3.1.1 Kế hoạch nhập nguyên liệu
Bảng 3.1 Sơ đồ thu hoạch nguyên liệu
Nguyên liệu
Tháng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Sữa tươi x x x x x x x x 0 x x x
Bảng 3.2 Số ngày làm việc/ số ca trong tháng (năm 2019)
Tháng
Số ngày 26 17 22 24 26 25 23 27 24 27 22 26
Số ca 52 34 44 46 52 50 46 54 48 54 44 52
- Ngày sản xuất 2 ca, mỗi ca làm việc 8h, tuy nhiên các thiết bị phải mất 0,5 giờ để nghỉ giữa ca và vệ sinh thiết bị. Do đó tính thời gian hoạt động cho các thiết bị là 7,5 giờ.
- Số ngày nghỉ trong năm: 76 ngày (bao gồm 1 ngày tết dương lịch, 7 ngày tết âm lịch, 1 ngày dỗ tổ Hùng Vương, 3 ngày giải phóng miền Nam và quốc tế lao động, 1 ngày Quốc Khánh 2-9, 52 ngày chủ nhật, 12 ngày bão dưỡng).
- Tu sửa máy móc thiết bị: vào 4 ngày cuối tháng 3,7,11. - Tổng số ngày làm việc trong 1 năm: 289 ngày.
- Tổng số ca làm việc trong 1 năm: 578 ca.
3.2 Tính cân bằng vật chất3.2.1 Số liệu ban đầu 3.2.1 Số liệu ban đầu
Năng suất 12000 tấn sản phẩm/ năm từ nguyên liệu sữa tươi
Nguyên liệu sữa tươi có hàm lượng chất khô 12,8% và hàm lượng chất béo 3,5 % Yêu cầu về sản phẩm phomai tươi: hàm lượng chất khô 40%
Tiêu hao nguyên liệu từng công đoạn
Bảng 3.3 Bảng % tiêu hao nguyên liệu từng công đoạn trong quá trình sản xuất
STT Tên công đoạn % hao hụt về khối lượng % hao hụt ẩm Tổng % hao hụt 1 Lọc, Kiểm tra 1 1 2 Định lượng 1 1
3 Gia nhiệt sơ bộ 0.5 0.5
4 Chuẩn hóa 0.5 0.5
6 Thanh trùng, làm nguội 1 1 7 Cấy giống 0.5 0.5 8 Lên men 1 1 9 Đông tụ 1 1 10 Tách huyết thanh 1.5 55 56.5 11 Khuấy trộn 1 1 12 Bao gói 1.5 1.5 3.2.2 Tính toán
- Năng suất dây chuyền sản xuất phô mai tươi từ sữa tươi là 12000 tấn sản phẩm/năm. - Năng suất trong 1 ca:
M = 12000578 =¿20,761 (tấn/ca) - Lượng nguyên liệu cần thiết sử dụng:
Mv =
Mr×100
100−x (tấn/ca) Trong đó:
Mv: lượng nguyên liệu vào của mỗi công đoạn (tấn)
Mr: lượng bán thành phẩm tạo thành của mỗi công đoạn (tấn) x: hao hụt của mỗi công đoạn (%)
3.2.2.1 Công đoạn bao gói:
Lượng bán thành phẩm ra: Mr10 = M = 20,761 (tấn/ca)
Tỷ lệ hao hụt : x10 = 1.5%
Lượng nguyên liệu vào: Mv10 = 20,761100 ×100
−1.5 =21,077 (tấn/ca) Nồng độ chất khô của sản phẩm: C10= 40%
Hàm lượng ẩm: W10= 60%
3.2.2.2 Công đoạn tách huyết thanh:
Lượng bán thành phẩm ra: Mr9 = Mv10 = 21,077 (tấn/ca) Tỷ lệ hao hụt: x9 = 1.5% khối lượng , 55% ẩm.
