệu tham khảo 45

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1: Chỉ tiêu cảm quan của sữa bột gầy 11

Bảng 2.2: Các chỉ tiêu hóa lý của sữa bột gầy 11

Bảng 2.3: Hàm lượng kim loại nặng trong sữa bột gầy 12

Bảng 2.4: Hình dạng bên ngoài của trân châu 13

Bảng 2.5: Tiêu chuẩn hóa lý của trân châu 13

Bảng 2.6: Tiêu chuẩn vi sinh 13

Bảng 2.7 : Bảng tiêu chuẩn trà xanh (TCVN 1457-83) 14

Bảng 2.8: Bảng tiêu chuẩn trà xanh (TCVN 1457-83) 15

Bảng 2.9: Chỉ tiêu hóa lý cuả đường saccharose 16

Bảng 2.10: Các chỉ tiêu của nước dùng trong sản xuất 16

Bảng 2.11: Chỉ tiêu cảm quan sản phẩm trà sữa trân châu 23

Bảng 2.12: Chỉ tiêu hóa học sản phẩm trà sữa trân châu 23

Bảng 3.1: Các thông số của nguyên liệu trà, sữa 24

Bảng 3.3: Thông số quá trình trích ly trà 24

Bảng 3.4: Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất 26

Bảng 4.1: Thông số thiết bị trích ly trà 28

Bàng 4.2: Thông số công nghệ của thiết bị lọc trà 30

Bảng 4.3: Thông số thiết bị hoàn nguyên sữa 31

Bảng 4.4: Thông số kĩ thuật thiết bị nấu syrup 33

Bảng 4.5: Thông số thiết bị làm nguội 34

Bảng 4.6: Thông số thiết bị phối trộn 35

Bảng 4.7: Thông số thiết bị rót và đóng nắp 36

Bảng 4.8: Thông số công nghệ thiết bị tiệt trùng 37

Bảng 4.9: Tổng kết các thiết bị trong phân xưởng 38

Bảng 4.10: Phân bố thời gian làm việc của các thiết bị và bố trí công nhân trong 1 ca sản xuất .39 Bảng 5.1: Thông số nồi hơi 41

Bảng 5.2: Công suất điện của các thiết bị chính trong nhà máy 41

Bảng 6.1: Kích thước thiết bị sử dụng trong qui trình 43

Bảng 6.2: Bảng tổng kết nguyên liệu trong 1 ngày 44

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1: Sản phẩm trà sữa trên thị trường 7

Hình 1.2: Bản đồ qui hoạch chung 8

Hình 2.1: Trân châu 12

Hình 2.2: Trà đen 13

Hình 2.3: Qui trình công nghệ sản xuất trà sữa trân châu 19

Hình 2.1: Thiết bị nấu syrup 20

Hình 2.2: Nguyên lý làm việc của thiết bị dạng bản mỏng 21

Hình 4.1: Thiết bị trích ly trà 27

Hình 4.2: Khung và bản 28

Hình 4.3: Thiết bị lọc khung bản 29

Hình 4.4: Thiết bị hoàn nguyên sữa 30

Hình 4.5: Bảng vẽ thiết bị hoàn nguyên sữa 31

Hình 4.6: Thiết bị nấu syrup 32

Hình 4.7: Thiết bị làm nguội 33

Hình 4.8: Bản vẽ thiết bị làm nguội 34

Hình 4.10: Thiết bị rót và đóng nắp 36

Hình 4.11: Thiết bị tiệt trùng Hydrolock 37

Lời mở đầu

Ngành công nghiệp nước giải khát phát triển mạnh nhằm đáp ứng nhu cầu của người dân

về những sản phẩm nước giải khát mang lại giá trị dinh dưỡng cao, và đảm bảo vệ sinh an toànthực phẩm

Vì vậy, ngoài các sản phẩm nước ngọt có gas thông dụng các loại nước uống có nguồngốc thiên nhiên đang càng ngày được yêu thích tại Việt Nam

Trà sữa trân châu là một loại thức uống bổ dưỡng có nguồn gốc từ Đài Loan, làm từ tràtrộn với sữa và hạt trân châu làm từ bột sắn hay các loại thạch trái cây Uống nước trà giúp tăngcường hoạt động của hệ thần kinh, gây hưng phấn, sảng khoái, xua tan mệt mỏi và sản phẩm cóchứa các chất có hoạt tính chống oxi hóa Sữa có giá trị dinh dưỡng cao vì có hàm lượng proteincao, tỉ lệ cân đối các acid amin không thay thế

