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.
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
+ 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
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: + Lượng nước N12 = 2725 .5 / 30 = 454.2 kg
+ Lượng hơi 3 bar: H12 =
454.2* 4,18*(75 20) 0,9* 2141
−
= 54.2 kg + Lượng NaOH: Gk1 = 1%. 454.2 = 4.54 kg
− Tráng rửa với nước ấm ở 500C trong 5 phút: + Lượng nước: N13 = 2725 . 5 / 30 = 454.2 kg
+ Lượng hơi 3 bar: H13 =
454.2* 4,18*(50 30) 0,9* 2141
−
= 19.7 kg
− Bơm tuần hoàn dung dịch HNO3 1% ở 700C trong 5 phút: + Lượng nước: N14 = 2725. 5 / 30 = 454.2 kg
+ Lượng hơi 3 bar: H14 = 454.2* 4,18*(70 30) 0,9* 2141 − = 39.4 kg + Lượng HNO3 : Ga1 = 1% . 454.2 = 4.54 kg
− Tráng rửa với nước lạnh ở 300C trong 5 phút: + Lượng nước: N15 = 2725 . 5 / 30 = 454.2 kg
− Làm lạnh từ từ với nước lạnh ở 300C trong 5 phút + Lượng nước: N16 = 2725 .5 / 30 = 454.2 kg Tổng lượng tiêu hao:
+ Nước: N1 = N11 + N12 + N13 + N14 + N15 + N16 = 2725.2 kg + Hơi: H1 = H11 + H12 + H13 + H14 = 133 kg
+ NaOH: Gk1 = 4.54 kg + HNO3: Ga1 = 4.54 kg
Chạy CIP thiết bị tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu không có xử lý nhiệt (loại 2)
− Tráng rửa với nước ấm ở 500C trong 5 phút + Lượng nước: N21 = 2725. 5 / 30 = 454.2 kg
+ Lượng hơi 3 bar: H21 =
454.2* 4,18*(50 30) 0,9* 2141
−
= 19.7 kg
− Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH 1% ở 750C trong 5 phút: + Lượng nước: N22 = 2725* 5 / 30 = 454.2 kg + Lượng hơi: H22 = 454.2* 4,18*(75 30) 0,9* 2141 − = 44.34 kg + Lượng NaOH: Gk2 = 1% . 454.2 = 4.54 kg
− Tráng rửa với nước ấm ở 500C trong 5 phút: + Lượng nước: N23 = 2725*5 / 30 = 454.2 kg + Lượng hơi: H23 = 454.2* 4,18*(50 30) 0,9* 2141 − = 19.7 kg
− Thanh trùng với nước nóng ở 950C trong 5 phút: + Lượng nước: N24 = 2725* 5 / 60 = 454.2 kg
+ Lượng hơi: H24 =
454.2* 4,18*(95 30) 0,9* 2141
−
= 64 kg
− Làm nguội với nước ở 300C trong 10 phút:
+ Lượng nước: N25 = 2725*10 / 30 = 908.3 kg Tổng lượng tiêu hao:
+ Nước : N2 = N21 + N22 + N23 + N24 + N25 = 2725 kg + Hơi: H2 = H21 + H22 + H23 + H24 = 147.7 kg
+ NaOH: Gk2 = 4.54 kg
Chạy nước nóng 950 C ở thiết bị thanh trùng trong 15 phút (loại 3): +Lượng nước : N3 = 2725* 15 / 60 = 681.3 kg + Lượng hơi: H3 = 681.3* 4,18*(95 30) 0,9* 2141 − = 96.06 kg
Bảng 5.1 : Tiêu hao nước , hơi, acid, kiềm cho CIP trong 1 ngày
Thiết bị Loại CIP Số lần CIP Nước (m3) Hơi (kg) NaOH 60% (kg) HNO3 60% (kg)
Bồn chứa nguyên liệu 2 1 2.725 147.7 4.54 - Phối trộn 2 3 8.175 443.1 13.62 - Đồng hoá 1 3 8.175 399 13.62 13.62 Thanh trùng 1 3 8.175 399 13.62 13.62
3 1 0.681 96.1 - -
Bồn ủ chín (1 bồn) 2 1 2.725 147.7 4.54 - Lanh đông sơ bộ 2 1 2.725 147.7 4.54 -
Rót 2 1 2.725 147.7 4.54 -
Tổng cộng 36.176 1928 59 27.24
5.1.5. Chọn nồi hơi:
Tổng lượng hơi sử dụng cho phân xưởng trong 1 ngày: H = H1 + H2 + H3 +HCIP = 2681.5 kg/ ngày
Lượng hơi sử dụng trung bình trong 1 giờ: Htb = 2681.5 / 16 = 167.6 kg/h Chọn hệ số sử dụng đồng thời k = 1,4
⇒ Năng suất hơi tối thiểu của lò hơi = 167.6 . 1,4 = 234.6 kg/h Chọn nồi hơi SB-300 của SAZ Boiler, số lượng 1 cái.
+ Năng suất bốc hơi: 300 kg/h + Áp suất hơi tối đa: 15 at
+ Tiêu hao dầu FO: 19 kg/h (105 l/h) + Công suất: 6 kW
+ Kích thước: dài 540mm, rộng 300mm, cao 460mm + Khối lượng: 400kg
5.2. TÍNH LẠNH
5.2.1. Làm lạnh sữa tươi:
- Khối lượng sữa tươi cần dùng trong 1 ngày: m1 = 1337.4 kg - Nhiệt dung riêng của sữa tươi :c1 = 3,9 kJ/kg0C
- Nhiệt độ sữa tươi lấy ra khỏi xe bồn: t11 = 60C - Nhiệt độ sữa tươi khi bảo quản lạnh : t12 = 40C - Nhiệt lượng làm lạnh sữa tươi nguyên liệu: Q1 = 110%*m1.c1.(t11 – t12) = 11474.9 kJ Trong đó, xem tổn thất lạnh là 10%
5.2.2. Làm lạnh cream:
- Khối lượng sữa tươi cần dùng trong 1 ngày: m2 = 1038.9 kg - Nhiệt dung riêng của cream: c2 = 3,9 kJ/kg0C
- Nhiệt độ sữa tươi lấy ra khỏi xe bồn: t21 = 60C - Nhiệt độ sữa tươi khi bảo quản lạnh : t22 = 40C - Nhiệt lượng làm lạnh sữa tươi nguyên liệu: Q2 =110%*m2.c2.(t21 – t22) = 8913.7 kJ
Trong đó, xem tổn thất lạnh là 10%
5.2.3. Làm lạnh hỗn hợp sau quá trình thanh trùng:
- Khối lượng hỗn hợp cần thanh trùng: m3 = 2940.2 kg - Nhiệt dung riêng của sữa: c3 = 3,9 kJ/kg0C
- Sữa đã thanh trùng được làm nguội bằng nước về khoảng t31 = 400C - Nhiệt độ sữa sau khi làm lạnh: t32 = 40C
- Nhiệt lượng làm lạnh sữa thanh trùng: Q3 = 110%*m3.c3.(t31 – t32) = 454084.5 kJ Trong đó, xem tổn thất lạnh là 10%
- Khối lượng kem cần lạnh đông: m4 = 5368.7*0.56 = 3006.5 kg(khối lượng riêng của kem đã lạnh đông là 0.56 kg/l)
- Nhiệt dung riêng của kem: c4 = 3,9 kJ/kg0C - Nhiệt độ kem trước lạnh đông: t41 = 40C - Nhiệt độ kem sau lạnh đông: t42 = -300C
- Nhiệt lượng làm lạnh đông kem: Q4 = 1,05 . m4.c4.(t41 – t42) = 418591 kJ Trong đó, xem tổn thất lạnh là 5%
5.2.5. Bảo quản lạnh:
- Kích thước kho bảo quản lạnh: dài 5m; rộng 4m; cao 2m
⇒ Thể tích kho lạnh: V = 40 m3 - Nhiệt độ trong kho lạnh: -300C
- Năng suất lạnh cần cung cấp: Q5 = 120%*V . p . a . ( ing – itr) = 10630 kJ Trong đó:
V = 40 m3: thể tích kho lạnh
p = 1,453 kg/m3 : khối lượng riêng của không khí ở -300C a = 1: hệ số tuần hoàn không khí
ing = 123 kJ/kg : entanpy không khí bên ngoài kho (thời điểm nóng nhất ở Đồng Nai có độ ẩm 80% và nhiệt độ 370C)
itr = -29,426 kJ/kg : entanpy không khí bên trong phòng lạnh (độ ẩm 90%, nhiệt độ -300C)
Xem tổn thất lạnh qua tường, sàn, trần và chiếu sáng là 20% .
5.2.6. Chọn máy nén lạnh:
Các thiết bị làm lạnh sữa tươi, làm lạnh cream, làm lạnh hỗn hợp sau thanh trùng đều dùng nước 20C để làm lạnh.
- Nhiệt lượng cần làm lạnh:
Q01 = 1,05. (Q1 + Q2 + Q3 ) = 498196 kJ/ngày Trong đó: xem tổn thất lạnh trên đường ống là 5% - Tải lạnh trung bình: Qtb1 = Q01 / 16 = 31137 kJ/h - Chọn hệ số sử dụng đồng thời k = 1,6
- Năng suất lạnh tối thiểu của máy nén: QMN1 = Qtb1 . k = 384 476 kJ/h = 13.84 kW
- Chọn máy nén pitton 1 cấp nén N4WB của MYCOM (hãng Mayekawa Nhật) : + Năng suất lạnh: 107 kW
+ Thể tích quét: 381 m3/h + Công suất trên trục: 15 kW
Các thiết bị lạnh đông kem, kho lạnh bảo quản kem có nhiệt độ làm lạnh đến -300C - Nhiệt lượng cần làm lạnh: Q02 = Q4 + Q5 = 429221 kJ/ngày
- Tải lạnh trung bình: Qtb2 = Q02 / 16 = 26826 kJ/h - Chọn hệ số sử dụng đồng thời k = 1,6
- Năng suất lạnh tối thiểu của máy nén: QMN2 = Qtb2 .k = 42922 kJ/h = 12 kW - Chọn máy nén pitton 2 cấp nén có năng suất lạnh: 20 kW
5.3. TÍNH NƯỚC 5.3.1.Tính nước:
− Nước công nghệ: N1 = 10 m3/ngày
− Nước nồi hơi: N2 = 15 tấn = 15 m3/ngày
− Nước chạy CIP: N3 = 36.2 m3/ngày
− Nước vệ sinh nhà máy, nước sinh hoạt và các hoạt động khác: Chọn N4 = 70 m3/ngày
− Nước làm nguội hỗn hợp sau thanh trùng: Lượng kem cần làm nguội: 2925.5 kg Nhiệt dung riêng của kem: 3,9 kJ/kg.độ
Nhiệt độ kem trước và sau khi làm nguội với nước: 700C và 400C Nhiệt độ nước trước và sau khi làm nguội kem: 250C và 450C
⇒ Lượng nước làm nguội cần dùng:N5 =
2925.5*3,9*(70 40) 4,18*(45 25) − − = 4093 kg/ngày = 5m3/ngày
− Tổng lượng nước cần dùng: N = N1 + N2 + N3 + N4 +N5 = 136.2 m3/ngày
5.3.2.Chọn bể nước
Chọn thể tích bể nước đủ dùng cho 1 ca ngày sản xuất. Tổng lượng nước sử dụng trong 1 ca: 68 m3
Chọn bể nước có thể tích tối đa 100m3
Đài nước được đặt trên cao để tạo áp lực nước trên đường ống. Chọn đài nước đủ dùng trong 1 giờ:
Lượng nước dùng trong 1 giờ = 136.2 / 16 = 8.5 m3 Chọn đài nước có sức chứa 10m3.
5.4. TÍNH ĐIỆN
Điện dùng trong nhà máy có 2 loại: - Điện động lực: điện vận hành thiết bị - Điện dân dụng: điện thắp sáng và sinh hoạt.
5.4.1. Điện động lực:
Bảng 5.2: Công suất điện của các thiết bị chính trong nhà máy
STT Thiết bị Công suất (kW) Tổng công suất (kW) 1 Phối trộn 43.5 43.5 2 Gia nhiệt trộn sữatrong phối trộn 2 2
3 Đồng hoá 40 40
4 Thanh trùng 25 25
5 Bồn ủ kem(motor khuấy) 5 5 6 Lạnh đông sơ bộ kem 24 24