Trước khi tách huyết thanh, khối đông có độ ẩm x %. Sau khi tách huyết thanh độ ẩm giảm còn 60%, hao hụt ẩm trong quá trình tách huyết thanh 55%
55% = W1001−W2
−W2x100 = 100x−60
−60 x100
Hàm lương ẩm trước khi tách huyết thanh: W9= x = 82% Lượng nguyên liệu vào :Mv9 =
Mv10×100 100−1,5 ×100 −60 100−82 ¿ 21,077×100 100−1,5 ×100 −60 100−82 Mv9 = 47,551 ( tấn/ca) Lượng huyết thanh sữa được tách ra là:
Mhuyết thanh = Mv9×0,55= 26,153 (tấn/ca)
Hàm lượng chất khô trước khi tách huyết thanh: C9=100-82= 18%
3.2.2.3 Công đoạn đông tụ (khuấy trộn):
Lượng bán thành phẩm ra: Mr8 = Mv9 = 47,551 (tấn/ca)
Tỷ lệ hao hụt : x8 = 2%
Lượng nguyên liệu vào: Mv8 = 47,551100×100
−2 = 48,521 (tấn/ca) (bao gồm cả sữa, renet và CaCl2)
Tổng khối lượng chất khô : = 18% x48,521=¿ 8,734 tấn
- Lượng rennet cho vào : 5 - 10g rennet/100kg sữa (chọn 10g) tức là 100g/1 tấn sữa. Suy ra : 48,521 tấn sữa cần bổ sung = 48,521×100=¿ 4852,1(g) = 4,852 (kg)
- Lượng CaCl2 cho vào : 0.05g/l Khối lượng riêng của sữa : 1.034 kg/l
Thể tích sữa = 48,5211.034×1000=46925,532 (lít)
Suy ra lượng CaCl2 cần dùng = 46925,5321 ×0.05 = 2346,277 (g) = 2,346 (kg/ca) Lượng sữa nguyên liệu vào trước khi khuấy trộn
= 48,521 - 4,852.10-3 - 2,346.10-3 = 48,514 (tấn/ca) Khối lượng chất khô của sữa trước khi khuấy trộn = 8,734 - 4,852.10-3 - 2,346.10-3 = 8,727 tấn Nồng độ chất khô của sữa trước khi khuấy trộn C8 = 48,5178,727 x100=17,988 % 18%
3.2.2.4 Công đoạn cấy giống, lên men:
Tỷ lệ hao hụt lên men: x7 = 1%
Lượng nguyên liệu vào: Mv7 =48,514100×100
−1 = 49,004 (tấn/ca) - Lượng vi khuẩn lactic cấy vào : 3% (v/v)
Thể tích sữa vào = 49,004.103
1.034 =47392,689 (lít)
Suy ra lượng vi khuẩn cấy vào = 47392,6891 ×3 %=1421,781 (lít) (sau khi nhân giống) - Cấy giống hao hụt 0.5% :
Suy ra lượng giống gốc thực tế sau nhân giống = 1421,781100 x100
−0.5 =1428,925(lít) Vậy lượng men giống cần dùng = 0.1% x 1428,925= 1,429 (lít)
Lượng sữa đem đi hoạt hóa =1428,925x99,9 % = 1427,496 (lít)
Vì lượng giống cấy vào rất nhỏ so với nguyên liệu sữa nên nồng độ chất khô C7 = C8 18 %
3.2.2.5 Công đoạn thanh trùng, làm nguội:
Lượng bán thành phẩm ra : Mr6 = Mv7 = 49,004 (tấn/ca)
Tỷ lệ hao hụt : x6 = 1%
Lượng nguyên liệu vào: Mv6 =49,004100×100
−1 =¿49,499 (tấn/ca) Nồng độ chất khô không thay đổi C6 18 %
3.2.2.6 Công đoạn đồng hóa:
Lượng bán thành phẩm ra: Mr5 = Mv6 = 49,499 (tấn/ca)
Tỷ lệ hao hụt : x5 = 0.5%
