báo cáo bài tập lớn môn đkqt đề tài tìm hiểu về hệ thống thanh trùng sữa của th true milk

Đây là vị trí giao thông thuận lợi giúp vận chuyển sản phẩm của TH đi khắp nước đều và nhanh nhất.Nhà máy xây dựng lên tới 5,2 ha được khánh thành vào tháng 7/2013.-Nhà máy chế biến sữa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐKQT

Đề tài : Tìm hiểu về hệ thống thanh trùng sữa của TH

True Milk

Trường Điện - Điện tử

Giảng viên hướng dẫn: TS Đinh Thị Lan Anh

Thành viên:

HÀ NỘI, 1/2024

A. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SỮA TƯƠI

SẠCH TH TRUE MILK.

1 Giới thiệu chung về nhà máy

-Nhà máy chế biến sữa tươi sạch TH của tập đoàn

TH nằm ngay trên đường mòn Hồ Chí Minh tại địa phận huyện Nghĩa Đàn, Tỉnh Nghệ An Đây là vị trí giao thông thuận lợi giúp vận chuyển sản phẩm của

TH đi khắp nước đều và nhanh nhất.Nhà máy xây dựng lên tới 5,2 ha được khánh thành vào tháng

7/2013.

-Nhà máy chế biến sữa tươi sạch TH có nhiệm vụ chính là chế biến và đóng gói cho ra các dòng sản phẩm sữa tươi sạch làm từ sữa tươi sạch nguyên liệu của trang trại bò sữa TH ở cùng khu vực Nghĩa Đàn -Nhà máy cũng sở hữu hệ thống kho lạnh hiện đại như kho Ambient (chứa sữa tươi thành phẩm), kho đông lạnh hợp (sản phẩm kem), kho lạnh dành cho sản phẩm sữa chua, bơ, phô mai các loại.

-Khu vực chế biến sữa sử dụng công nghệ thanh

trùng lặp ESL (Extened Shelf – life).

-Nhà máy chế biến sữa tươi sạch TH của tập đoàn

TH sở hữu 22 dây sản xuất tự động hóa được quản trị

bởi công nghệ đo lường và điều khiển hiện đại hàng đầu thế giới của Simen, Danfoss, công nghệ nhẹ của Grandfoss

-Công nghệ chế biến và đóng gói được ứng dụng công nghệ của các hãng uy tín như GEA, Combi (Đức), SACMI (Ý), Tetra Pak (Thụy Điển), SERAC (Pháp).

-Toàn bộ hoạt động hệ thống được thực hiện theo tiêu chuẩn ISO 9001.

-Với tổng công suất chế biến theo thiết kế của nhà máy đạt 500 triệu lít sữa/năm, nhà máy chế biến sữa tươi sạch TH có quy mô lớn hàng đầu Đông Nam Á với những trang thiết bị, máy móc hiện đại bậc nhất thế giới.

2.Tổng quan quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi tiệt trùng

1.Thanh trùng:

-Khái niệm:Thanh trùng là quy trình làm nóng thực phẩm đóng gói hoặc không đóng gói (như sữa và nước trái cây) đến một nhiệt độ nhất định trong một khoảng thời gian xác định trước rồi sau đó làm lạnh đột ngột Phương pháp này làm chậm quá trình hư, hỏng của thức ăn gây ra do

vi sinh vật Ngày nay, quy trình này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bơ sữa và thực phẩm để kiểm soát vi khuẩn và bảo quản thực phẩm đủ lâu cho đến khi được tiêu thụ

-Mục đích:Quá trình thanh trùng giúp làm giảm lượng vi sinh vật trong các sản phẩm như bia, nước ngọt, các loại đồ uống, và từ đó sẽ làm kéo dài thời gian bảo quản của thực phẩm Một trong những phương pháp thanh trùng phổ biến là sử dụng hầm thanh trùng có trang bị các ống phun Từ các ống này, các tia nước nóng sẽ phun và tưới đều vào các chai đồ uống, khi các chai này được chuyển tới khu vực thanh trùng Để đảm bảo các tính chất cảm quan của thực phẩm như mùi vị, hương thơm, màu sắc, độ trong… thì quá trình thanh trùng phải được thực hiện một cách chính xác Do vậy, cần thiết phải xác định được thời gian và nhiệt độ tối thiểu để quá trình thanh trùng vừa có hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật, vừa không tạo ra các mùi vị không mong muốn cho sản phẩm, đồng thời tiết kiệm được năng lượng sử dụng

