Hỗn hợp nguyên liệu gồm : 12% béo, 11% MSNF, 15% đường, 0.4% chất ổn định, 0.3% chất nhũ hoá. Tỉ trọng của hỗn hợp nguyên liệu d = 1.0953 (kg/l hỗn hợp)
Tính lượng nguyên liệu cần dùng:
− Lượng đường: 15% * 100 = 15 (kg).
− Chất ổn định: 0.4% * 100 = 0.4 (kg).
− Chất nhũ hoá: 0.3% * 100 = 0.3 (kg).
− Lượng cream: x (kg).
− Lượng sữa tươi: y (kg).
− Lượng bột sữa gầy: z (kg).
Phương trình khối lượng của hỗn hợp: x + y + z = 100 – (15 + 0.4 + 0.3) (1).
Cân bằng lượng MSNF (từ 3 nguồn : sữa tươi, bột sữa gầy, cream). 6.3%x + 8.7%y + 97%z =11% * 100 (2).
Cân bằng lượng béo (từ 3 nguồn : sữa tươi, cream, bột sữa gầy) : 30%x + 3.5%y + 1%z = 12% * 100 (3).
Từ 3pt trên ta có: x = 34.63 kg, y = 44.58 kg, z = 5.09 kg. Tính lượng khí cần cho phối trộn 100kg hỗn hợp nguyên liệu:
Giả sử thể tích hỗn hợp nguyên liệu sau khi phối trộn với không khí tăng thêm 100% so với hỗn hợp trước khi nạp khí : Vkk = 100% Vhh đầu
Tính lượng kem tạo ra từ 100kg hỗn hợp nguyên liệu:
− Lượng hỗn hợp sau quá trình phối trộn: 100*(100 – 1.5)/100 = 98.5(kg).
− Lượng hỗn hợp sau quá trình đồng hoá: 98.5*(100 – 0.5)/100 = 97.5 (kg).
− Lượng hỗn hợp sau quá trình thanh trùng: 97.5 *(100– 0.5)/100 = 97 (kg).
− Thể tích hỗn hợp sau khi phối trộn với không khí(dhh = 1.0953kg/l, Vkk = 100%Vhh đầu ):
200% * 96.5/1.0953 = 176.2 (l).
Thể tích hỗn hợp sau quá trình lạnh đông sơ bộ: 176.2 * (1 – 0.01) = 174.4 (l). Thể tích hỗn hợp sau quá trình rót hộp/đổ khuôn: 174.4 * (1- 0.015) = 171.8 (l).
Bảng 3.4: Tiêu hao các thành phần nguyên liệu trong 100kg hỗn hợp nguyên liệu:
Nguyên liệu Khối lượng trong 100kg hỗn hợp nguyên liệu(kg) Sữa tươi 44.6 Bột sữa gầy 5 Cream 34.6 Đường 15 Chất ổn định 0.4 Chất nhũ hoá 0.3 Màu 0.01 Hương liệu 0.3
3.1.3 Tính lượng hỗn hợp nguyên liệu qua từng công đoạn của quy trình sản xuất
Chọn năng suất của phân xưởng là 5450 lít kem/ngày (hay 3000 kg nguyên liệu/ngày). Khối lượng hỗn hợp nguyên liệu cần dùng:
Thể tích hỗn hợp trước quá trình đổ khuôn: 5368.7/(1 – 0.015) = 5450 (lít).
Thể tích hỗn hợp trước quá trình lạnh đông sơ bộ: 5315/(1 – 0.01) = 5368.7 (lít).
Lượng hỗn hợp sau quá trình phối trộn: 3000(1 – 0.015) = 2955 (kg).
Lượng hỗn hợp sau quá trình đồng hoá: 2955(1 – 0.005)= 2940.2 (kg).
Lượng hỗn hợp sau quá trình thanh trùng: 2940.2(1 – 0.005)= 2925.5(kg).
Lượng hỗn hợp sau quá trình ủ chín: 2925.5/(1 – 0.005)= 2910.9 (kg).
Thể tích hỗn hợp sau quá trình ủ chín: (2910.9*200%)/1.0953= 5315 (lít). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.4 Tính lượng nguyên liệu đầu vào của quy trình sản xuất
Tính toán các thành phần nguyên liệu cần dùng:
Lượng đường: 3000 *15/100 = 450 kg.
Chất ổn định: 3000 *0.4/100 = 12 kg.
Chất nhũ hoá: 3000 *0.3/100 = 9 kg.
Sữa tươi: 3000 *44.6/100 = 15489 kg.
Bột sữa gầy: 3000 *5/100 = 1736.4 kg.
Lượng không khí cần phối trộn:
Vkk = 100%Vhh = 100%*m/d = 100% * 2910.9/1.0953 = 2657.6 (lít/ngày).
Tính toán các nguyên liệu phụ (bao bì chứa kem):
Số que kem:102%* 5450/0.1 = 55590 que ( 1 que có thể tích 100ml).
Số lượng bao bì plastic bao que kem: 104%*5450/0.1 = 56680 cái.
3.1.5. Bảng phân phối lượng nguyên liệu cho 1 ca, 1 ngày sản xuất:
Bảng 3.5: kế hoạch sản xuất:
Ngày nghỉ Số ngày
Số ngày trong năm 365
Chủ nhật 52
Tết 30, 1, 2, 3 tết 4
Lễ 1/1, 30/4, 1/5, 2/9, 10/3(âm lịch) 5
Bảo trì máy 12
Nguyên nhân khác Cúp điện, đột xuất 8 Số ngày sản xuất trong năm: 284 ngày
Mỗi ngày làm việc 2 ca , 8giờ/ca
Bảng 3.6: phân phối nguyên liệu cho 1 ca sản xuất ;
Nguyên liệu Lượng cho 1 ngày (kg) Lượng cho 1 ca(kg) Hỗn hợp nguyên liệu 3000 1500 Sữa tươi 1337.4 668.7 Cream 1038.9 519.5 Bột sữa gầy 152.7 76.4 Đường 450 225 Chất ổn định 12 6 Chất nhũ hoá 9 4.5 Màu 0.3 0.15 Hương liệu 9 4.5 Chương 4: Tính chọn thiết bị
4.1 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Lịch làm việc của phân xưởng : Mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 8 giờ.
− Ca 2: bắt đầu từ 2 giờ chiều đến 10 giờ tối. Mỗi ngày sản xuất 5450 lít kem trong 2 ca, mỗi ca 1 mẻ.
Bảng 4.1: Bảng phân chia lượng hỗn hợp trước mỗi quá trình:
Thứ tự Quá trình Lượng hỗn hợp/ngày Thể tích hỗn hợp nguyên liệu (l/ca) 1 Phối trộn 3000 (kg) 1370
2 Đồng hoá 2955 (kg) 1350 3 Thanh trùng 2940.2 (kg) 1342 4 U chín 2925.5 (kg) 1336 5 Lạnh đông sơ bộ 5368.7 (lít) 2450 6 Sản xuất kem que 5368.7 (lít) 2450 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.1.1 Tính chọn thiết bị chính4.1.1.1. Thiết bị phối trộn: 4.1.1.1. Thiết bị phối trộn:
Lịch làm việc của thiết bị: Mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 1 mẻ.
Chọn thời gian bơm sữa là 5 phút, thời gian đổ bột là 2 phút, thời gian bơm tuần hoàn là 10 phút.
Khi đó:
− Năng suất trộn trong 1 lần trộn: 1370/(10/60) = 8220 l/h.
→ Chọn thiết bị phối trộn Tetra Almix 10 của hãng TetraPak, năng suất trộn 10000 l/h.
Các bộ phận chính của thiết bị:
− Bồn trộn thể tích 1000 l vận hành ở chế độ chân không để tránh tạo bọt, hấp thụ khí vào sữa; trên đỉnh bồn trộn có 2 đường ống vào cho nguyên liệu lỏng.
Các thông số của thiết bị:
− Áp suất sữa vào bồn trộn 0,5 bar
− Áp suất sữa rời bồn trộn 1,0 bar
− Công suất điện tiêu hao: 36 kW.
− Điện áp tiêu thụ: 220 – 440 VAC, tần số 50 – 60 Hz
− Vật liệu chế tạo: các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm làm bằng thép không rỉ AISI316, các bộ phận khác làm bằng thép không rỉ AISI304
− Kích thước thiết bị: ( dàixrộngxcao, bao gồm bồn trộn, silo bột, cầu thang đến silo bột) : 2938 x 1401 x 3020(mm).
− Khối lượng thiết bị: 1100 kg
− Thể tích 14,6 m3.
Thiết bị phối trộn Tetra Almix 10
4.1.1.2. Thiết bị gia nhiệt cho quá trình trộn nguyên liệu:
Lượng sữa tươi mỗi lần trộn: 668.7 (kg) → thể tích sữa tươi mỗi lần trộn: 668.7/1.0953 = 610.5 (lít)
Chọn tổng thời gian gia nhiệt là 10 phút( chính là thời gian bơm tuần hoàn).
⇒ Năng suất thiết bị gia nhiệt = 610.5
*60 10
= 3663 (l/h).
Chọn thiết bị gia nhiệt bản mỏng Tetra Plex C6 của Tetra Pak, năng suất 5000 l/h. Các thông số của thiết bị:
− Năng suất tối đa: 5000 l/h
− Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316
− Kích thước thiết bị: dài 1500mm, rộng 520mm, cao 1420mm
− Đường kính ống: 51mm
− Kích thước tấm truyền nhiệt: dài 1000mm, rộng 250mm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− Bề mặt truyền nhiệt mỗi tấm: 0,18 m2 − Bề dày mỗi tấm: 0,5 – 0,7 mm
4.1.1.3. Thiết bị đồng hoá:
Thể tích hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị đồng hoá trong 1 mẻ sản xuất là 1350(l).
Chọn :
− Thiết bị đồng hoá 2 giai đoạn.
− Chọn thời gian đồng hoá 1 mẻ là 15 phút.
→Năng suất thiết bị đồng hoá = 1350
*60 15
= 5400 l/h
⇒Chọn thiết bị đồng hoá Tetra Alex của Tetra Pak, năng suất 6000 l/h.
Các thông số của thiết bị:
− Công suất 40 kW.
− Kích thước thiết bị : dài 2240mm, rộng 1400mm, cao 1080mm
− Khối lượng thiết bị 1695 kg, khối lượng tính đến động cơ 2285 kg
− Lượng hơi nước tiệt trùng thiết bị (áp lực 3 bar): 25 kg/h
4.1.1.4. Thiết bị thanh trùng:
Thể tích hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị thanh trùng trong sản xuất: 1342 (l).
Chọn:
− Chế độ thanh trùng: nhiệt độ thanh trùng 850C, thời gian lưu nhiệt 15s.
− Tổng thời gian thanh trùng 1 mẻ: 60 phút.
→Năng suất thiết bị thanh trùng: 1342 (l/h)
⇒Chọn thiết bị thanh trùng Tetra Therm Lacta 10 của Tetra Pak, năng suất 5000 l/h.
Các thông số kĩ thuật:
− Năng suất thiết bị: 5000 l/h
− Nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ: 700C
− Nhiệt độ thanh trùng: 850C, thời gian giữ nhiệt 15s.
− Nhiệt độ làm nguội: 40C.
− Lượng hơi nước cần dùng (áp suất hơi 3 bar): 110 kg/h
− Công suất điện: 15 kW
− Điện áp: 380 hoặc 400 VAC, tần số 50 Hz (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− Vật liệu các đường ống dẫn sữa : thép không rỉ AISI316
− Kích thước thiết bị: dài 3000mm, rộng 1000mm, cao 1800mm.
4.1.1.5. Thiết bị ủ chín:
Thể tích hỗn hợp cần ủ cho 1 mẻ: 1336 lít
Chọn : 1 bồn ủ, dung tích bồn 2000 lít với các thông số kĩ thuật sau
− Thời gian ủ 1mẻ: 5 giờ.
− Nhiệt độ ủ: 40C.
− Công suất motor khuấy: 5kW.
− Điện áp: 220-400 V, tần số 50hz.
− Kích thước: cao 2000mm, đường kính 1000mm.
4.1.1.6. Thiết bị lạnh đông sơ bộ:
Thể tích hỗn hợp nguyên liệu cần lạnh đông sơ bộ trong mỗi mẻ sản suất: 2684.35 lít. Thời gian lạnh đông cho mẻ là 1h. Do đó, năng suất thiết bị lạnh đông sơ bộ = 2684.35 (l/h)
⇒ Chọn 1 thiết bị lạnh đông sơ bộ Hoyer Frigus KF 3000 C/F của hãng Tetra Pak, năng suất mỗi thiết bị 3000 l/h.
Các thông số của thiết bị:
− Vật liệu: thép không rỉ.
− Công suất máy: 46kw.
− Kích thước (dàixrộngxcao): 3000x1500x2850(mm).
− Khối lượng thiết bị: 1000 kg
4.1.1.7. Thiết bị sản xuất kem que:
Thể tích kem cần sản xuất kem que mỗi mẻ là 2684.35 lít.
Chọn: Thời gian hoạt động của thiết bị là 2 h, liên tục, thể tích 1 kem que là 100ml
→ năng suất thiết bị: 2684.35*1000/(2.5*100) = 10737 sản phẩm/h.
Các thông số của thiết bị: − Năng suất: 12000 sp/h. − Tác nhân lạnh: NH3. − Nhiệt độ bồn tác nhân lạnh: -450C. − Công suất: 20 kW. − Có bộ phận bao gói tự động. 4.1.2 Tính chọn thiết bị phụ
4.1.2.1 Bồn bảo quản sữa tươi:
Thể tích sữa tươi cho 1 ngày sản xuất: 1337.4/1.0953 = 1221.04 lít. Thời gian bảo quản sữa tươi tối đa là 1 ngày.
→ Chọn 1 bồn chứa sữa tươi với các thông số kĩ thuật:
− Dung tích: 2000 lít.
− Bồn chứa có lớp vỏ áo để làm lạnh sữa về nhiệt độ 2 – 40C.
− Tác nhân làm lạnh: nước lạnh.
− Kích thước: đường kính 2000 mm, chiều cao 1000 mm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.1.2.2. Bồn bảo quản cream:
Khối lượng cream cho 1 ngày sản xuất: 1038.9/1.0953 = 948.5 lít. Thời gian bảo quản cream tối đa là 1 ngày.
− Dung tích: 2000 lít .
− Bồn chứa có lớp vỏ áo để làm lạnh cream ở nhiệt độ 2 – 40C.
− Tác nhân làm lạnh: nước lạnh.
− Kích thước: đường kính 1000 mm, chiều cao 1000 mm.
4.1.2.3. Thiết bị CIP:
Chọn thiết bị Tetra Alcip 100 của TetraPak năng suất 24000 l/h, được chia thành 5 dãy A, B, C, D, E; năng suất mỗi dãy là 4800 l/h.
Trong đó:
− Dãy A: khu chứa nguyên liêu ban đầu
− Dãy B: khu phối trộn nguyên liệu.
− Dãy C: khu gồm các thiết bị đồng hoá, thanh trùng.
− Dãy D: khu gồm các thiết bị ủ và lạnh đông sơ bộ.
− Dãy E: khu sản xuất kem que
Thông số kỹ thuật mỗi dãy:
− Bơm trung tâm: năng suất 24000 l/h, công suất 5.5 kW, điện áp 400V
− Bơm định lượng: công suất 0,55 kW; điện áp 230V
− Tủ điều khiển: 0,5 kW; điện áp 220V
− Lượng nước tiêu thụ (3 bar): 24000 l/h
− Lượng hơi tiêu thụ (3 bar): tối đa 680 kg/h
Kích thước thiết bị: dài 2m, rộng 1m, cao 3m.
Chế độ làm việc của hệ thống CIP:
Các thiết bị tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu có xử lý nhiệt: thiết bị thanh trùng, thiết bị gia nhiệt … có các giai đoạn CIP sau:
+ Tráng rửa nước ấm trong khoảng 10 phút
+ Bơm tuần hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 30 phút ở nhiệt độ 750C
+ Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 5 phút
+ Bơm tuần hoàn dung dịch acid (HNO3) 0,5 – 1% trong khoảng 20 phút ở nhiệt độ 700C
+ Tráng rửa dung dịch acid bằng nước lạnh trong 5 phút + Làm lạnh từ từ bằng nước lạnh trong khoảng 8 phút
Các thiết bị khác tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu không có xử lý nhiệt: đường ống, bồn chứa, thiết bị phối trộn, thiết bị lạnh đông kem, các thiết bị rót … có các giai đoạn CIP sau:
+ Tráng rửa nước ấm trong khoảng 3 phút (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Bơm tuần hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 10 phút ở nhiệt độ 750C
+ Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 3 phút + Tiệt trùng thiết bị bằng nước nóng 90 – 950C trong 5 phút + Làm nguội từ từ bằng nước lạnh trong khoảng 10 phút
Các thiết bị sau khi CIP nếu không sử dụng ngay, sau một thời gian muốn sử dụng lại thì phải chạy nước nóng trước khoảng 10 – 30 phút.
4.2 BỐ TRÍ THIẾT BỊ VÀO PHÂN XƯỞNG
4.2.1 Bố trí thiết bị:Hình vẽ Hình vẽ
4.2.2 Tính diện tích mặt bằng phân xưởng
5.1. TÍNH NHIỆT
5.1.1. Gia nhiệt trong quá trình phối trộn:
- Khối lượng hỗn hợp cần trộn trong 1 ngày: m1 = 3000 kg
- Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: c1 = 3,9 kJ/kg0C (lấy bằng nhiệt dung riêng của sữa bò). - Nhiệt độ đầu vào của sữa tươi: t11 = 40C
- Nhiệt độ cao nhất khi trộn: t12 = 600C
- Nhiệt lượng cần cung cấp: Q1 = m1.c1.(t12 – t11) = 655200 kJ/ ngày - Lượng hơi 3 bar cần cung cấp: H1 = 1,05 . Q1 / (0,9r1) = 4133 kg/ ngày
Trong đó:
Xem : tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài 5% 0,9: lượng hơi ngưng 90%
r1 = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất 3 bar.
5.1.2. Gia nhiệt cream:
- Khối lượng cream cần dùng trong 1 ngày: m2 = 1038.9 kg - Nhiệt dung riêng của cream: c2 = 3,9 kJ/kg0C
- Nhiệt độ ban đầu của cream: t21 = 40C - Nhiệt độ cream sau khi đun nóng: t22 = 600C
- Lượng nhiệt cần cung cấp: Q2 = m2.c2.(t22 – t21) = 226895.8 kJ/ ngày - Lượng hơi 3 bar cần cung cấp: H2 = 1,05 . Q2/ (0,9r2) = 123.6 kg/ ngày
Trong đó:
Xem: tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài 5% 0,9: lượng hơi ngưng 90%
r2 = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất 3 bar
5.1.3. Thanh trùng:
- Khối lượng hỗn hợp cần thanh trùng trong 1 ngày: m3 = 2940.2 kg - Nhiệt dung riêng của kem: c3 = 3,9 kJ/kg0C
- Sau khi trao đổi nhiệt với kem đã thanh trùng, nhiệt độ kem được nâng lên khoảng t31 = 750C
- Nhiệt độ thanh trùng hỗn hợp: t32 = 850C
- Nhiệt lượng cần cung cấp: Q3 = m3.c3.(t32 – t31) = 114660 kJ/ ngày - Lượng hơi 3 bar cần cung cấp: H3 = 1,05 . Q3 / (0,9r3) = 62.5 kg/ ngày
Trong đó:
Xem: tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài 5% 0,9: lượng hơi ngưng 90%
r3= 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất 3 bar (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.1.4. Hơi cho thiết bị CIP:
Lưu lượng cho 1 lần chạy CIP là 2725 l/h hay 2725 kg/h
Chạy CIP cho thiết bị tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu có xử lý nhiệt (loại 1) : Thời gian chạy CIP là 30 phut, trong đó các quá trình được phân chia thời gian như sau:
− Tráng rửa với nước ấm 500C trong 5 phút: + Lượng nước: N11 = 2725 .5 / 30 = 454.2 kg
+ Lượng hơi 3 bar: H11 =
r t t c N 9 , 0 ) ( * * 2 1 11 − = 19.7 kg Trong đó:
c = 4,18 kJ/kgK: nhiệt dung riêng của nước t1 = 300C: nhiệt độ nước lạnh
t2 = 500C : nhiệt độ nước sau khi gia nhiệt
r = 2141 kJ/kg : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước 3 bar 0,9 : lượng hơi ngưng tụ 90%
⇒ H11 = 50,6 kg
− Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH 1% ở 750C trong 5 phút: