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 khơng 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
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
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.
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 Cơng suất 0,65KW Cân nặng 250kg Kích thước 2000 (L) * 1000 (W) * 1800 (H) Vơn 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 thơng số kỹ thuật sau:
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
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 cơn có khả năng chứa 50kg ngun liệu được chế tạo bằng thép không rỉ.
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, thơng 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, thơng số kỹ thuật:
Dung tích: loại 200 lít
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, thơng 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, thơng số kỹ thuật:
Dung tích: loại 100 lít
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.10 Thiết bị CIP VI.10 Thiết 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 tồn 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
Hình VI-27: Thiết bị CIP VI.11 Tính và chọn bơm VI.11 Tính và chọn bơm
o Các bơm thực hiện vận chuyển sữa từ thiết bị cơ 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 cịn lại vận chuyển sữa cơ đặc từ bồn kết tinh đến máy rót. - Lưu lượng sữa cần vận chuyển:
G1 = 3 173.363 kg/h = 2 354.127 lít/h G2 = 3 157.5 kg/h = 2 342.359 lít/h
Do độ nhớt của sữa trong giai đoạn này khá cao
Loại bơm: A3H – 10/12*1 (bảng 11.46 - Sổ tay QTTB tập 1) Năng suất tối đa: 10 m3/h
Áp suất đẩy: 10at
Số vòng quay: 1460 vịng/phút Cơng suất động cơ điện: 7,3kW
Đường kính trong của ống: ống vào 55mm, ống ra 55mm Số bánh răng: 2
Kích thước: 425 x 300 x 288 (mm) Khối lượng: 95kg
o Bơm vận chuyển syrup và AMF
Loại bơm dùng là bơm răng khía, các thơng số cơng nghệ sau: Hiệu bơm: A3P – 0,8*2 (bảng 11.46 – Sổ tay QT&TB tập 1) Năng suất: 0,8 m3/h
Áp suất đẩy: 2,5at
Cơng suất động cơ: 1kW
Số vịng quay: 1.410 vịng/phút
Đường kính trong của ống: ống vào 17mm và ống ra 17mm Số bánh răng: 2
Kích thước: 650 x 240 x 265 (mm) Khối lượng: 51kg
o Bơm vận chuyển sữa tươi nguyên liệu
- Gồm 1 bơm vận chuyển sữa đến thiết bị phối trộn.
- Lưu lượng sữa cần vận chuyển: 7 044.875 kg/h = 5 226.168 lít/h Dựa vào năng suất này, ta chọn bơm có các đặc tính sau:
Kiểu bơm: bơm ly tâm, một cấp nằm ngang Loại bơm: CM32 – 160 C
Hãng sản xuất: EARA (Italia) Năng suất bơm: 4,5 – 21 m3/h Cột áp tổng: H = 14,1 – 24,4 m Công suất động cơ: N = 2hp (1,5kW)
o Các bơm vận chuyển sữa từ bồn trộn đến thiết bị cô đặc
- Gồm 4 bơm: bơm vận chuyển sữa từ bồn trộn chuẩn hóa đến các bồn trung gian, từ bồn trung gian đến thiết bị thanh trùng, từ thiết bị đồng hóa đến bồn trộn syrup và từ bồn trộn surup đến thiết bị cô đặc.
- Lưu lượng sữa cần vận chuyển: 6974.423 - 5173.904 lit/h.
Chọn bơm ly tâm, một cấp nằm ngang, loại CM32 – 160 C của hãng EARA(Italia) có năng suất bơm 4,5 – 21 m3/h.
VII CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG [1] [2]
Etotal = E tăng nhiệt + E duy trì + E tổn thất
- Nhiệt lượng cần cung cấp: o Q =m x c x∆𝒕
o + m: khối lượng sản phẩm đem gia nhiệt (kg) o + c: nhiệt dung riêng của sản phẩm (kJ/kgK) o + ∆𝑡: nhiệt độ sản phẩm
- Nhiệt lượng duy trì: o Q = LxW
o + W: Lượng nước bay hơi (kg)
o + L: lượng nhiệt hóa hơi của nước: 2,3x106 (J/kg)
- Tổn thất nhiệt lượng: o Q = 𝛌×(𝒕𝟐−𝒕𝟏)×𝑭 𝜹 o + λ: hệ số dẫn nhiệt (W/moC) o + 𝐹 ∶ 𝑑𝑖ệ𝑛 𝑡í𝑐ℎ + 𝛿: độ dày thiết bị
1. Quá trình thanh trùng sữa
- Khối lượng sữa cần thanh trùng trong 1 ca là: msữa = 57503.29 kg
- Nhiệt dung riêng của sữa: c1 = 3.906 kJ/kgK