-Thanh trùng sữa:Quá trình thanh trùng thường được thực hiện trên sữa, lần đầu tiên được đề xuất bởi Franz von Soxhlet vào năm 1886 Có hai cách phổ biến để thanh trùng sữa Thứ nhất,

nhiệt độ cao/thời gian ngắn (HTST) và thứ hai, nhiệt độ siêu cao (UHT) HTST (high

temperature/short time) là phương pháp phổ biến nhất Sữa được dán nhãn thanh trùng (hoặc pasteurized) thường được chế biến bằng phương pháp HTST, trong khi sữa được dán nhãn

siêu tiệt trùng hoặc UHT phải được chế biến bằng phương pháp UHT (ultra-high temperature)

HTST là khi sữa có nhiệt độ 72 độ C (hoặc 161,5 độ F) trong ít nhất 15 giây UHT là khi sữa được giữ ở nhiệt độ 138°C hoặc 280°F trong ít nhất hai giây Sau khi đun nóng, sữa sẽ được ủ mát đột ngột ở nhiệt độ 4°C rồi mang đi đóng gói

Sữa thanh trùng HTST thường có thời hạn sử dụng là hai hoặc ba tuần khi bảo quản trong tủ lạnh, nhưng sữa tiệt trùng UHT có thể để được lâu hơn nhiều khi để trong tủ lạnh, đôi khi là hai hoặc ba tháng Khi phương pháp thanh trùng UHT được kết hợp với công nghệ xử lý và đóng gói an toàn, nó thậm chí có thể được bảo quản không cần làm lạnh trong thời gian dài hơn nữa

2.SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THANH TRÙNG:

2.1Thuyết minh quy trình:

1.Gia nhiệt 1:

-Mục đích:Nâng nhiệt độ nguyên liệu lên 40-45 độ C để chuẩn bị cho công đoạn tiêu chuẩn hóa

-Thực hiện:Bơm hút sữa từ bồn chứa đưa sữa nguyên liệu vào ngăn thứ 2 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, tại đây sữa được nâng nhiệt độ lên 40-45 độ C

2.Tiêu chuẩn hóa:

-Mục đích:Hiệu chỉnh hàm lượng béo của sữa nguyên liệu thành 3,5%,chuẩn bị cho quá trình thanh trùng

-Thực hiện:Sử dụng thiết bị tiêu chuẩn hóa tự động thực hiện đồng thời 2 nhiệm vụ: ly tâm làm sạch, tiêu chuẩn hóa chất béo

Dùng bơm đưa sữa từ thiết bị gia nhiệt sang thiết bị ly tâm tiêu chuẩn hóa tự động.Sau khi hiệu chỉnh đến hàm lượng béo cần thiết sẽ chuyển sang công đoạn khác

3.Gia nhiệt 2:

-Mục đích:tăng nhiệt độ sữa từ 65-68 độ C chuẩn bị cho bài khí

-Thực hiện:sữa sau khi chuẩn hóa được đưa vào ngăn thứ 3 của thiết bị trao đổi nhiệt tại đây sữa được tăng nhiệt lên 65-68 độ C

4.Bài khí:

-Mục đích: tăng hiệu quả các quá trình tiếp theo đặc biệt là sự truyền nhiệt của quá trình thanh trùng

-Thực hiện:Sữa từ thiết bị tiêu chuẩn hóa được đưa sang thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm được gia nhiệt sơ bộ lên 65-68 độ C sau đó đưa vào thiết bị bài khí

5.Đồng hóa:

-Mục đích:giảm kích thước các cầu béo, phân bố đều chất béo trong sữa,làm sữa được đồng nhất.Quá trình làm tăng độ nhớt sản phẩm lên chút ít nhưng làm giảm quá trình oxi hóa,tăng chất lượng sản phẩm,tăng khả năng hấp thụ của cơ thể

-Thực hiện:Sữa tươi đã tiêu chuẩn hóa được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để gia nhiệt sơ bộ lên 65-68 độ C rồi đưa vào thiết bị đồng hóa.Sử dụng phương pháp đồng hóa 2 cấp.Áp suất đo trước van đồng hóa 1 là P1, trước van đồng hóa 2 là P2.Kết quả đạt tốt nhất khi P2/P1 khoảng 0.2

6.Thanh trùng:

-Mục đích:Mục đích của quá trình thanh trùng là tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh có trong sữa, tiêu diệt hoặc ức chế nhóm vi sinh vật hoại sinh lẫn các enzyme nhằm kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ 5÷70C

-Thực hiện:Sữa từ thiết bị đồng hóa bơm sang thiết bị gia nhiệt,ở đây sữa được chảy qua các tấm gia nhiệt để tăng nhiệt lên 75 -80 độ C.Khi sữa đạt lên 75 độ C rồi được chuyển qua các ống lưu nhiệt 15-20s.Sau đó chảy qua các thiết bị làm lạnh giảm nhiệt xuống