Thời gian gần đây trà sữa đã trở thành món “ruột” của các bạn trẻ vì hương vị mới lạ củaloại thức uống này Do đó, nhiều quán trà sữa mở ra trong thành phố và các tỉnh nhưng chấtlượng thì ít được quan tâm

Đáp ứng nhu cầu của thị trường sản phẩm trà sữa trân châu đóng chai ra đời mang lại tínhtiện dụng, tiết kiệm thời gian, giá cả hợp lý và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

Trà trân châu bắt nguồn từ Đài Loan vào đầu thập niên 1980 Nancy Yang, một chủ quán tràngười Đài Loan đã thử thêm trái cây, sirô, khoai lang tẩm đường, và trân châu vào trà sữa Mặc

dù thức uống này lúc đầu không phổ biến, nhưng một số đài truyền hình Nhật Bản đã khiến cácdoanh nhân chú ý Vào thập niên 1990, trà trân châu trở nên nổi tiếng ở hầu hết các nước ĐôngNam Á

Trà trân châu ở nhiều nước có các tên gọi khác nhau như black pearl tea, black pearl iced tea,

boba drink, boba milk tea (bōbà nǎichá), 'large balls' milk tea, bubble milk tea, milk pearl tea,

pearl iced tea, pearl milk tea (zhēnzhū nǎichá) Putonghua , pearl sago tea, tapioca, pearl tea, tapioca drink, tapioca tea

1.2 Lựa chọn sản phẩm

Hiện nay trên thị trường Việt Nam các loại thức uống có pha sữa có những dạng sản phẩm.Công ty Nước giải khát Kirin Acecook VN đã chính thức giới thiệu loại thức uống thiên nhiênpha sữa mang tên Latte Đây là loại thức uống hoàn toàn mới tại thị trường VN Năng suất sảnxuất 400.000 thùng/tháng với tổng vốn đầu tư thiết bị là 23 triệu USD

Hình 1.1: Sản phẩm trà sữa trên thị trường

Tuy nhiên trà sữa trân châu đóng chai sản xuất ở qui mô công nghiệp thì vẫn chưa xuất hiện.Cùng với ưu điểm của sản phẩm ở dạng chai nên dễ vận chuyển, phân phối, bảo quản, thuận tiệnkhi sử dụng Nên đồ án đã chọn năng suất thiết kế ban đầu là 200.000 thùng/ tháng (thùng 12 chai

450 ml) để bước đầu thăm dò thị trường và có thể mở rộng khi nhu cầu thị trường tăng lên

1.3 Địa điểm xây dựng nhà máy

Khu Công nghiệp Tân Tạo

Hình1.2: Bản đồ qui hoạch chung

Khu hiện hữu: bắt đầu từ năm 1997

Khu mở rộng: bắt đầu từ năm 2000

Cách trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 12 km

Cách sân bay Tân Sơn Nhất khoảng 12 km

Diện tích khuôn viên và các phân khu chức năng:

Tổng diện tích toàn khu công nghiệp: 444ha Trong đó:

Đất XD nhà xưởng sản xuất: 100 ha

Đất xây dựng công trình phụ trợ: 4 ha

Cây xanh tập trung: 50 ha

Giao thông: 22 ha

Kho tàng, bãi nguyên vật liệu, phế liệu: 5,8 ha

Đất XD xí nghiệp công nghiệp: 141,18 ha

Đất xây dựng trung tâm công trình công cộng: 5,85 ha

Đất xây dựng kho bãi: 2,78 ha

Đất dành cho xử lý rác và vệ sinh môi trường: 2,77 ha

Hành lang an toàn điện: 23,33 ha

Đất cây xanh : 19,29 ha

Đất giao thông: 67,05 ha

Tỷ lệ đất đã cho thuê

Tân Tạo (giai đoạn 1): 100%

Tân Tạo (mở rộng): còn 22 ha đất cho thuê

Cơ sở hạ tầng

Giao thông: Đường giao thông nội bộ hoàn chỉnh

Cấp điện: Mạng lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp 110 / 15 22 (KV) – Trạm biến ápPhú Lâm

nước dự phòng từ các trạm xử lý nước ngầm với công suất 5.000 m3/ngày đêm

Thông tin liên lạc: Trong nước và quốc tế

Giá điện: giờ bình thường (4-18h) 860đồng/KWh, giờ thấp điểm (22-4h) 480 đồng/KWh, giờcao điểm (18-22h) 1715 đồng/KWh (chưa bao gồm VAT)

