5.1. Thiết bị hâm bơ
Mục đích: làm tan chảy hoàn toàn bơ chứa trong phuy để dễ dàng hút bơ ra khỏi
phuy.
Công suất hâm bơ:
2 phuy/giờ.
Nhiệt độ: 65oC.
Cách vận hành:
Nâng hai phuy bơ vào đúng vị trí trong thiết bị hâm bơ.
Mở van để cấp nước vào.
Cài đặt nhiệt độ hâm bơ theo đúng quy định khoảng 65oC.
Cấp hơi và gia nhiệt cho nước thực hiện quá trình làm tan chảy bơ.
Hình 5.1: Hình dáng bên ngoài của thiết bị hâm bơ
5.2. Thiết bị phối trộn
Almix là thiết bị thực hiện việc bơm, trộn, phân tán sản phẩm một cách đồng thời, được áp dụng cho các sản phẩm dạng lỏng hoặc bán rắn như sữa bột, chất béo lỏng…
Cấu tạo: gồm thùng trộn, bộ phận phối trộn, motor điều khiển, bảng điều khiển.
Nguyên liệu được đổ vào thùng trộn cùng với chất lỏng được hút xuống bộ phận bằng bơm xoáy và nén xuyên qua các lỗ tấm có lỗ.
Hình 5.2 Thiết bị trộn Almix
Cách tiến hành:
Nước xử lý được bơm và định lượng theo đúng công thức vào Recombine tank ở nhiệt độ 45 – 50oC.
Cho SMP vào Almix, khuấy tuần hoàn giữa Almix và Recombine tank, sau đó ngưng tuần hoàn trong 15 phút nhưng vẫn khuấy ở Recombine tank để dịch sữa hoàn nguyên, tiếp tục chuyển chất ổn định (và dịch ca cao nếu sản phẩm là chocolate) đã chuẩn bị trước vào Almix tuần hoàn tiếp.
Cho tiếp vào Almix các sản phẩm còn lại như đường, NC33… theo đúng công thức.
Cuối cùng, bơ sau khi được làm tan chảy được bơm vào Almix và khuấy tuần hoàn trong 5 phút.
5.3. Recombine tank
Mục đích: trữ dịch sữa tối đa 12 giờ, và là thiết bị thực hiện tuần hoàn giúp hoàn nguyên sữa
Cấu tạo:
Là bồn hình trụ bằng thép không rỉ, có cánh khuấy bên trong giúp ngăn ngừa việc tách béo và tủa protein.
Bồn có thể tích 8000 lít, gồm 2 lớp, ở giữa là nước lạnh để giữ nhiệt độ dịch sữa ổn định.
Hình 5.3 Hình dáng bên ngoài
của Recombine tank
5.4. Buffer tank
Mục đích: trữ dịch sữa trước khi đồng hóa – tiệt trùng.
Cấu tạo: là bồn hình trụ bằng thép không rỉ, cấu tạo hai lớp vỏ, cho phép cấp nước
lạnh vào giữa hai lớp vỏ để hạ nhiệt độ của dịch
sữa hoàn nguyên, có cánh khuấy bên trong giúp
ngăn ngừa việc tách béo và tủa protein. Thời gian
Hình 5.4 Hình dáng bên ngoài của Buffer tank
5.5. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
Mục đích: làm lạnh sữa và trong điều kiện kín để bảo đảm vệ sinh.
Cấu tạo: đây là thiết bị trao đỏi nhiệt dạng tấm gồm có hai ngăn đó là ngăn làm lạnh bằng nước thường ở nhiệt độ 30oC và ngăn nước đá có nhiệt độ 0 – 2oC. Mỗi ngăn của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm gồm nhiều tấm trao đổi nhiệt.
Cách tiến hành: sữa sau khi kết thúc phối trộn có nhiệt độ khoảng 45 - 50oC sẽ trao đổi nhiệt với nước thường ở ngăn thứ nhất với bề mặt trao đồi nhiệt. Sau đó sẽ được làm lạnh bằng nước đá (có nhiệt độ khoảng 0 – 2oC) xuống còn khoảng 4 – 6oC. Cuối cùng được chuyển vào Buffer tank trữ chờ tiệt trùng. Thời gian trữ tối đa 12 giờ, quá trình trữ lạnh, cánh khuấy luôn hoạt động.
Hình 5.5 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
5.6. Thiết bị đồng hóa
Nhiệm vụ: giảm kích thước của các hạt cầu béo, làm chúng phân bố đều trong sữa,
tránh hiện tượng tách chất béo tạo váng sữa trong quá trình bảo quản.