-Yêu cầu: sữa phải được thanh trùng đạt 75-80 độ C trong 15 -20 s

7.Làm lạnh:

-Mục đích:Đưa sữa đã thanh trùng xuống 4-6 độ C

-Thực hiện:Sữa sau khi thanh trùng được trao đổi nhiệt với sữa ban đầu trong ngăn thứ 2

và thứ 3 của thiết bị trao đổi nhiệt sẽ được tiếp tục làm lạnh xuống 4-6 độ C ở ngăn thứ 1 nhờ tác nhân lạnh 2 độ C

3.CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG:

3.1Thiết bị ly tâm tách béo

-Cấu tạo:

máy li tâm

cấu tạo máy li tâm

distributor:trục làm việc

disc stack:các đĩa xếp chồng lên nhau sludge port :cửa tháo cặn

outlet heavy phase :đầu ra pha nặng

outlet light phase :đầu ra pha lỏng nhẹ

operating liquid:chất hỗ trợ vận hành

Thiết bị gồm có thân máy, bên trong là thùng quay, được nối với một motor truyền động bên ngoài thông qua trục dẫn Các đĩa quay có đường kính dao động từ 20 ÷102cm và được xếp chồng lên nhau Các lỗ trên đũa ly tâm sẽ tạo nên những kênh dẫn theo phương pháp thẳng đứng Khoảng cách giữa hai đĩa ly tâm liên tiếp là 0.5÷ 1.3mm

-Nguyên lí hoạt động:

Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục Đầu tiên, sữa nguyên liệu được nạp vào máy

ly tâm theo cửa ở trên thiết bị, tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn để chảy vào các khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa được phân chia thành hai phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ chuyển động về phía trục của thùng quay, còn phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ chuyển động về phía thành thùng quay Sau cùng, cả hai dòng sản phẩm sẽ theo những kênh riêng để thoát ra ngoài Trước khi đưa vào thiết bị tách béo, sữa tươi thường được gia nhiệt lên đến 55÷ 65℃

3.3Thiết bị bài khí

-cấu tạo:

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 một bơm chân không Người ta thiết kế hệ thống đường ống vào và ra cho tác nhân lạnh trong bộ phận ngưng tụ xuyên qua nắp thiết bị Cửa vào cho sữa có tiết diện khá rộng được bố trí trên thân thiết bị Sữa được bơm vào theo phương pháp tiếp tuyến với thiết bị hình trụ qua cửa (2) Các khí phân tán và một phần hơi thoát ra khỏi sữa sẽ làm tăng tốc độ dòng chuyển động của sữa theo các vòng xoáy đi xuống phía đáy thiết bị Sữa được thoát ra ngoài qua cửa (3)

Một số thiết bị bài khí có bộ phận ngưng tụ nằm bên ngoài thiết bị Chúng thường được sử dụng trong công nghệ sản xuất sữa chua yaourt Khi đó, người ta thực hiện quá trình bài khí kết hợp với quá trình cô đặc sơ bộ sữa nguyên liệu Do đó, ta không cần sử dụng bơm chân không trong trường hợp này

3.4Thiết bị đồng hóa

-cấu tạo:

Hình 4 Thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao

1 Motor chính 6 Hộp piston 2 Bộ truyền đai 7 Bơm 3 Đồng hồ đo áp suất 8 Van 4 Trục quay 9 Bộ phận đồng hóa 5 Piston 10 Hệ thống tạo áp suất thủy lực

Hình 5 Các bộ phận chính trong thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao

Trong đó: 1 Bộ phận sinh lực thuộc hệ thống tạo đối áp 2 Vòng đập 3 Bộ phận tạo khe hẹp 4 Hệ thống thủy lực tạo đối áp 5 Khe hẹp

-Nguyên lý hoạt động

Gồm hai bộ phận chính bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp Bơm cao áp được vận hành bởi động cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và bộ truyền động (2) để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston Các piston (5) chuyển động

trong xi lanh ở áp suất cao Bên trong thiết bị còn có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục đích làm mát cho piston trong suốt quá trình làm việc Mẫu nguyên liệu sẽ được đưa vào thiết bị đồng hóa bởi một bơm piston Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3 bar lên đến 100÷250 bar hoặc cao hơn tại đầu và của khe hẹp (5), người ta sẽ tạo ra một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bột phận sinh lực (1) và bộ phận tạo khe hẹp (3) Đối áp này được duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu Khi đó áp suất đồng hóa sẽ cân bằng với áp suất đầu tác động lên piston thủy lực Vòng đập (2) được gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) sao cho mặt trong của vòng đập vuông góc với lối thoát ra của hệ nhũ tương khi rời khe hẹp Như vậy, một số hạt của pha phân tán sẽ tiếp tục va vào vòng đập (2) bị vỡ ra và giảm kích thước Quá trình đồng hóa chỉ xảy ra trong 15 giây Trong công nghiệp, máy đồng hóa có thể thiết kế dưới dạng một cấp hoặc hai cấp Thiết bị đồng hóa một cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, một khe hẹp và một hệ thống thủy lực tạo đối áp Trong công nghiệp chế biến sữa thiết bị này được sử dụng khi sản phẩm có hàm lượng chất béo thấp hoặc hệ nhũ tương sau đồng hóa