Lượng nguyên liệu vào: Mv5 =49,499100 ×100
−0.5 =¿ 49,748 (tấn/ca) Nồng độ chất khô không thay đổi C5 18 %
3.2.2.7 Công đoạn chuẩn hóa:
Lượng bán thành phẩm ra: Mr4 = Mv5 = 49,748 (tấn/ca)
Tỷ lệ hao hụt : x4 = 0.5%
Ta có lượng nguyên liệu sau tiêu chuẩn hoá ( chưa tổn thất) : M=49,748×100
100−0.5 =49,998(tấn/ca)
Mr3, C2%
Cream (Mcr, C1%)
Mr4, C3% C% là tổng hàm lượng chất khô
Theo giả thuyết đề bài ta có:
Nồng độ chất khô của cream C1 = 40%
Nồng độ chất khô của nguyên liệu vào C2 = 12.8 % Nồng độ chất khô của sản phẩm ra C3 18% Theo sơ đồ ta có hệ phương trình sau:
{ Mcr+Mr3=M
Mcr×40 %+Mr3×12.8 %=M ×18 %
Thế các giá trị vào hệ phương trình ta được:
{ Mcr+Mr3=49,998
Mcr×40 %+Mr3×12.8 %=49,998×18 %
Giải hệ phương trình ta được:
{Mcr=9,558(t nấ /ca)
Mr3=40,44(t nấ /ca) Như vậy:
- Lượng sữa nguyên liệu trước khi tiêu chuẩn hóa: Mr3 = 40,44(t nấ /ca) - Lượng cream cần bổ sung cho công đoạn này: Mcr = 9,558(t nấ /ca) - Lượng nguyên liệu vào thùng tiêu chuẩn hóa: M= 49,998(t nấ /ca) - Lượng bán thành phẩm ra sau khi chuẩn hóa: Mr4= 49,748 (tấn/ca)
3.2.2.8 Công đoạn gia nhiệt sơ bộ:
Lượng bán thành phẩm ra : Mr3 = 4 0,44(t nấ /ca)
Tỷ lệ hao hụt : x3 = 0.5%
Lượng nguyên liệu vào: Mv3 = 40,44100 ×100
−0.5 =40,643(t nấ /ca)
3.2.2.9 Công đoạn định lượng:
Lượng bán thành phẩm ra : Mr2 = Mv3 = 40,643(t nấ /ca)
Tỷ lệ hao hụt : x2 = 1%
Lượng nguyên liệu vào: Mv2 =40,643100×100
−1 =¿41,054 (tấn/ca)
3.2.2.10 Công đoạn lọc, kiểm tra:
Tỷ lệ hao hụt : x1 = 1%
Lượng nguyên liệu vào: Mv1 =41,054100×100
−1 =¿ 41,469 (tấn/ca)
3.2.2.11 Tính tỉ trọng của sữa:
- Tỉ trọng dịch sữa từ công đoạn lọc, kiểm tra đến trước khi tiêu chuẩn hóa:
d= 100 F 0.93+W+ SNF 1.608 (g/cm3) Trong đó:
F là hàm lượng chất béo có trong sữa(% khối lượng)
SNF (solids non fat) là hàm lượng chất khô không béo có trong sữa W (water) hàm lượng nước có trong sữa( % khối lượng)
W= 100-F-SNF, (%)
Theo số liệu ban đầu: F=3.5%; SNF=12,8-3.5=9,3%, W=87,2%. Thay số ta được d= 100 3,5 0.93+ 9,3 1.608+87,2 =1.034(kg/l)
- Tỉ trọng của sữa sau khi tiêu chuẩn hoá:
Ta có: F1=Mr3× F0+Mcr×C1 M = 40,44×3.5+9,558×40 49,998 =10,477 % SNF=18−10.477=7.523% W=100−18=82 % Vậy: d= 100 10.477 0.93 + 7.523 1.608+82 =1.021(kg/l)
- Tỉ trọng dịch sữa sau giai đoạn tách whey:
F2=Mv9× F1 Mv10 = 47,551×10,477 21,077 =23,637 % SNF=40−23,637=16,363 % W=100−40=60 % d= 100 23,637 0.93 + 16,363 1.608 +60 =1.046(kg/l)
3.2.2.12 Tính toán bao bì
