1- chày đồng hóa (force); 2- vòng đập (impact ring); 3- bộ phận tạo khe hẹp (seat); 4- hệ thống thủy lực tạo đối áp (hydraulic actuator); 5- khe hẹp Theo hình trên, nguyên liệu sữa được đưa vào thiết bị đồng hóa bởi một bơm piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3bar lên đến 160bar tại đầu vào của khe hẹp (5). Người ta sẽ tạo một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bộ phận chày đồng hóa (1) và bộ phận tạo khe hẹp (3). Đối áp được duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu. Khi đó, áp suất đồng hóa sẽ cân bằng với áp suất dầu 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. Một số hạt của pha phân tán tiếp tục va vào vòng đập (2) bị vỡ ra và giảm kích thước. Bộ phận tạo khe hẹp (3) được chế tạo nghiêng trung bình 50 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. Đi ngang qua khe hẹp, vận tốc chuyển động của hệ nhũ tương có thể được tăng lên đến 100400m/s và quá trình đồng hóa chỉ diễn ra trong khoảng 1015 giây.
Sau khi nguyên liệu sữa đi qua khe hẹp thứ nhất với áp lực P1= 160bar, các hạt pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước nhưng vẫn còn hiện tượng các hạt bị kết dính và tạo thành chùm hạt với nhau. Dòng nguyên liệu này sẽ tiếp tục đi qua khe hẹp thứ hai với áp lực P2=40bar nhằm duy trì đối áp ổn định cho giai đoạn đồng hóa cấp một, đồng thời tạo điều kiện cho các chùm hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ có kích thước <1m tạo hệ đồng nhất cao.
Máy đồng hóa trong quy trình công nghệ:
Trong quy trình công nghệ, máy đồng hóa được đặt sau thiết bị thanh trùng sẽ có các ưu điểm sau:
68 - Sẽ phân tán được các khối cầu béo cũng như các khối đông tụ whey protein phát sinh không chỉ ở nguyên liệu đầu mà cả ở khâu xử lý nhiệt sau thanh trùng. Do đó hiệu quả đồng nhất cho sản phẩm sẽ cao.
- Tận dụng được nhiệt độ cao sẵn có của dòng sữa trong quá trình thanh trùng để đồng hóa nhằm tạo hiệu quả cao mà không cần tiêu tốn nhiệt để nâng nhiệt sơ bộ cho dòng sữa.
- Lợi dụng được áp suất cao của dòng ra trong máy đồng hóa để vận chuyển sữa đến thiết bị cô đặc mà không cần tốn bơm vận chuyển.
- Nhiệt độ của dòng sữa sau khi đồng hóa dao động 650C-700C, nhiệt độ này gần bằng với nhiệt độ sôi của sữa trong thiết bị cô đặc (670C) nên rất thuận lợi cho cô đặc.
VI.4 Thiết bị phối trộn
Thời gian trộn 30 phút/lần. Lượng sữa cần phối trộn: 56359
8 = 7044.875 (kg/h) - Số thiết bị = 𝑁𝑆𝐶Đ
𝑁𝑆𝑇𝐵 = 7044.875
12000 = 0.587
Chọn 1 thiết bị Tetra Almix Spark 10V của hãng Tetra Pak cung cấp, năng suất 12.000 kg/h
Các chi tiết chính của thiết bị gồm:
Bồn trộn chân không thể tích 3.000 lít, động cơ đặt dưới đáy bồn, có van an toàn, van đổi hướng dòng chảy và vỏ bọc ngoài kết nối CIP.
Ba bồn trung gian, mỗi bồn có thể tích 6.000 lít, gắn hệ thống đường ống nối giữa các bồn với nhau và với bồn trộn chân không qua một bơm để tuần hoàn hỗn hợp phối trộn.
Phễu nạp bột sữa gầy
Bảng điều khiển với các nút nhấn, công tắc chính và tắt khẩn cấp, khởi động động cơ, van điện từ, báo động.
Các thông số kỹ thuật:
Công suất tiêu thụ: 21kW Công suất bơm: 3kW
Áp suất sữa vào bồn trộn: 0,5 bar Áp suất sữa ra khỏi bồn trộn: 1,5 bar Điện áp: 220-440 VAC, tần số 50-60Hz Vật liệu chế tạo:
+ Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được làm bằng thép không rỉ AISI316.
+ Các bộ phận khác làm bằng thép không rỉ AISI304. Kích thước:
69 + Chiều dài: 1600mm
+ Chiều rộng: 1200mm + Chiều cao: 1720mm.
Thông số vận chuyển:
Khối lượng thiết bị: 550kg, Khối lượng tổng: 699kg
Hình VI-9: Thiết bị phối trộn Tetra Almix Spark 10V
Hình VI-10: Sơ đồ thiết bị phối trộn VI.5 Thiết bị cô đặc VI.5 Thiết bị cô đặc
- Cô đặc mỗi ca 2 mẻ, mỗi mẻ 60 phút.
- Lượng sữa vào thiết bị cô đặc trong một mẻ: 55795.384
8 = 6974.423 (𝑘𝑔/ℎ)
- Số thiết bị = 𝑁𝑆𝐶Đ
𝑁𝑆𝑇𝐵 = 6974.423
6000 =1.162
Chọn thiết bị có năng suất lớn hơn từ 10 – 20%. Đặt 2 thiết bị cô đặc màng rơi của hãng APV sản với các thông số đặt hàng sau:
Năng suất nhập liệu tối đa: 6.000 kg/h.
Nồng độ dung dịch vào tháp cô đặc: 35% và ra tháp là 73%. Nhiệt độ cô đặc: 600C
Áp suất cô đặc: 0,25bar Áp suất hơi đốt: 3,5at Độ dày: 2mm
70
Hình VI-11: Sơ đồ hoạt động của thiết bị cô đặc màng rơi một cấp
1- buồng gia nhiệt sơ bộ sữa nhờ hơi ngưng tụ 2- buồng gia nhiệt sữa đến nhiệt độ sôi
3- buồng tách hơi thứ và sữa cô đặc
Nguyên lý hoạt động như sau: sữa được gia nhiệt sơ bộ rồi đi vào trong thiết bị (2) từ phía trên và sẽ chảy xuống tạo thành một lớp màng mỏng bao lấy bề mặt truyền nhiệt – là thân các ống hình trụ đứng được đặt trong thiết bị bốc hơi hoặc là những tấm bảng mỏng được đặt sát lại với nhau. Hơi gia nhiệt từ buồng (2) sẽ đi vào buồng (1) ngưng tụ để gia nhiệt sơ bộ cho sửa nhằm tiết kiệm năng lượng. Trong buồng (2) sữa được đun sôi rồi đi vào buồng (3) tách hơi thứ. Sữa cô đặc đi ra ngoài theo cửa đáy thiết bị (3).
Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng màng rơi có nhiều dạng: hình trụ đứng dạng ống, dạng bảng mỏng…, thường sử dụng là dạng trụ đứng một cấp hoặc nhiều cấp. Cấu tạo bộ phận tạo màng rơi của thiết bị cô đặc bốc hơi một cấp dạng trụ đứng xem.
Hình VI-12: Cấu tạo phần trên của thiết bị cô đặc màng rơi dạng ống
71 4- các ống đồng trục; 5- bộ phận tạo dòng chảy màng; 6- hơi thứ;
7- các ống gia nhiệt.
Bên trong thiết bị gồm có: phía trên là đầu phun (1) và các bộ phận phân phối (2), (4), (5) để tạo nên những dòng sữa chảy màng. Sữa qua các bộ phận phân phối sẽ đi vào trong các ống gia nhiệt (7) (Buồng (2) ) rồi chảy xuống dạng màng rơi, bao quanh thân trong các ống. Bên ngoài ống là tác nhân gia nhiệt (3) được đưa vào thiết bị gia nhiệt để nung nóng sữa. Một phần nước trong sữa sẽ được bóc hơi trong ống (7) và chúng có chức năng ép đẩy dòng sữa luôn áp sát thành ống và tạo nên dòng chảy dạng màng.
VI.6 Thiết bị làm nguội
Thực hiện trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng - Lượng sữa cần làm nguội: 25386.9/ 8 = 3173.363 kg/h Số thiết bị = 𝑁𝑆𝐶Đ
𝑁𝑆𝑇𝐵 = 3173.363
12000 =0.264
Chọn 1 thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng Tetra Plex MS6 của hãng Tetra Pak- Thụy Điển:
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị:
Bộ phận chính là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng, làm bằng thép không rỉ AISI 316L. Mỗi tấm bảng có 4 lỗ ở 4 góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Các tấm bảng mỏng được ghép lại với nhau trên bộ khung của thiết bị làm bằng thép đặc không rỉ (solid stainless steel), hình thành nên những hệ thống đường vào và đường ra cho nguyên liệu và chất tải nhiệt.
Chất tải nhiệt là nước lạnh. Nước lạnh và sữa chuyển động ngược chiều nhau trong thiết bị.
Các thông số kỹ thuật:
Năng suất tối đa cho làm nguội: 12.000 kg/h Áp suất làm việc: 10-16 bar
Kích thước bảng (mm): 750 x 250 x 0,5 (dài x rộng x dày), vật liệu cấu tạo bảng là thép không rỉ AISI316L hoặc 254 SMO.
Bề mặt truyền nhiệt: 0,14m2 Đường kính ống: 60mm
72
Hình VI-13: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng hãng Tetra Pak
Hình VI-14: Sơ đồ hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng VI.7 Bồn kết tinh VI.7 Bồn kết tinh
Sữa sau cô đặc được dẫn qua bồn kết tinh để thực hiện quá trình kết tinh lactose. - Thời gian kết tinh: 1h/lần
- Thời gian kiểm tra: 1h/lần - Thời gian chạy CIP: 30 phút/lần - Lượng sữa vào bồn kết tinh : 25260
8 = 3157.5 (𝑘𝑔/ℎ)
- Số thiết bị = 𝑁𝑆𝐶Đ
𝑁𝑆𝑇𝐵 = 3157.5
6000 = 0.53
Chọn 1 bồn chứa Tetra Alsafe của hãng Tetra Pak với các thông số kỹ thuật như sau:
Dung tích bồn: 6.000 kg
Lượng hơi nước 1250C (2,7bar) để tiệt trùng bồn trong: 75kg Lượng nước làm nguội bồn sau tiệt trùng qua lớp vỏ áo: 1000 kg Nhiệt độ nước làm lạnh ở 300kPa: 150C
Tốc độ dòng chảy dung dịch vệ sinh: 7.000 kg/h Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316
73
Hình VI-15: Bồn kết tinh Tetra Alsafe của hãng Tetra Pak VI.8 Thiết bị rót VI.8 Thiết bị rót
- Chọn thời gian rót mỗi mẻ là 1h.
- Chọn loại bao bì đóng gói là lon thép tráng thiếc, lượng sữa đặc trong mỗi lon là 370g
- Lượng sữa vào thiết bị : 25133.662
8 = 3141.708 (𝑘𝑔/ℎ) ~ 8491 lon/h = 141 lon/phút.