Phí xử lý nước thải: 0,2 USD/m3

Nguồn lao động

Lực lượng lao động dự kiến: 15.000 – 20.000 lao động

Loại hình công nghiệp ưu tiên

Đây là khu công nghiệp chủ yếu dành để bố trí các loại hình công nghiệp thông thường ít gây

ô nhiễm như cơ khí chế tạo, linh kiện thiết bị điện – điện tử, sản phẩm hoá chất, dụng cụ y tế, chếbiến lương thực, thực phẩm…

Chương 2

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Nguyên liệu

2.1.1 Sữa bột gầy

Sữa bột gầy là loại sữa có hàm lượng béo không vượt quá 1% Trong qui trình công nghệchọn sữa bột gầy vì hàm lượng béo thấp nên giảm hiện tượng ôi hóa chất béo khi bảo quản Khi

sử dụng sữa bột gầy do hàm lượng béo thấp nên không cần đồng hóa khi hoàn nguyên và sữa bộtgầy cũng dễ tan trong nước hơn sữa bột nguyên do không có nhóm kị nước

Các tiêu chuẩn cần kiểm tra khi nhập sữa bột gầy

Bảng 2.1: Chỉ tiêu cảm quan của sữa bột gầy

Bảng 2.2: Các chỉ tiêu hóa lý của sữa bột gầy

Hàm lượng protein, tính theo hàm lượng

chất khô không có chất béo, %, không nhỏ

hơn

33

Độ acid chuẩn độ, tính theo acid lactic,

không lớn hơn

18

Bảng 2.3: Hàm lượng kim loại nặng trong sữa bột gầy

Hàm lượng thủy ngân (Hg) 0.05

Hàm lượng aflatoxin không lớn hơn 0.5µg/kg

2.1.2 Trân châu

tiếng cho tới khi chín hoàn toàn, nhưng vẫn còn độ dẻo, khi đó hạt nở ra đáng kể

màu nâu, mờ mờ không trong suốt và nâu đậm hơn ở giữa hạt Hạt trân châu được hút bằng ốnghút to (thường được cắm sẵn vào li trà ), người uống trà vừa uống trà vừa nhai hạt trân châu

Hình 2.1: Trân châu

châu có thể pha chế thành trà trân châu thập cẩm, khi có cả trân châu và thạch Có nhiều loạithạch khác như thạch vải, thạch cà phê và thạch trái cây hỗn hợp

Các tiêu chuẩn kiểm tra trân châu khi nhập vào kho

Bảng 2.4: Hình dạng bên ngoài của trân châu

Bảng 2.5: Tiêu chuẩn hóa lý của trân châu

Carbohydrates (min) 80% Ashes (max) 0.50 %

Bảng 2.6: Tiêu chuẩn vi sinh

2.1.3 Trà

Hiện nay có 2 loại trà dùng để pha trà sữa Loại phổ biến nhất là hồng trà Hồng trà là loại trà

đã được lên men 100% nên không có vị chát của trà, loại này chủ yếu được sản xuất tại TrungQuốc Loại thứ 2 là lục trà, là trà xanh được sao khô, loại trà này uống thấy vị đắng chát nhưngngọt hậu và thanh khiết Trong qui trình này, loại trà đen được sử dụng