Số cốc dùng để đựng phô mai
Lượng phô mai trước khi rót: 21,077 (tấn/ca)
Chọn cốc chứa khối lượng 250 g = 0,250 kg, nên số cốc cần dùng là: n = 21,077×106
250 = 84308 (cốc/ca)
Số thùng carton cần dùng
Chọn thùng carton chứa 54 cốc/thùng, vậy lượng thùng cần dùng: 84308 : 54 = 1562 ( thùng/ca)
3.3 Tổng kết cân bằng vật chất
Bảng 3.4 Tổng kết cân bằng vật chất của quá trình sản xuất phô mai tươi
STT Công đoạn Tiêu hao
% Nguyên liệu sữa vào (tấn/ca) Tỉ trọng (kg/l) Nồng độ chất khô % 1 Nguyên liệu 41,469 1,034 12,8
2 Lọc, Kiểm tra 1 41,469 1,034 12,8
3 Định lượng 1 41,054 1,034 12,8
4 Gia nhiệt sơ bộ 0.5 41,643 1,034 12,8
5 Chuẩn hóa 0.5 40,44 1,021 18
6 Đồng hóa 0.5 49,748 1,021 18
7 Thanh trùng, làm nguội
1 49,499 1,021 18
8 Cấy giống, Lên men 0.5+1 49,004 1,021 18
9 Đông tụ (khuấy trộn)
2 48,521 1,021 40
10 Tách huyết thanh 56.5 47,551 1,046 40
11 Bao gói 1.5 21,077 1,046 40
Bảng 3.5 Tổng kết lượng nguyên liệu vào của quá trình sản xuất phô mai tươi
Nguyên liệu Trong 1 ca Trong 1 năm (578 ca)
Sữa tươi 41,469 tấn 23969,082 tấn Men giống 1,429 lít 825,962 lít Rennet 4,852 kg 2804,456 kg CaCl2 2,346 kg 1355,988 kg Cream 9,558 tấn 5524,524 tấn CHƯƠNG 4 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 4.1 Bảng hệ thống các thiết bị Bảng 4.1 Hệ thống các thiết bị
1 Thu nhận sữa Thùng chứa sữa nguyên liệu
2 Lọc, kiểm tra Máy phân tích sữa tươi
3 Lọc, kiểm tra Thùng trung gian
4 Gia nhiệt sơ bộ, thanh trùng Thiết bị thanh trùng bản mỏng
5 Chuẩn hóa Thiết bị tiêu chuẩn hóa
6 Chuẩn hóa Thùng chứa cream
7 Đồng hóa Thiết bị đồng hóa
8 Cấy giống Thùng hoạt hóa giống
9 Lên men Thiết bị lên men
10 Đông tụ, khuấy trộn Thiết bị đông tụ sữa thế hệ mới
11 Tách whey Bồn chứa whey
12 Chờ rót Bồn chờ rót
13 Bao gói Thiết bị rót sản phẩm
14 Nhiều công đoạn Bơm
4.2 Tính và chọn thiết bị:
Công thức chung để tính số lượng thiết bị sử dụng là: [9] Hệ số sử dụng của thiết bị ≥ 0.85
n=năng su tấ công đo nạ
năng su tấ thi tế bị n =
4.2.1 Hệ thống tiếp nhận:
Hình 4.1 Hệ thống tiếp nhận sữa
Cấu tạo:
1-Bộ lọc không khí 3-Bộ lọc
2-Máy bơm 4-Thiết bị kiểm tra
Nguyên tắc hoạt động:
Van xã của xe chở sữa được nối với bộ phận lọc và kiểm tra sữa. Sữa được bơm vào bộ lọc không khí, đến bộ lọc sữa, sau đó qua thiết bị kiểm tra. Sau khi đo, sữa được đưa vào thùng chứa sữa trung gian.
a. Thùng chứa sữa nguyên liệu
Lượng sữa tiếp nhận: 42,071 (tấn/ca) Mỗi ngày có 2 ca làm việc.
Đổi sang thể tích: 42,0717,5 ∗1000 ∗1,034 = 5425,016 (lít /h) Hệ số chứa đầy: 0,85 Vậy thể tích thùng chứa là: Vthùng=5423,016 0,85 =6380,02(lít)=6,38(m 3 )
Kí hiệu:
D: Đường kính thân hình trụ H: Chiều cao thân hình trụ
h: Chiều cao của phần chỏm cầu Chọn h = 0,3D (STQTTB Tập 2) Ho: Chiều cao của thùng, Ho = H + 2h Thể tích thùng được tính theo công thức: V = 2Vc+ Vtr
Vc: Thể tích phần chỏm cầu
Hình 4.2Thùng chứa sữa nguyên liệu
Vtr: Thể tích phần thân trụ Thể tích phần thân trụ: Vtr=π D2H 4 Trong đó: D là đường kính thùng
H là chiều cao thân hình trụ thùng, chọn H = 1,3D (STQTTB T.2)
Vtr=π D2H 4 = π D2×1,3D 4 =1,021D 3 Thể tích phần chỏm cầu: Vc=π . h 6 (3. D2 4 +h 2 )=0,132× D3
Từ Vc và Vtr ta được thể tích thùng V như sau: V= 2Vc+Vtr ¿1,285× D3
Suy ra:
D=√3 1,285V
Hệ số chứa đầy của các thùng đều là 0,85. Ta có thể tích thực của thùng V : V=6,38(m3 ) Suy ra : D=√3 1,2856,38 =1,706(m)=1706(mm) H=1,3×1706=2217,8(mm) h=0,3×1706=511,8(mm)
H0=511,8×2+2217,8=3241,4(mm)
Như vậy chọn 1 thùng chứa sữa có kích thước D x Ho = 1706 x 3245 (mm).
b. Thiết bị kiểm tra
Chọn thiết bị phân tích sữa tươi Milko Scan Mars.
Hình 4.3 Máy phân tích sữa tươi MILKO SCAN MARS
Thiết bị phân tích sữa tươi MILKO SCAN MARS dùng trong phòng KCS (ngoài phân xưởng sản xuất) để phân tích các chỉ tiêu của sửa nguyên liệu đầu vào trước khi đưa vào chế biến.
Kỹ thuật phân tích: Quang phổ Hồng ngoại FTIR
Ứng dụng: Phân tích nhanh đa thành phần trong sữa tươi. Model: MilkoScan MARS
Hãng sản xuất: FOSS - Đan Mạch Nước sản xuất: Đan Mạch.
Milko Scan Mars rất hiệu quả về chi phí, cho phép đo tối đa sáu thông số chính từ một mẫu sữa duy nhất.
Có thể kiểm tra và kiểm tra lại bao nhiêu tùy thích mà không mất thêm chi phí. Thiết bị này sẽ giúp giảm chi phí ngay lập tức và ấn tượng bằng cách thay thế việc phân tích theo phương pháp truyền thống.
