Đố án thiết kế phân xưởng kem

Đố án thiết kế phân xưởng kem

Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Phần 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Giới thiệu về sản phẩm kem: Kem là sản phẩm đã có từ lâu đời tại Trung Quốc. Theo Campell (1980) mãi đến năm 1951, nhà máy sản xuất kem đầu tiên trên thế giới mới được ra đời và kem trở thành sản phẩm thương mại. Ngày nay, kem đã trở thành sản phẩm quen thuộc với mọi người tiêu dùng và được ưa thích bởi các lứa tuổi khác nhau. - Về mặt nguyên liệu, kem được chia thành 4 nhóm: + Kem sản xuất từ sữa + Kem sản xuất từ chất khô không béo của sữa (milk solid non-fat) và dầu thực vật + Kem sản xuất từ nước ép trái cây và đường + Kem được sản xuất từ nước ép trái cây có bổ sung thêm thành phần chất béo và chất khô không béo của sữa. Hai nhóm sản phẩm đầu tiên là phổ biến nhất và chiếm khoảng 80 – 90% tổng sản lượng kem trên toàn thế giới. - Về mặt công nghệ, hiện nay có 3 phương pháp tạo hình kem (tạo ra 3 dạng sản phẩm): + Phương pháp rót kem que (moulded stick novelty): kem được rót vào khuôn để tạo hình dạng thỏi dẹt hoặc dạng ống dài + Phương pháp rót ly, hộp (filled product): kem được rót vào hộp hoặc ly + Phương pháp ép đùn (extruded product): kem được ép đùn thành nhiều dạng phong phú: que, ly, ổ bánh hoặc phủ lên bánh sandwich. Ngoài ra, kem còn có thể được bổ sung thêm nhiều loại nguyên liệu khác như chocolate, đậu phộng, nho khô, mè, cơm dừa, bột khoai môn, bột đậu xanh, nước cốt dừa, mứt trái cây … giúp tạo nhiều hương vò hấp dẫn, đa dạng hoá sản phẩm.  Chọn nhóm sản phẩm và dạng sản phẩm cho phân xưởng sản xuất kem: chọn nhóm sản phẩm kem sản xuất từ sữa, dạng sản phẩm: kem que và kem hộp với các hương vò khác nhau như hương vani, dâu, cam, sầu riêng,… 1.2. Tính cấp thiết của đề tài: SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 1 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Kem sản xuất từ sữa vừa là sản phẩm có giá trò dinh dưỡng cao, vừa là sản phẩm tiêu khiển. Đặc biệt, kem rất được ưa thích và tiêu thụ mạnh ở những vùng có khí hậu nóng và ở những nơi có dân số trẻ. Nước ta, đặc biệt là khu vực phía nam, có khí hậu nóng quanh năm và có tỉ lệ dân số trẻ khá cao. Hơn nữa, vì đời sống vật chất và tinh thần của người dân ngày càng cao nên các sản phẩm từ sữa ngày càng được ưa chuộng nhờ những hiểu biết về giá trò dinh dưỡng của nó. Những điều kiện này đã giúp cho việc tiêu thụ sản phẩm kem ngày càng mạnh. Mặt khác, vì khu vực phía nam có rất nhiều khu nuôi bò sữa nên sẽ đáp ứng được nhu cầu về nguồn nguyên liệu cho sản xuất kem. Từ nhu cầu của thò trường đối với sản phẩm kem và những điều kiện thuận lợi về nguồn nguyên liệu cho sản xuất kem, yêu cầu mở thêm phân xưởng sản xuất kem cho nhà máy sữa là cần thiết nhằm đa dạng hoá sản phẩm. Mặc dù hiện nay dù có nhiêù cơ sở sản xuất kem thủ công nhưng sản phẩm kem chưa được kiểm soát về chất lượng, vì vậy việc mở rộng phân xưởng sản xuất kem càng cấp thiết hơn để tạo ra sản phẩm kem đảm bảo chất lượng. 