- Số thiết bị = 𝑁𝑆𝐶Đ
𝑁𝑆𝑇𝐵= 141
300 = 0.47
Chọn 1 thiết bị rót RPF Rotary piston filler của hãng MRM/Elgin Corp với các thông số kỹ thuật như sau:
Độ chính xác: ±0,5% thể tích Năng suất tối đa: 300 lon/phút Số đầu rót: 30
+ Chọn thiết bị dập nắp hộp: năng suất 300 lon/phút + Chọn thiết bị dập đáy hộp: năng suất 300 lon/phút + Chọn thiết bị làm thân hộp: năng suất 300 lon/phút + Chọn thiết bị dán nhãn: năng suất 300 lon/phút.
74
VI.9 Thiết bị đóng nắp nhựa tự động [24]
- Lượng sữa vào thiết bị : 25133.662
8 = 3141.708 (𝑘𝑔/ℎ) ~ 8491 lon/h = 141 lon/phút = 141 nắp/ phút - Số thiết bị = 𝑁𝑆𝐶Đ 𝑁𝑆𝑇𝐵= 141 50 = 2,82 => Chọn 3 thiết bị đóng nắp nhựa tự động
Hình VI-17: Thiết bị đóng nắp nhựa tự động Bảng VI-1: Thông số thiết bị Bảng VI-1: Thông số thiết bị
Tên Máy ép nắp nhựa
Tốc độ 30-50 hộp / phút
Chiều cao 60-200mm (Có thể điều chỉnh)
Đường kính hộp 50-120mm Công suất 0,65KW Cân nặng 250kg Kích thước 2000 (L) * 1000 (W) * 1800 (H) Vôn 220V, 50Hz Tính chọn thiết bị phụ [1], [4] , [25] VI.1 Bồn trữ lạnh
- Lượng sữa tươi cần chứa trong một ngày: Mst = 174 247.992kg 129 264.089 lít
Đặt mua 1 bồn trữ lạnh của hãng Greenoak Equiment Ltd với các thông số kỹ thuật sau:
75
Bồn có dạng hình trụ, đáy cầu, đặt nằm ngang hoặc đứng, cấu tạo vỏ áo, có
lớp cách nhiệt nhằm ổn định nhiệt độ bảo quản của sữa từ 4-60C. Bồn được trang bị các cảm biến mực chất lỏng, cảm biến nhiệt độ, bộ phận điều khiển kết nối CIP.
Mỗi bồn có dung tích 150 000 lít
Hình VI-18: Bồn trữ lạnh sữa của hãng Turkoz Machinery dạng đứng VI.2 Bồn chứa syrup saccharose VI.2 Bồn chứa syrup saccharose
- Khối lượng syrup cần thiết cho sản xuất trong một ngày: 35 395.8 26 258.012 lít (lấy tỷ trọng của surup saccharose là 1,4g/ml).
Chọn 2 thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank của hãng Tetra Pak Ltd, thông số kỹ thuật:
Dung tích: loại 15 000 lít
Kích thước: thiết bị hình trụ có đường kính 2m, chiều cao 4,8m.
Hình VI-19: Thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank hãng Tetra Pak
76
VI.3 Bồn trung gian chứa sữa sau cô đặc
- Lượng nguyên liệu vào bồn chứa: 3173.363kg/h ~ 2354.127 lít/h - Thời gian lưu của sữa trong bồn chứa là 30 phút.
Chọn 1 bồn chứa Tetra Alsafe SV của Tetrapak năng suất chứa 7 000 l/h
Hình VI-20: Bồn chứa Tetra Alsafe SV của hãng Tetra Pak VI.4 Cyclon chứa mầm lactose [25] VI.4 Cyclon chứa mầm lactose [25]
- Khối lượng lactose dùng cho một ngày sản xuất: 15.231 kg/ngày
Chọn mua 1 cyclon hình trụ, đáy côn có khả năng chứa 50kg nguyên liệu được chế tạo bằng thép không rỉ.
77
VI.5 Bồn chứa AMF
- Khối lượng AMF dùng cho một ngày sản xuất: 5646.758 kg/ngày ~ 4188.99 lít/ngày
Chọn 1 thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank của hãng Tetra Pak Ltd, thông số kỹ thuật:
Dung tích: loại 15 000 lít
Kích thước: thiết bị hình trụ có đường kính 2m, chiều cao 4,8m.