Cấu tạo: thiết bị đồng hóa áp lực cao gồm 2 bộ phận chính: bơm cao áp và hệ
thống tạo đối áp. Chú thích 1. Motor chính 2. Bộ truyền động 3. Đồng hồ đo áp suất 4. Trục quay 5. Piston 6. Hộp piston 7. Bơm 8. Van 9. Bộ phận đồng hóa
10. Hệ thống tạo áp suất thủy lực
Hình 5.6 Thiết bị đồng hóa
Nguyên lý hoạt động: bơm piston cao áp được vận
hành bởi cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và bộ truyền động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Các piston (5) chuyển động trong xilanh ở áp xuất cao. Chúng được chế tạo từ những vật có độ bền cao
cơ học. Bên trong thiết bị có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục đích làm cho mát piston trong suốt quá trình làm việc.
Chú thích
1. Bộ phận sinh lực
2. Vòng đập
3. Bộ phận tạo khe
4. Hệ thống thủy lực tạo đối áp
5. Ke hẹp
Hình 5.7 Các thiết bị chính trong bộ phận đồng hóa
Sữa 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 vào khe hẹp (5). Tạo ra một đối áp lên hệ thống nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bộ phận sinh lực (1) và bộ phận tạo khe (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 dụng 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. Bộ phận tạo khe hẹp (3) được chế tạo bởi góc nghiêng trung bình 5o trên bề mặt để gia tốc hệ nhũ tương theo hướng vào khe hẹp và tránh sự ăn mòn các chi tiết có liên quan. Thông thường khe hẹp có chiều rộng khoảng 100 lần lớn hơn đường kính hạt của pha phân tán. Đi ngang qua khe hẹp, tốc độ chuyển động của hệ nhũ tương có thể được tăng lên 100 – 400 m/s và quá trình đồng hóa chỉ diễn ra trong khoảng 10 – 15 giây.
Trong quá trình này, toàn bộ năng lượng áp suất được cung cấp từ bơm piston sẽ được chuyển hóa thành động năng. Một phần năng lượng này sẽ chuyển thành áp suất để
đẩy hệ nhũ tương đi tiếp sau khi rời khe hẹp. Một phần khác được thoát ra dưới dạng nhiệt năng.
Thiết bị đồng hóa hai cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống tạo thủy lực đối áp.
Chú thích
1. Bộ phận tạo khe hẹp
2. Bộ phận sinh lực
3. Khe hẹp 0.1 mm
Hình 5.8 Sữa đi qua khe hẹp
Sau khi đi qua khe hẹp thứ nhất, các hạt pha phân tán bị phá vỡ và làm giảm kích thước. Tuy nhiên, chúng có thể kết dính với nhau tạo thành chùm hạt. Việc thực hiện giai đoạn đồng hóa tiếp theo nhằm duy trì đối áp ổn định cho giai đoạn đồng hóa một, đồng thời tạo điều kiện cho các hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ, chống lại hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quản hệ nhũ tương sau này.
Thông số đồng hóa: áp suất đồng hóa cấp 1 là 150 bar, áp suất đồng hóa cấp 2 là
50 bar, nhiệt độ đồng hóa 70 - 75oC.
5.7. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống
Nhiệm vụ: gia nhiệt và làm lạnh bằng hệ thống đường ống.
Cấu tạo: thiết bị gồm 7 ống hình trụ song song có cùng đường kính được đặt bên
trong ống hình trụ lớn.
Sữa sẽ di chuyển bên trong các ống hình trụ nhỏ, còn chất tải nhiệt sẽ di chuyển trong khoảng không gian giữa thân trong ống hình trụ lớn và thân ngoài các ống hình trụ nhỏ.
1 2 2
Các ống hình trụ nhỏ được thiết kế với cấu hình dạng xoắn để tạo nên các dòng chảy rối và tăng cường hiệu quả truyền nhiệt. Các ống trụ lớn trong hệ thống được nối lại với nhau nhờ các vòng nối đôi.
Hình 5.9 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng Hình 5.10 Cấu tạo ống chùm ống lồng ống
5.8. Tiệt trùng UHT
Hình 5.11 Hệ thống thiết bị đồng hóa – tiệt trùng TA Flex
Cấu tạo:
Giàn trao đổi nhiệt dạng ống chùm: sử dụng tác nhân làm nóng là nước nóng.
Máy đồng hóa: sử dụng áp suất cao và nhiệt độ.
Các bơm.
Tủ điều khiển.
Giải thích sơ đồ
Quy trình sản phẩm:
Sữa hoàn nguyên được bảo lạnh ở nhiệt độ 5oC từ bồn cân bằng sẽ được bơm đưa vào ngăn thứ nhất của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống. Tại đây dòng sữa lạnh sẽ tiếp xúc gián tiếp với dòng sữa nóng từ ngăn thứ 6 đi ra. Dòng sữa lạnh được nâng nhiệt độ lên khoảng 60oC còn dòng sữa nóng được hạ nhiệt độ xuống. Tiếp tục dòng sữa này được đưa vào ngăn thứ 2 để gia nhiệt sơ bộ lên 70 – 75oC đây là nhiệt độ thích hợp cho việc đồng hóa. Dòng sữa 70 – 75oC là dòng sữa được bơm và đưa vào thiết bị đồng hóa, nhằm mục đích làm nhỏ kích thước và phân tán các hạt cầu béo trong sữa để tránh hiện tượng tách lớp chất béo trong sữa trong quá trình bảo quản. Áp suất đồng hóa cấp 1 là 150 bar, cấp 2 là 50 bar. Sữa sau đồng hóa sẽ được dẫn vào ngăn thứ 3 và ngăn thứ 4 của thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ dòng sữa lên từ từ. Tiếp theo dòng sữa sẽ được đưa vào ngăn thứ 5, tại đây dòng sữa sẽ được nâng lên nhiệt độ tiệt trùng 139 1oC. Ở nhiệt độ này sữa được dẫn dọc theo đường ống lưu nhiệt trong thời gian 4s. Đây là thời gian cần thiết để tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật và enzyme trong sữa. Sữa sau khi tiệt trùng đi vào ngăn thứ 6 rồi đưa trở lại ngăn thứ nhất để trao đổi nhiệt với dòng sữa ban đầu. Cuối cùng dòng sữa được đưa vào ngăn thứ 7 trao đổi nhiệt với nước đá 0-2oC để làm lạnh xuống nhiệt độ 20oC trước khi vào máy rót ( nếu rót trực tiếp) hoặc vào bồn alsafe ( nếu rót gián tiếp).
Quy trình nước nóng
Hơi quá nhiệt có áp suất tới 6 bar, được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để gia nhiệt cho dòng nước có áp suất 3 - 4 bar đi ngược chiều, tại đây nhiệt độ dòng nước được nâng lên cao hơn nhiệt độ tiệt trùng. Dòng nước nóng này được đưa vào ngăn thứ 5, để nâng nhiệt độ của sữa lên đến nhiệt độ tiệt trùng, rồi qua ngăn 4, ngăn 3 có tác dụng gia nhiệt sơ bộ cho dòng sữa. Dòng nước nóng từ ngăn 3 được đưa qua ngăn 9. Tại đây dòng nước nóng sẽ được hơi có áp suất 6 bar gia nhiệt thêm, để bảo đảm rằng nhiệt độ của dòng sữa nóng ra từ ngăn 9 vào ngăn 2 đủ lớn để nâng nhiệt độ của dòng sữa đến
với nhiệt độ dòng nước lạnh vào. Sau đó dòng nước được làm nguội này sẽ được bơm vào ngăn thứ 6 để trao đổi nhiệt với nhiệt độ dòng sữa nóng sau tiệt trùng. Theo sơ đồ dòng nước nóng sẽ đi theo một chu trình khép kín.
5.9. Bồn Alsafe
Hình 5.13 Bồn Alsafe
Mục đích: trữ sữa sau khi tiệt trùng UHT trong điều kiện vô trùng. Cấu tạo:
Gồm 2 lớp thép không rỉ, dung tích 12000 lít.
Có cánh khuấy, được gắn đặc biệt hoàn toàn cách biệt với môi trường bên ngoài.
Thiết bị đảm bảo điều kiện vô trùng do các van nối các đường ống dẫn sữa ra và vào thiết bị luôn luôn có áp dương và đảm bảo bằng nhiệt độ steam ở 130oC.
Các thông số vận hành:
Áp suất tower water: 3.6 bar.
Áp suất steam: 1.8 – 2.7 bar.
Áp suất khí nén: 6.0 bar.
Nguyên lý hoạt động
Trước khi tiếp xúc sản phẩm, Alsafe tank cần được tiệt trùng bằng hơi nước 140oC. Sau đó, thiết bị sẽ được làm nguội xuống nhiệt độ sản xuất bằng cách cấp nước giải nhiệt vào giữa hai lớp vỏ áo. Sau đó, thiết bị sẽ chuyển qua bước sản xuất. Trong quá trình sản xuất Alsafe tank là nơi nhận sản phẩm từ thiết bị tiệt trùng và là nơi cấp sản phẩm cho máy rót.
Hình 5.14 Thiết bị chiết rót Tetra Brik Aseptic 19
Cấu tạo: gồm các bộ phận chính sau:
Van tiệt trùng A, B, C.
• Van A: kiểm soát lưu lượng sản phẩm, khi mở sản phẩm sẽ đi vào máy rót.
• Van B: kiểm soát một phần lưu lượng khí tiệt trùng, khi mở khí tiệt trùng sẽ đi vào ống rót trong quá trình tiệt trùng thiết bị.
• Van C (van steam): mở và đóng để tạo hơi chặn giữa máy rót và đường cấp sản phẩm và đồng thời hơi nóng cũng giúp tiệt trùng van này.
Bộ lọc: lọc peroxide và bột giấy từ khí tiệt trùng đi ra buồng tiệt trùng. Sau đó nước trộn khí sẽ đi vào máy nén khí vòng nước.
Bộ tách nước: loại nước từ khí lẫn nước từ máy nén khí vào nước.
Bộ trao đổi nhiệt khí tiệt trùng: gia nhiệt và làm nguội khí. Khí lạnh từ bộ trao đổi nhiệt được gia nhiệt trước khi đến bộ siêu nhiệt.
Bộ siêu nhiệt: gia nhiệt và tiệt trùng khí từ bộ trao đổi nhiệt. Tất cả các vi sinh vật bị tiêu diệt tại bộ siêu nhiệt.
Bộ hóa hơi peroxide: làm bay hơi peroxide, khí nén và peroxide được đẩy qua đầu phun vào bộ bay hơi peroxide. Peroxide sẽ bay hơi vào khí nóng từ super heater, các đĩa xoắn bên trong sẽ giúp peroxide trộn tốt vào khí nóng.
Trước khi bắt đầu hoạt động , TBA 19 thực hiện quá trình tiệt trùng thiết bị, sau đó rót và đóng hộp.
Điều kiện tiên quyết để hệ thống TBA 19 hoạt động là hệ thống phải sạch về mặt vật lý, steam, điện, nước, áp suất khí nén.
Các bước tiệt trùng và sản xuất của thiết bị TB 19
Nguyên tắc tiệt trùng: peroxide bay hơi được phun vào bề mặt bên trong thiết bị. Peroxide bay ngưng tụ và được làm khô bằng khí nóng. Môi trường tiệt trùng được đảm bảo bằng áp dương tiệt trùng.
Bước 1 (Preheating I): thời gian 20 phút. Bồn nước được gia nhiệt, peroxide được điền từ container vào tank. Khí peroxide trong tank ở mức máy quy định, tự động chuyển lên bước 2.
Bước 2 (Preheating II): thời gian 10 phút. Máy nén khí bắt đầu hoạt động, peroxide bắt đầu tuần hoàn, nhiệt độ của super heater đạt 400oC. Lúc này máy khiểm soát mối hàn LS gia nhiệt 270oC, nhiệt độ nước đạt 80oC. Khi đạt điều kiện này, máy tự chuyển lên bước 3.
Bước 3 (Tube sealing): tạo ống. Thời gian 30s – 1phút. Bao bì được đưa vào, strip được dán. Máy bắt đầu kiểm soát ống giấy kín và tạo độ kín cho bồn tiệt trùng. Khi đạt điều kiện này, máy chuyển sang bước 4.
Bước 4 (Preheating III): thời gian 7 – 8 phút. Super heater gia nhiệt cho nhiệt độ tiệt trùng đạt 270oC. Máy kiểm soát đường ống giữa super heater và van cấp khí được tiệt trùng. Máy chuyển sang bước 5.
Bước 5: Filling spray tank (phun peroxid). Gồm 3 bước nhỏ: • Điền peoxide từ tank lên cốc.
• Phun peroxide khi cốc peroxide đạt mức quy định, máy nén khí thổi ngược peroxide xuống chuyển sang bộ tán sương cấp vào bồn tiệt trùng, phần còn lại tiệt trùng đường ống. Áp phun 3.0 bar. Con lăn ép quay.
• Dừng phun: thời gian 2 phút. Nhiệt độ giảm, thiết bị nguội, peroxide được ngưng phun trên bề mặt trong bồn tiệt trùng. Bộ trao đổi nhiệt đổi vị trí van cho phép khí lạnh làm nguội khí nóng từ super heater. Con lăn ép tiếp tục quay. Máy kiểm soát nhiệt độ phun lớn hơn 60oC. Khi đạt điều kiện này máy chuyển sang bước sấy.
độ steam đạt nhiệt độ cài đặt 130 C đảm bảo tiệt trùng cụm van A, B, C sạch hoàn toàn, áp tiệt trùng không nhỏ hơn 0.3 bar. Con lăn cuộn quay ở bước cuối giai đoạn này để làm khô peroxide trên bề mặt bao bì, van B đóng. Khi đạt điều kiện này máy chuyển sang bước 7.
Bước 7: chuyển tín hiệu sang Aspectic.