1.3. Đòa điểm đặt phân xưởng: Chọn khu công nghiệp AMATA làm đòa điểm đặt phân xưởng. SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 2 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn  Đòa chỉ: phường Long Bình, thành phố Biên Hoà, tỉnh Đồng Nai.  Diện tích: 410 ha, trong đó diện tích dùng cho thuê 100 ha, đã được phát triển toàn bộ với các tiện ích hạ tầng chất lượng.  Những thuận lợi: • Nguồn nguyên liệu: gần nguồn nguyên liệu vì ở Đồng Nai có rất nhiều trang trại nuôi bò sữa, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho chế biến kem sữa. • Vò trí đòa lí thuận lợi: khoảng cách theo đường bộ từ khu công nghiệp Amata đến các thành phố lớn, nhà ga, bến cảng và sân bay quốc tế như sau: − Cách trung tâm thành phố HCM 32 km. − Cách ga Sài Gòn 32 km. − Cách cảng Đồng Nai 4 km, Tân cảng 26 km, Cảng Sài Gòn 32 km, cảng Phú Mỹ 40 km. − Cách sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất 32 km.  Nguồn điện: được cung cấp từ nhà máy điện Amata công suất 20 MVA và mạng lưới điện quốc gia qua trạm biến áp 40 MVA.  Nguồn nước: nước được cung cấp 2000 m 3 /ngày. SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 3 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn  Công suất nhà máy xử lí nước thải: 1000 m 3 /ngày (công suất thiết kế 4000 m 3 /ngày).  Dòch vụ khu công nghiệp: Đường truyền tốc độ cao, tài chính, ngân hàng, thương mại, đào tạo, khu vui chơi giải trí, nhà ở cho chuyên gia, nhà xưởng cho thuê.  Các loại chi phí: −Giá thuê đất: thoả thuận, khoảng 40 USD/m 2 /50năm. −Giá điện: 0.073 USD/Kwh −Giá nước: 4 600 VND/m 3 −Giá xử lí nước thải: 0.28 USD/m 3 −Phí quản lí: 0.08 USD/m 2 /tháng −Thủ tục thanh toán: thoả thuận  Khí hậu: −Nhiệt độ trung bình năm: 25 – 26 0 C −Độ ẩm trung bình năm: 78 – 84% −Lượng mưa trung bình năm: 1800 – 1900mm  Thổ nhưỡng: −Độ cao trung bình so với mặt biển: 28m −Cường độ chòu tải của đất: 1.5 – 2.5 kg/cm 2 • Vò trí phân xưởng trong khu công nghiệp: Phía tây và nam giáp Quốc lộ 1A, phía đông tây giáp khu kinh doanh thương mại, nằm trong lô đất cho thuê giai đoạn 5 của khu công nghiệp. Diện tích cho thuê của lô đất này là 50 ha. SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 4 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Phần 2: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1. Nguyên liệu: 2.1.1. Sữa bò tươi • Một số tính chất vật lý của sữa: Sữa là chất lỏng màu trắng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-carotene có trong chất béo của sữa, thường có màu trắng đến vàng nhạt. Sữa bò có mùi vò rất đặc trưng và vò ngọt nhẹ. + Tỷ trọng : 1,028 – 1,036 g/cm 3 + Điểm đông đặc : -0,54 ÷ -0,59 0 C + Sức căng bề mặt ở 20 0 C : 50 dyne/cm + Độ dẫn điện : 0,004 – 0,005 1/ohn.cm + Nhiệt dung riêng : 0,933 – 0,954 cal/g. 0 C + pH : 6,5 – 6,7 + Độ chua : 15 – 18 0 D SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 5 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn • Thành phần hoá học của sữa bò tươi: 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 nitơ phi protein, vitamine, hormone, các chất màu và khí. Thành phần các chất có thể dao động như sau: (% khối lượng) + Nước : 85,5 – 89,5% + Tổng hàm lượng chất khô: 10,5 – 14,5%. Trong đó: - Lactose : 3,6 – 5,5% - Protein : 2,9 – 5% - Chất béo : 2,5 – 6% - Chất khoáng : 0,6 – 0,9% 2.1.2. Bột sữa gầy: Là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã ly tâm tách béo và qua các quá trình cô đặc, sấy phun. Sữa bột gầy thường được các nhà sản xuất sử dụng vì có thời gian bảo quản rất lâu có thể lên đến 3 năm (so với sữa bột nguyên kem có thời gian bảo quản trung bình chỉ 6 tháng). Thành phần hoá học của sữa bột gầy: (% khối lượng) + Nước : 4,3% + Protein : 35,0% + Chất béo : 1,0% + Lactose : 51,9% + Chất khoáng : 7,8% 2.1.3. Cream : Cream là sản phẩm thu được khi ly tâm sữa tươi. Lượng béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ 35 – 40%. Đây là loại nguyên liệu có hàm lượng béo cao, cần hạn chế đến mức tối thiểu sự thuỷ phân và sự oxi hoá chất béo trong quá trình bảo quản. Vì vậy, trong sản xuất, cream thường được bảo quản thiết bò kín bằng thép không rỉ, dưới lớp khí trơ (N 2 ), tránh sự tiếp xúc giữa cream với ánh sáng mặt trời, đồng… 2.1.4. Đường saccharose SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 6 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Được dùng để hiệu chỉnh hàm lượng chất khô và vò ngọt cho sản phẩm. Trong công nghiệp thực phẩm thường dùng loại đường RE có hàm lượng saccharose tối thiểu 99,8%; hàm lượng tro tối đa 0,03%; độ ẩm 0,05%. - Tính chất vật lý: + Có dạng tinh thể đơn, trong suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy khoảng 186 – 188 0 C + Là chất dễ tan trong nước, độ hoà tan tăng theo nhiệt độ - Tính chất hoá học: + Bò thuỷ phân do tác dụng của acid hoặc xúc tác của enzyme invertase, tạo sản phẩm thuỷ phân là đường glucose và fructose + Khi đun nóng ở nhiệt độ cao 160 – 180 0 C thì xảy ra phản ứng caramel hoá tạo hợp chất màu vàng nâu. Ngày nay, trong sản xuất kem, nhóm nguyên liệu đường trở nên đa dạng hơn với đường nghòch đảo, glucose và siro glucose-fructose. Hiện nay ở Mỹ và một số nước châu Âu, người ta còn sử dụng các chất tạo ngọt nghèo năng lượng trong sản xuất kem để phục vụ cho nhóm người tiêu dùng bò bệnh tiểu đường và bệnh béo phì. Một số chất tạo ngọt được sử dụng phổ biến trong sản xuất kem là sorbitol, aspartame, polydextrose… 2.1.5. Nước công nghệ: Chỉ tiêu chất lượng nước cho chế biến kem: + Không màu, không mùi, không vò + Hàm lượng chất khô : <500 mg/l + Hàm lượng Ca và Mg : <100 mg/l + Sắt : <0,1 mg/l + Mangan : <0,05 mg/l + Đồng : 0 + Nhôm :<0,1 mg/l + Kẽm : 0 + Bicarbonate :<80 mg/l + pH : 7 – 8,5 2.1.6. Các chất ổn đònh và nhũ hoá SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 7 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn −Chất ổn đònh: trong sản xuất kem, chất ổn đònh là những hợp chất ưa nước. Nhờ vậy, trong quá trình lạnh đông hỗn hợp nguyên liệu sản xuất kem, các tinh thể đá xuất hiện với kích thước nhỏ, kem trở nên đồng nhất hơn. Chất ổn đònh thường được sử dụng trong sản trong sản xuất kem là carageenan, guar gum và gelatin. −Chất nhũ hoá: có tác dụng ổn đònh hệ nhũ tương của hỗn hợp kem nguyên liệu. Các chất nhũ hoá rẻ tiền được sử dụng trong sản xuất kem là mono hoặc diglyceride, các ester của sorbitol hoặc của các phân tử đường. 2.1.7. Màu Được sử dụng nhằm tăng giá trò cảm quan cho sản phẩm. Tỷ lệ sử dụng 0,1g/kg kem thành phẩm. 2.1.8. Hương liệu Được sử dụng nhằm tăng giá trò cảm quan cho sản phẩm, đa dạng hoá sản phẩm. Tỷ lệ sử dụng 3ml/kg kem thành phẩm (3g/kg). SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 8 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 2.2. Sơ đồ khối QTCN: SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 9 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 2.3. Giải thích QTCN: SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền Nguyên liệu chính:Sữa bột, sữa tươi, cream, đường Chuẩn bò Chuẩn bò Phối trộn Nguyên liệu phụ:Chất nhũ hoá, chất ổn đònh. Thanh trùng Đồng hoá Ủ chín Lạnh đông sơ bộï Rót hộp Xếp vào thùng Lạnh đông kết thúc Hộp Thùng Kem hộp Đổ khuôn Đặt que vào khuôn kem Lạnh đông (giai đoạn trung gian) Lạnh đông kết thúc Que Tháo khuôn Xếp vào thùng Bao gói Bao bì Thùng Kem que 10 [...]... 3000x1500x2850(mm)  Khối lượng thiết bò: 1000 kg 4.1.7 Thiết bò sản xuất kem que: • Thể tích kem cần sản xuất kem que mỗi mẻ là 7000 lít • Chọn : Thời gian hoạt động của thiết bò là 6h trong mỗi mẻ, liên tục, thể tích 1 kem que là 100ml → năng suất thiết bò: 7000*1000/(6*100) = 11 666 sản phẩm/h ⇒ Chọn thiết bò sản xuất kem que Hoyer Rollo 23 của hãng Tetra Pak Các thông số của thiết bò:  Năng suất: 12000... lạnh đông kết thúc và thể tích kem cần lạnh đông tương ứng với mỗi mẻ là 13000/6 = 2167 lít Do đó năng suất của thiết bò lạnh đông là 2167 l/h ⇒ Chọn thiết bò lạnh đông kết thúc dạng tunnel Hoyer Straight line của Tetra Pak, năng suất 3000l/h Kích thước thiết bò: dài 3m, rộng 2m, cao 2m Các hộp kem từ thiết bò rót được chuyển đến thiết bò dạng tunnel này để lạnh đông kết thúc • Hình dạng thiết bò:(phụ... 2500/4 = 625 l/h + Năng suất sản phẩm: kem hộp 450ml: 5556 hộp/h (ca 1) Kem hộp 1000ml:2500 hộp/h (ca 2) SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 24 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Kem hộp 2000 ml: 1250 hộp/h(ca 3) + Công suất: 10 kW 4.1.9 Thiết bò lạnh đông kết thúc kem hộp: • Thể tích kem hộp cần lạnh đông kết thúc trong 1 ca là 13000 lít • Chọn thời gian lạnh đông kết thúc là 1 giờ Vậy mỗi ca (hoạt... xuất kem hộp: SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 13 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Kem bán thành phẩm được đònh lượng theo phương pháp thể tích cho vào hộp chứa Tiếp theo các hộp kem được đóng nắp rồi được băng tải với tốc độ 3-8m/s đưa vào thiết bò lạnh đông kết thúc Không khí trong thiết bò có nhiệt độ -40 0C Thời gian lạnh đông cho sản phẩm từ 45phút đến 5 giờ Sau đó các hộp kem qua thiết. .. nhờ tác nhân lạnh trong vỏ áo thiết bò Cánh khuấy sẽ chuyển động liên tục nhờ một motor đặt ở ngoài Các dao gắn trên thanh khuấy sẽ cạo liên tục phần nguyên liệu đóng dính trong thiết bò Tiếp theo là quá trình tạo hình tuỳ theo dạng sản phẩm kem que hay kem hộp  Sản xuất kem que: Kem bán thành phẩm với nhiệt độ từ (-2 0C) – (-40C) được đem đi đổ khuôn Các khuôn chứa kem được đặt trên một băng tải... tự động • Hình dạng thiết bò:( phụ lục 2) 4.1.8 Thiết bò sản xuất kem hộp: • Thể tích kem cần rót hộp mỗi ca là 13000 lít • Chọn: thời gian hoạt động của thiết bò là 6h trong mỗi ca, hoạt động liên tục → năng suất rót 13000/6 = 2166.7 l/h Chọn 3 dạng hộp: 2l, 1l, 450 ml; mỗi ca sản xuất ra 1 dạng kem hộp ⇒ Chọn thiết bò rót kem Hoyer Comet của TetraPak có năng suất rót 2500 l/h Thiết bò Hoyer Comet... độ 700C + Tráng rửa dung dòch acid bằng nước lạnh trong 5 phút + Làm lạnh từ từ bằng nước lạnh trong khoảng 8 phút SVTH: Nguyễn Thò Diệu Huyền 26 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn - Các thiết bò khác tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu không có xử lý nhiệt: đường ống, bồn chứa, thiết bò phối trộn, thiết bò lạnh đông kem, các thiết bò rót … có các giai đoạn CIP sau: + Tráng rửa nước... 46.5 46.5 1.17 34.7 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn − Ca 3: bắt đầu từ 10 giờ tối đến 6giờ sáng Mỗi ngày sản xuất 60000 lít kem trong 3 ca, mỗi ca 1 mẻ, mẻ sản xuất 20000 lít kem Bảng 4.1: Bảng phân chia lượng hỗn hợp trước mỗi quá trình: Thứ tự 1 2 3 4 5 6 7 Lượng hỗn Quá trình hợp/ngày Phối trộn Đồng hoá Thanh trùng chín Lạnh đông sơ bộ Sản xuất kem que Sản xuất kem hộp 34728 (kg) 34207... Diệu Huyền 11 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn • Mục đích: Làm giảm kích thước các hạt cầu béo và phân đều chúng trong hỗn hợp, chuẩn bò cho quá trình thanh trùng • Thiết bò: Thiết bò đồng hoá 2 cấp • Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bò trộn vào thiết bò gia nhiệt bản mỏng để gia nhiệt sơ bộ, nhiệt độ vào là 60 0C, nhiệt độ ra là 700C Sau đó, hỗn hợp được đưa vào thiết bò đồng hoá... 17 Đồ án môn học CNTP GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Bảng 3.3 : Tiêu hao các thành phần nguyên liệu trong 100kg hỗn hợp nguyên liệu : Khối lượng trong 100kg hỗn Nguyên liệu hợp nguyên liệu(kg) 44.6 5 34.6 15 0.4 0.4 0.01 0.3 Sữa tươi Bột sữa gầy Cream Đường Chất ổn đònh Chất nhũ hoá Màu Hương liệu 3.4 Tính theo năng suất phân xưởng : Chọn năng suất của phân xưởng là 60000 lít kem/ ngày Trong đó, kem que . vì vậy việc mở rộng phân xưởng sản xuất kem càng cấp thiết hơn để tạo ra sản phẩm kem đảm bảo chất lượng. 1.3. Đòa điểm đặt phân xưởng: Chọn khu công. Tính theo năng suất phân xưởng : Chọn năng suất của phân xưởng là 60000 lít kem/ ngày. Trong đó, kem que 21000 lít/ngày, kem hộp : 39000 lít/ngày.