Hình VI-22: Thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank hãng Tetra Pak VI.6 Bồn chứa Lecithin VI.6 Bồn chứa Lecithin
- Khối lượng lecithin dùng cho một ngày sản xuất: 206, 906 kg/ngày ~ 153, 491 lít/ngày
Chọn 1 thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank của hãng Tetra Pak Ltd, thông số kỹ thuật:
Dung tích: loại 200 lít
78
VI.7 Bồn chứa màu caramel
- Khối lượng màu caramel dùng cho một ngày sản xuất: 68, 969 kg/ngày ~ 51.164 lít/ngày
Chọn 1 thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank của hãng Tetra Pak Ltd, thông số kỹ thuật:
Dung tích: loại 100 lít
Hình VI-24: Thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank hãng Tetra Pak VI.8 Buồn chứa hương caramel VI.8 Buồn chứa hương caramel
- Khối lượng hương caramel dùng cho một ngày sản xuất: 68, 969 kg/ngày ~ 51.164 lít/ngày
Chọn 1 thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank của hãng Tetra Pak Ltd, thông số kỹ thuật:
Dung tích: loại 100 lít
79
VI.9 Cyclon chứa bột sữa gầy [25]
- Khối lượng sữa gầy sử dụng trong một ngày sản xuất: 14 728.514 kg/ngày.
- Mỗi ca trộn 2 mẻ, mỗi mẻ chia ra 4 lần trộn. Như vậy khối lượng bột sữa gầy cần
cho 1 lần trộn là 613.688 kg/lần.
Đặt mua 1 cyclon chứa có khả năng chứa đủ khối lượng bột cần cho 1 lần trộn, chứa được khoảng 1 tấn bột (hệ số chứa đầy của cyclon chọn là 0,8).
Hình VI-26: Cyclon chứa bột sữa gầy VI.10Thiết bị CIP VI.10Thiết bị CIP
- Đối với những thiết bị tiếp xúc trực tiếp với sữa như: bồn chứa, thiết bị cô đặc, bồn kết tinh, bồn phối trộn thì lượng nước rửa chiếm 10 – 20% thể tích thiết bị. - Đối với thiết bị thanh trùng, đồng hóa thì lượng nước rửa chiếm toàn bộ thể tích thiết bị (100%).
- Chế độ chạy CIP như sau:
Tráng rửa nước ấm trong khoảng 10 phút.
Bơm tuần hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 5 phút ở nhiệt độ 700C.
Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 5 phút.
Bơm tuần hoàn dung dịch acid (HNO3) 0,5 – 1,0% trong khoảng 5 phút ở nhiệt độ 700C.
Tráng rửa dung dịch acid bằng nước lạnh trong khoảng 5 phút.
- Trong các thiết bị trên thì bồn chứa sữa tươi có thể tích chứa lớn nhất 150 000lit. Vậy lượng nước cần vệ sinh bồn khoảng 150 000 x 0,2 = 30 000 lit nước trong khoảng thời gian trung bình 20 phút. Năng suất chạy nước của thiết bị CIP:90 000 l/h
Vậy 1 chọn thiết bị CIP năng suất 100.000 l/h với các thông số kỹ thuật sau: Lượng nước tiêu thụ: 100 000 l/h
80
Hình VI-27: Thiết bị CIP VI.11Tính và chọn bơm VI.11Tính và chọn bơm
o Các bơm thực hiện vận chuyển sữa từ thiết bị cô đặc đến máy rót
- Tổng số bơm cần là 2 bơm: 1 bơm vận chuyển sữa từ bồn trung gian sau cô đặc đến bồn kết tinh, bơm còn lại vận chuyển sữa cô đặc từ bồn kết tinh đến máy rót.