có độ nhớt cao Thiết bị đồng hóa hai cấp bao gồm một bơm piton để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực Thiết bị đồng hóa hai cấp được sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa đặc biệt đối với nhóm sản phẩm có hàm lượng chất béo cao và các sản phẩm yêu cầu có độ nhớt thấp

-So sánh giữa các nhóm thiết bị

Bảng 3 So sánh các nhóm thiết bị

Thiết bị đồng hoá 1 cấp Thiết bị đồng hoá 2 cấp

Thiết bị đơn giản Thiết bị phức tạp

Chất lượng sản phẩm kém hơn Chất lượng sản phẩm tốt hơn

Không tiết kiệm năng lượng bằng đồng hoá

2 cấp

Tiết kiệm năng lượng hơn do một lần cung cấp năng lượng

Phạm vi ứng dụng: hàm lượng béo thấp, độ

nhớt thấp

Phạm vi ứng dụng rộng hơn: hàm lượng béo cao hơn, độ nhớt cao, hàm lượng chất khô cao

3.5Thiết bị thanh trùng dùng nhiệt

Sữa có thể được gia nhiệt trực tiếp hay gián tiếp để đạt nhiệt độ 80-85℃ và

được giữ nhiệt trong vài giây

Thiết bị sử dụng trong phương pháp gia nhiệt gián tiếp

Trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng (plate heat exchangers)

Trao đổi nhiệt dạng ống (tubular heat exchangers)

Trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phẩn khuấy trộn cơ học (scraped-heat

exchangers)

Thiết bị gia nhiệt trực tiếp

Thiết bị phối trộn dạng ống với đầu phun hơi.

21

Thiết bị phối trộn dạng hình trụ đứng

1.Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng:

Quá trình thanh trùng sữa được sử dụng trên thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng

Hình 6 Thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng: bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ Mỗi tấm bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp các bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt Khi ghép các bảng mỏng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành hệ thống đường vào và ra của sữa và tác nhân gia nhiệt Sữa lần lượt đi qua các vùng gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội Có thể bố trí để sữa đi ra ở vùng làm nguội trao đổi nhiệt với sữa đi vào ở vùng gia nhiệt

Hình 7 Hình dáng khác nhau của vách trong thiết bị trong đổi nhiệt bảng mỏng

2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

Có hai dạng:

Thiết bị gồm những ống hình trụ lồng vào nhau trong đó sữa và tác nhân gia nhiệt

đi trong các ống xen kẻ nhau

Thiết bị gồm một ống lớn và chùm ống nhỏ bên trong, sữa đi trong những ống nhỏ

và tác nhân gia nhiệt đi ngoài ống lớn

Tác nhân gia nhiệt và sữa có thể đi cùng chiều hay ngược chiều nhau

3 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học

Thiết bị gồm hai ống hình trụ đồng trục có đường kính khác nhau đặt lồng vào nhau Trục là roto có gắn cánh khuấy và một số thanh chắn theo phương thẳng đứng Sữa được bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía đáy thiết bị và được tháo ra ở đỉnh Ngược lại, tác nhân gia

nhiệt được nạp vào từ đỉnh theo khoảng không gian giữa hai thân trụ và tháo ra phía gần đáy

Bảng 4 So sánh ưu, nhược điểm các loại thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị dạng bảng mỏng

Thiết bị dạng ống Thiết bị dạng ống có

khuấy trộn

Ưu điểm Hiệu quả truyền

nhiệt cao

Thanh trùng sữa có hàm lượng béo cao hơn so với thiết bị dạng bảng mỏng

Áp dụng cho mẫu có

độ nhớt cao Thích hợp thanh trùng hay tiệt trùng riêng dòng cream và dòng sữa

có hàm lượng vi sinh vật cao (khi kết hợp ly tâm hay lọc tách vi sinh vật)

Nhược điểm Không hiệu quả khi

thanh trùng sữa có hàm lượng béo cao

Hiệu quả truyền nhiệt thấp hơn so với thiết bị dạng bảng mỏng

Tốn năng lượng để thực hiện khuấy trộn