- Nhiệt độ trước thanh trùng: t1= 6oC
- Nhiệt độ sau thanh trùng: t2 = 82 oC
- Kích thước thiết bị : 1500 x 320 x 960 (mm) = 1.5x0.32x0.96 (m)
- λ: hệ số dẫn nhiệt ( thép không gỉ 21 W/moC)
- Lượng nước bốc hơi : W= 57503.29 − 56 928.256= 575.034
- Nhiệt lượng cần cung cấp:
o Qcc =m x c x( t2 - t1)= 57503.29 x 3.906 x (82-6) = 17 070 196.66 KJ/ ca o = 1.7 x 1010 J/ca
- Nhiệt lượng duy trì:
Qdt = LxW = 2,3 x 106 x 575.034= 1 322 578 200 J - Tổn thất nhiệt lượng: o Qtt= λ×(𝑡2−𝑡1)×𝐹 𝛿 = 21×(82−6)×1.5×0.32 0.96 = 798 W Etotal = Qcc+ Qdt + Qtt = 1.7 x 1010 + 1 322 578 200 + 798 = 1.832 x 1010
2. Q trình cơ đặc
- Khối lượng sữa cần cô đặc trong 1 ca là: msữa = 55 795.384 kg - Nhiệt dung riêng của sữa: c1 = 3.906 kJ/kgK
- Nhiệt độ trước nấu: t1= 55oC - Nhiệt độ sau nấu: t2 = 60 oC
- Kích thước thiết bị : 1600 x 900 x 2600(mm) = 1.6x 0.9 x 2.6(m) - Bán kính: 975 (mm) = 0.975 (m)
- λ: hệ số dẫn nhiệt ( thép không gỉ 21 W/moC) - Lượng nước bốc hơi : W= 46 543.75628
- Nhiệt lượng cần cung cấp:
o Qcc =m x c x( t2 - t1)= 55 795.384 x 3.906 x (60-55) = 1 089 683.53 kJ/ ca o = 1 089 683 530 J/ca
- Nhiệt lượng duy trì:
o Qdt = LxW = 2.3x106 x 46 543.75628 = 1.071 x 1011 J - Tổn thất nhiệt lượng: o Qtt = λ×(𝑡2−𝑡1)×𝐹 𝛿 = 21×(60−55)×2𝜋×0.975×2.6 0.002 = 835789.5W Etotal = Qcc+ Qdt + Qtt = 1 089 683 530 + 1. 071 x 1011 + 835789.5 = 1.082x1011 3. Quá trình làm nguội
- Khối lượng sữa cần cô đặc trong 1 ca là: msữa = 25 386.9 kg - Nhiệt dung riêng của sữa: c1 = 3.906 kJ/kgK
- Nhiệt độ trước làm nguội: t1= 60oC - Nhiệt độ sau làm nguội: t2 = 30 oC
- Kích thước thiết bị : 1500 x 320 x 960 (mm) = 1.5x0.32x0.96 (m) - λ: hệ số dẫn nhiệt ( thép không gỉ 21 W/moC)
- Lượng nước bốc hơi : W= 25 386.9 - 25 260 = 126.9
- Nhiệt lượng cần cung cấp:
o Qcc =m x c x( t2 - t1)= 25 386.9 x 3.906 x (30-60) = -2 974 836.942 kJ/ ca o = -2 974 836 942 J/ca
- Nhiệt lượng duy trì:
o Qdt = LxW = 2.3x106 x 126.9 = 291 870 000 J - Tổn thất nhiệt lượng: o Qtt = λ×(𝑡2−𝑡1)×𝐹 𝛿 = 21×(30−60)×1.5×0.32 0.96 = -315 W Etotal = Qcc+ Qdt + Qtt = -2 974 836 942 + 291 870 000 - 315 = - 2 682 967 257
VIII BAO BÌ VÀ NHÃN DÁN
VIII.1 Thiết kế hình dạng của bao bì [28]
Đặc tính sản phẩm sữa đặc có đường: Hàm lượng đường cao
Hoạt độ nước thấp
Sản phầm có chât béo nên dễ bị oxy hóa Độ nhớt cao.
pH 6,5- 6,7
=> Đây là loại sản phẩm dạng lỏng có hoạt độ nước thấp và độ nhớt cao khó di chuyển và có tính acid nhẹ nên vẫn có khả năng ảnh hưởng đến bao bì, dễ bị hư hỏng do hàm lượng dinh dưỡng cao sẽ giúp các vi sinh vật hoặc nấm mốc phát triển, dễ bị oxy hóa nên cần phải bảo quản đúng cách để hạn chế hư hỏng.
=> Nên cần loại bao bì có khả năng khắc phục được các tác nhân trên vì vậy chọn bao bì kim loại.
Bao bì kim loại được sản xuất với tính chất chịu nhiệt độ cao cùng với khả năng truyền nhiệt cao. Do vậy thực phẩm khi đựng bên trong bao bì này được đóng hộp, thanh trùng hoặc tiệt trùng để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.
Kèm theo đó là bảng khảo sát người tiêu dùng về bao bì sản phẩm thì đa phần người tiêu dùng thường mua sản phẩm ở dạng lon thiếc (có nắp nhựa và có khui mở) và hộp giấy. Nhưng do số lượng người tiêu dùng chọn sản phẩm lon thiếc nhiều hơn hộp giấy nên nhóm em sẽ phát triển sản phẩm với bao bì kim loại là thiếc nhưng vì nhu cầu tiện lợi và dễ bảo quên nên nhóm em sẽ làm hộp kim loại có nắp.
Lí do chọn bao bì kim loại có nắp: vì phục vụ cho quy trình bảo quản của người tiêu dùng để sản phẩm sữa đặc bảo quan lâu hơn, tránh gây đổ sản phẩm ra ngoài khi người tiêu dùng bao quản sản phẩm. Tránh nấm mốc phát triền và các loại côn trùng xâm nhập vào sản phẩm.