Đỏ nâu sáng, rõ

của OP và Ptương đối đều,đen có tuyết

viền vàng

P

Tương đối xoăn,tương đối đềuđen, ngắn hơnOP

BPS

Tương đối đều,mảnh gãy của

PS, đen hơi nâu

Bảng 2.8: Bảng tiêu chuẩn trà đen (TCVN 1457-83) sử dụng để kiểm tra chất lượng trà khi nhập

nguyên liệu

1 Hàm lượng chất hoà tan, %, không nhỏ hơn

2 Hàm lượng tro không tan trong axit, %,

không lớn hơn

3 Hàm lượng tro tổng số, %

4 Độ ẩm, %, không lớn hơn

5 Hàm lượng tanin, %, không nhỏ hơn

6 Hàm lượng cafein, %, không nhỏ hơn

7 Hàm lượng sắt, %, không lớn hơn

8 Hàm lượng tạp chất lạ, %, không lớn hơn

321,0

4-87,5 79,01,80,0010,2

9 Hàm lượng chất xơ, %, không lớn hơn

10 Hàm lượng vụn, %, không lớn hơn

0,515

2.1.4 Đường saccharose

Sử dụng đường saccharose tính luyện Các chỉ tiêu cần kiểm tra khi nhập đường saccharose

Bảng 2.9: Chỉ tiêu hóa lý cuả đường saccharose

2mg/kg0.5mg/kg

Bảng 2.10: Chỉ tiêu vi sinh vật của đường

2.1.5 Nước

Bảng 2.11: Các chỉ tiêu của nước dùng trong sản xuất

tính

Giới hạn tốiđa

Phương pháp thử

20 Hàm lượng Sắt (a) mg/l 0,5 TCVN 6177-1996 (ISO 6332-1988)

2.2 Qui trình công nghệ sản xuất trà sữa trân châu

Hình 2.3: Qui trình công nghệ sản xuất trà sữa trân châu

Hoàn nguyên

Nấu

toàn, gia nhiệt đến sôi 30 phút, nhiệt độ nấu 100oC Sau đó, dung dịch đường sẽ được bơm qua

Hình 2.1: Thiết bị nấu syrup

Hình 2.2: Nguyên lý làm việc của thiết bị dạng bản mỏng

2.2.3 Hoàn nguyên sữa

Mục đích: Hòa tan sữa bột gầy vào nước tạo ra dung dịch đồng nhất

Thiết bị: Sử dụng máy hoàn nguyên sữa tốc độ cao Sữa sẽ được hoàn nguyên với nướctheo tỉ lệ khối lượng sữa: nước = 1:2

Hình 2.3: Nguyên lý hoạt dộng của thiết bị hoàn nguyên sữa

2.2.4 Trích ly trà

Khai thác: Quá trình trích ly sẽ tách các cấu tử hòa tan (catechin, amino acid, caffeine,saccharide, khoáng, pectin, fluoride, flavonoid, vitamin B1, B2, C, P, và một phần protein,chrolophyl)

Phương pháp thực hiện và thiết bị: Thiết bị là một hệ thống gồm nhiều nồi mắc nối tiếp

Thiết bị: Sử dụng thiết bị lọc khung bản với màng lọc vải có phủ một lớp bột trợ lọcdiatomite Trong quá trình lọc, nhập liệu được bơm vào thiết bị lọc, dung dịch lọc sẽ được tháo ra

2.3 Sản phẩm trà sữa trân châu

Sản phẩm trà sữa trân châu đóng chai PET, thể tích 450 ml

Bảng 2.11: Chỉ tiêu cảm quan sản phẩm trà sữa trân châu

Bảng 2.12: Chỉ tiêu hóa học sản phẩm trà sữa trân châu

Bảng 2.13: Chỉ tiêu vi sinh sản phẩm trà sữa trân châu

Coliforms số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm 10

Cl Perfringhens số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm 0

Streptococcci faecal số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm 0

Thông số Giá trị

Bảng 3.3 Thông số quá trình trích ly trà

Hiệu suất quá trình trích ly so với lượng ban

đầu (% khối lượng)

Tổn thất do đường ống từ thiết bị nấu đến phối trộn và bay

hơi nước trong khi nấu syrup

3.2 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg trà nguyên liệu

3.2.1 Khối lượng dịch trà thu được qua quá trình trích ly

Khối lượng chất khô hòa tan trong 100 kg trà:

Khối lượng chất khô sau quá trình trích ly trà:

Mck2 = Mck1*65.5/100 = 32*65.5/100 = 20.96 (kg)Khối lượng dịch trích thu được sau quá trình trích ly:

Mdd trà = Mck2*(1-f1/100)*100/6 =345.84 (kg)

3.2.2 Khối lượng dịch trà thu được sau quá trình lọc trà

Mdd lọc = Mdd trà*(1-f2/100) = 345.84*99.5/100 = 344.1108 (kg)

3.2.3 Khối lượng sữa thu được sau quá trình hoàn nguyên

Msữa = (1000+Mnước 1)*(1-f3/100) = (1000+2000)*99/100 = 2970 (kg)

Mnước 1: khối lượng nước dùng để hoàn nguyên sữa (kg)

3.2.4 Khối lượng syrup thu được sau quá trình nấu syrup

Msyrup = (500+Mnước 2)*(1-f4/100) = (500+1000)*99/100 = 1485 (kg)

Mnước 2: khối lượng nước dùng để nấu syrup

3.2.5 Khối lượng dung dịch trà sữa sau khi phối trộn

Mtrà sữa = (Mdd lọc + Msữa + Msyrup)*(1-f5/100)

= (344.1108+2970+1485)*99.5/100 = 4775.115 (kg)

3.2.6 Khối lượng dịch trà sữa sau khi rót bao bì

MSau rót bao bì = (Mtrà sữa + Mtrân châu)*(1-f6/100)

= (4775.115+450)*99/100 = 5172.864 (kg)

3.2.7 Khối lượng trà sữa sau khi tiệt trùng

Msản phẩm = MSau rót bao bì*(1-f7/100) = 5172.864*99/100 = 4914.221

3.3 Tính cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất

Bảng 3.4: Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất

Đầu tiên, cho dung môi vào nồi 1 và từ đó dung dịch sẽ đi qua các nồi còn lại Quátrình cứ thế tiếp tục cho đến khi đạt được độ trích ly cần thiết của nồi thứ nhất Sau đó tháo hếtdung môi khỏi nồi thứ nhất rồi cho vật liệu mới vào, lúc này nồi 1 trở thành thiết bị cuối và nồi 2trước kia bây giờ thành nồi thứ nhất.

Sau khi đạt được độ trích ly cần thiết thì lại tháo dung môi và bã ra khỏi nồi thứ hai,cho vật liệu mới vào, nồi thứ hai lại trở thành thiết bị cuối cùng, nồi thứ ba thành nồi thứ nhất.Các nồi cứ lần lượt thay phiên nhau tháo nạp liệu như thế, nên hệ thống làm việc liên tục.

- Khối lượng trà sử dụng trong 1 ngày: 732 kg

- Chọn 1 thiết bị trích ly trà năng suất 400kg/mẻ

Bảng 4.1: Thông số thiết bị trích ly trà

(LxWxH)

3*0.9*3m

Co., Lt China

4.2 Thiết bị lọc trà

Cấu tạo thiết bị lọc ép khung bản

Thiết bị lọc ép khung bản được cấu tạo bởi bộ phận chủ yếu là khung và bản Khunggiữ vai trị chứa bã lọc và là cửa nhập huyền phù Bản lọc tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn nướclọc, giữa khung và bản có đặt vật ngăn lọc, chung quanh khung và bản hình thành bề mặt nhô cao

để tạo sự bít kín lúc ghép khung, bản lại Ở đây ta sử dụng vật ngăn lọc là vải làm từ sợi tổnghợp

Hình 4.2 Khung và bản

- Nguyên tắc hoạt động:

Huyền phù trước khi lọc được chứa trong thùng chứa Để tăng hiệu quả lọc, ta có thểdùng cánh khuấy để khuấy huyền phù, sau đó để cho các hạt huyền phù lắng xuống rồi tiến hànhlọc Vì khi bắt đầu lọc ta bơm được hàm lượng pha rắn nhiều, kích thước các hạt lớn, các hạt rắn

sẽ tập trung trên vải lọc và nhanh chống trở thành lớp bã lọc

Huyền phù được bơm vào hệ thống ống nhập liệu tràn vào khoảng rỗng trong khung.Dưới tác động của áp suất cao, nước lọc sẽ thấm qua vải lọc đi theo các khe của bản, tập trungvào ống tháo liệu thoát ra ngoài Phần bã rắn được giữ lại càng nhiều cho đến khi đầy khoảngrỗng, lúc đó nước lọc không còn chảy nữa vì trở lực quá lớn Ngừng cung cấp huyền phù và tiếnhành rữa bã hoặc cạo bỏ bã, thay vải lọc

Khối lượng dịch lọc: 2520.84 kg

Chọn 1 thiết bị lọc trà với năng suất 1200 kg/h