- Thông số kỹ thuật:
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của máy phân tích sữa tươi MilkoScan Mars[10]
Model MilkoScan MARS
Kích thước W*D*H= 345*280*285 mm Cân nặng 10,5 kg Cung cấp năng lượng 100-240V- 50/60Hz Nhiệt độ môi trường 5-35oC Độ ẩm môi trường <80% Mức độ ồn <70 db Phạm vi đo 0-48 % Fat 0-6 % Protein 0-50 % Total solids 0-12 % SNF 0-6 % Lactose
Độ chính xác ≤ 1.2 % CV với sữa bò nguyên liệu (Fat, Protein, Lactose, Total Solids, solids non fat)
Độ lặp lại ≤ 0.5 % CV với sữa bò nguyên liệu (Fat, Protein, Lactose, Total Solids, solids non fat)
Thời gian phân tích 1 phút cho sữa
Thể tích mẫu 6 ml.
Nhiệt độ mẫu 5 – 40 °C (mẫu phải đồng nhất)
Làm sạch Tự động và lập trình
c. Thiết bị lọc
Chọn thiết bị lọc túi thủy tĩnh GEA KA
Sữa nguyên liệu từ thùng chứa nguyên liê ̣u được bơm qua bô ̣ phâ ̣n lọc lắp trên đường ống, kích thước lỗ lọc nhỏ hơn 300 µm.
Hình 4.4 Thiết bị lọc túi rới
Bảng 4.3 Thông số kĩ thuật thiết bị lọc [4]
Năng suất 3000 lít/h
Chiều dài thiết bị 1000 mm
Đường kính ngoài 250 mm Đường kính ống lọc 150 mm Đường kính lỗ lọc < 300 µm Nhiệt độ 1200C Áp suất 8-10Pa d. Thiết bị định lượng
Chọn thiết bị định lượng sữa Xuất xứ: Hàn Quốc
Mode: DY-DCM80F Size: 80 mm
Tốc độ: 9-180 m3/h
Hình 4.5 Lưu lượng kế điện từ
4.2.2 Thùng chứa trung gian:
Lượng sữa sau tiếp nhận: 40,643 tấn/ca
Đổi sang thể tích: 40,6437.5x1.034∗1000 = 5240,877 lít/h = 5,241 (m3/h) Lượng sữa tiếp nhận: V= 5,241 (m3/h)
Hệ số chứa đầy: 0,85
Vậy thể tích thùng chứa là: Vthùng=5,241
0.85 =6,166(m
3
Tính toán kích thước thùng chứa trung gian:
Kí hiệu:
D: Đường kính thân hình trụ H: Chiều cao thân hình trụ
h: Chiều cao của phần chỏm cầu chọn h = 0,3D (STQTTB Tập 2) Ho: Chiều cao của thùng, Ho = H + 2h Thể tích thùng được tính theo công thức: V = 2Vc+ Vtr
Vc: Thể tích phần chỏm cầu Vtr: Thể tích phần thân trụ
Hình 4.6 Thùng chứa trung gian
Thể tích phần thân trụ :
Vtr=π D2H
4
Trong đó:
D là đường kính thùng
H là chiều cao thân hình trụ thùng, chọn H = 1,3D
Vtr=π D2H 4 = π D2×1,3D 4 =1,021D 3 Thể tích phần chỏm cầu: Vc=π . h 6 (3. D2 4 +h 2 )=0,132× D3
Từ Vc và Vtr ta được thể tích thùng V như sau: V= 2Vc+Vtr ¿1,285× D3
Suy ra:
D=√3 1,285V
Hệ số chứa đầy của các thùng đều là 0,85. Ta có thể tích thực của thùng V :
V=6,166(m3/h) Suy ra :
D=√3 6,1661,285=1,687(m)=1687(mm)
H=1,3×1687=2193,1(m)
h=0,3×1687=506,1(m)
H0=2∗506,1×+2193,1=3205,3(m)
Như vậy chọn 1 thùng chứa trung gian có kích thước D x Ho = 1687 x 3206 (mm).
4.2.3 Thiết bị thanh trùng bản mỏng:
Hình 4.7 Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng
Cấu tạo:
Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bản hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ. Mỗi tấm bản sẽ có 4 lỗ tại 4 góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự