2.2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu:
Các nguyên liệu sẽ được định lượng theo đúng công thức phối trộn cho mỗi loại kem sản xuất. Nguyên liệu khô như bột sữa nguyên, bột sữa gầy, chất ổn định… sẽ được đem cân. Ngược lại, nguyên liệu dạng lỏng như sữa tươi, một số chất màu, chất tạo nhũ… có thể đem cân hoặc đo thể tích để xác định hàm lựơng sử dụng. Riêng các chất béo như cream, bơ phải được gia nhiệt lên 35-500C để dễ phối trộn và dễ bơm chúng trong các thiết bị đường ống dẫn nguyên liệu của phân xưởng sản xuất.
2.2.2.2. Phối trộn:
Mục đích: trộn các nguyên liệu thành hỗn hợp đồng nhất
Thiết bị: bồn trộn, bồn chứa, thiết bị truyền nhiệt bản mỏng
Tiến hành: sữa tươi được bơm qua thiết bị gia nhiệt vào bồn trộn. Khi nhiệt độ đạt 450C thì cho chất ổn định và nhũ hoá vào, khi đã tan thì cho tiếp sữa bột vào trộn. Khi nhiệt độ tăng đến 600C thì cho đường RE, cream vào. Sữa được bơm tuần hoàn trong khi trộn. Sau khi trộn hết nguyên liệu, tiếp tục bơm tuần hoàn 20 phút rồi bơm hết sữa về bồn chứa.
Có thể kết hợp lọc và bài khí sau phối trộn nhằm mục đích tăng hiệu quá truyền nhiệt, hỗ trợ quá trình đồng hoá và thanh trùng.
2.2.2.3. Đồng hoá:
Mục đích: Làm giảm kích thước các hạt cầu béo và phân đều chúng trong hỗn hợp, chuẩn bị cho quá trình thanh trùng.
Thiết bị: Thiết bị đồng hoá 2 cấp.
Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị trộn vào thiết bị gia nhiệt bản mỏng để gia nhiệt sơ bộ, nhiệt độ vào là 600C, nhiệt độ ra là 700C. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào thiết bị đồng hoá với áp lực đồng hoá giai đoạn đầu là 200 bar, áp lực giai đoạn sau là 40 bar.
2.2.2.4. Thanh trùng:
Mục đích: nhằm tiêu diệt hoặc ức chế hệ VSV và enzyme trong nguyên liệu.
Thiết bị: Thiết bị thanh trùng bản mỏng.
Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị đồng hoá được quay trở về thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội. Nhiệt độ thanh trùng là 850C, thời gian lưu nhiệt là 40 giây.
Sau thanh trùng dịch kem được làm nguội đến khoảng 2-4oC và đưa sang thùng ủ chin. Trong thực tế sản xuất hai quá trình thanh trùng và đồng hoá thường được tiến hành xen kẽ. Đầu tiên hỗn hợp nguyên liệu được dẫn vào thiết bị trao đổi nhiệt để hiệu chỉnh nhiệt độ, sau đó được dẫn vào thiết bị đồng hoá, rồi lại được quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội.
2.2.2.5. Ủ chín:
Mục đích : chuẩn bị cho quá trình lạnh đông tiếp theo, để kem thu được sau quá trình lạnh đông có cấu trúc mịn và đồng nhất nhờ các biến đổi quan trọng:
− Các chất ổn định protein sẽ được hydrate hoá hoàn toàn.
− Một phần chất béo sẽ kết tinh.
− Một số phân tử protein sẽ hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc giữa các hạt béo và pha liên tục trong hỗn hợp.
Thiết bị: Thiết bị ủ chín có hình trụ đứng, được chế tạo bằng thép không rỉ, bên ngoài là lớp vỏ áo để làm lạnh và một lớp cách nhiệt để hạn chế sự tổn thất năng luợng trong quá trình sử dụng. Bên trong thiết bị có cánh khuấy và hoạt động liên tục với tốc độ chậm trong suốt giai đoạn ủ chín.
Thực hiện: Hỗn hợp nguyên liệu được làm lạnh về 2-40C, đưa vào thiết bị ủ chín và ủ ở nhiệt độ 2-40C, thời gian ủ là 5 giờ.
2.2.2.6. Lạnh đông sơ bộ:
Mục đích:
Thổi 1 lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thể tích của chúng. Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp tạo các tinh thể đá với kích thước thật nhỏ và đồng nhất, đồng thời phân bố đều các tinh thể đá này trong hỗn hợp.
Thiết bị: Phần chính của thiết bị lạnh đông là 2 ống hình trụ nằm ngang, một lớn, một nhỏ, đồng trục và được đặt lồng vào nhau. Mặt ngoài thân ống trụ lớn là một lớp vỏ áo chứa tác nhân lạnh và lớp cách nhiệt. Tại vị trí trục hình trụ là trục khuấy với các thanh khuấy có gắn dao cạo. Chúng có chức năng cạo sạch phần hỗn hợp nguyên liệu bị đóng dính trên bề mặt trong của ống hình trụ lớn. Thân ống hình trụ nhỏ được đục lỗ có chức năng giúp cho hỗn hợp nguyên liệu bị đạt được trạng thái xốp và đồng nhất
Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu sau quá trình ủ chín có nhiệt độ 0-40C được bơm vào thiết bị lạnh đông. Tại cửa vào, hỗn hợp sẽ được phối trộn với không khí vô trùng sao cho thể
tích hỗn hợp nguyên liệu tăng 100% (overrun = 100%, không khí này được xử lí qua hệ thống lọc nhằm loại bỏ các tạp chất như bụi, VSV…).
Quá trình lạnh đông sơ bộ diễn ra rất nhanh. Hỗn hợp nguyên liệu sau khi được phối trộn với không khí sẽ đi vào khoảng không gian trống giữa 2 thân trụ. Nhiệt độ hỗn hợp được hiệu chỉnh về (-20C) – (-70C) nhờ tác nhân lạnh trong vỏ áo thiết bị. 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 bị.
2.2.2.7. Kem que: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đổ khuôn: lúc này dịch kem còn khá lỏng sau quá trình lạnh đông sơ bộ sẽ được rót trực tiếp vào khuôn đã định sẵn hình dạng của khối kem que.
Lạnh đông trung gian: để tăng độ cứng của khối kem, mục đích của quá trình này là tạo được độ cứng cần thiết cho khối kem để dễ dàng cố định thân que.
Đặt que: đưa thân que vào khối kem để thuận tiện cho việc sử dụng sản phẩm dễ dàng, que đặt vào phải cứng, thường có dạng dẹt hay tròn, thông thường trong sản xuất công nghiệp người ta sử dụng que dẹt.
Lạnh đông kết thúc: đưa khối kem về nhiệt độ lạnh để tăng độ cứng cho khối kem để thuận tiện cho việc tách khuôn.
Tháo khuôn: tách khuôn ra khỏi thân kem, lúc này hình dạng của kem đã hoàn chỉnh và cấu trúc ổn định.
Tạo màng bao chocolate: kem sau tách khuôn được đưa đi phủ lóp chocolate bên ngoài nhằm mục đích tạo hương vị cho sản phẩm, đồng thời làm tăng thêm giá trị cảm quan.
Bao gói: bao bì phải đặc trưng cho loại kem cần bao gói, hình dạng phải đẹp và thu hút.
Bảo quản: sau khi bao gói sản phẩm được đem bảo quản ở nhiệt độ lạnh đông, tuỳ loại kem có thời gian bảo quản khác nhau. Bảo quản ở -25oC có thể giữ được 9 tháng.
Chương 3: Tính cân bằng Vật chất
3.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1.1. Thành phần nguyên liệu và sản phẩm
3.1.1.1. Chọn thành phần nguyên liệu
Sữa tươi:
Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 8.7% Hàm lượng chất béo F = 3,5%
Sữa bột gầy:
Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 97% Hàm lượng chất béo F = 1%.
Hàm lượng ẩm = 2%
Cream :
Hàm lượng chất béo F = 30%.
Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 6,3%
Đường RE:
Hàm lượng saccharose = 99,8%
Chất nhũ hóa E471: Độ ẩm 3%
Tỷ lệ sử dụng 0,3% khối lượng kem thành phẩm
Chất ổn định E407, E410, E412: Độ ẩm 3%
Tỷ lệ sử dụng 0,4% khối lượng kem thành phẩm
Bột màu :
Tỷ lệ sử dụng 0,1g/kg kem thành phẩm
Hương liệu:
Tỷ lệ sử dụng 3ml/kg kem (3g/kg)
3.1.1.2. Chọn thành phần sản phẩm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chọn thành phần của sản phẩm (cũng là thành phần của hỗn hợp nguyên liệu) gồm : 12% béo, 11% MSNF, 15% đường, 0.4% chất ổn định, 0.3% chất nhũ hoá.
Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu Thành phần Tỷ lệ % Đường 15% Chất ổn định 0.4% Chất nhủ hóa 0.3% Cream 34.6%
Sữa tươi 44.6%
Bột sữa gầy 5.1%
3.1.1.3. Ước lượng tổn thất qua từng công đoạn
Bảng 3.2: Ước lượng tổn thất trong sản xuất kem
Quá trình Tổn thất (% so với lượngnguyên liệu trước mỗi quá trình)
Quá trình phối trộn (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 1.5 Quá trình đồng hoá (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 0.5 Quá trình thanh trùng (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 0.5 Quá trình ủ chín (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 0.5
Quá trình lạnh đông sơ bộ 1.0
Quá trình rót hộp/đổ khuôn 1.5
Bảng 3.3: Tiêu hao các nguyên liệu khác :
Quá trình Nguyên liệu phụ Đơn vị đo Số lượng
Gắn que Que kem % số que 102
Gắn bao bì cho kem que Bao bì plastic % số bao bì plastic 104
3.1.2 Tính toán cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu
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). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− 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).
− Lượng hỗn hợp sau quá trình ủ chín: 97*(100 – 0.5)/100 = 96.5 (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 hợpnguyên 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).
3.1.4 Tính lượng nguyên liệu đầu vào của quy trình sản xuất
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. Cream: 3000 *34.6/100 = 12016 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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
Mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 8 giờ.
− Ca 1: bắt đầu từ 6 giờ sáng đến 2 giờ chiều.
− 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
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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
− 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
*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:
− Thiết bị thanh trùng bản mỏng.