Nước chiếm tỷ lệ lớn trong sản phẩm. Nước được cung cấp từ các nhà máy nước
ở khu đô thị, nước cấp theo hệ thống đường ống từ các trạm cấp nước tập trung cho 500 người trở lên. Nước dùng trong sản xuất, chế biến thực phẩm phải đảm bảo theo Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống theo Quyết định số 1329/2002/QĐ-BYT ngày 18/04/2002.
Bảng IV-15: Tiêu chuẩn nước sản xuất theo 1329/2002/QĐ-BYT [23] Tên chỉ tiêu - Màu sắc - Mùi vị - Độ đục - pH - Độ cứng - Tổng chất rắn hòa tan (TDS) - Hàm lượng kim loại:
Asen Cu Fe Pb Mg Zn Hg Na Cd Al - Hàm lượng clorua
- Hàm lượng amoni (theo NH4+
) - Hàm lượng Nitrat - Hàm lượng Nitrit - Hàm lượng Sunfat - Độ oxy hóa 55 download by : skknchat@gmail.com
V CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Bảng V-1: Thành phần có mặt trong sữa tươi và sữa đặc có đường
Thành phần
Nước Đường saccharose
Chất béo Chất khơ khơng béo
Tổng chất khơ
Tính thị trường tới 2024:
Thị trường năm 2019: 135 nghìn tấn
Euromonitor ước tính. tốc độ tăng trưởng cải thiện. ước đạt 3.7%/ năm trong giai đoạn 2020 – 2024F. [8] - Năm 2020: 135 + (135 × 3.7%) = 139.99 nghìn tấn - Năm 2021: 139.99 + (139.99 × 3.7%) = 145.17 nghìn tấn - Năm 2022: 145.17 + (145.17 × 3.7%) = 150.54 nghìn tấn - Năm 2023: 150.54 + (150.54 × 3.7%) = 156.11 nghìn tấn - Năm 2024: 156.11 + (156.11 × 3.7%) = 161.89 nghìn tấn - 161.89 − 135 = 26.89 nghìn tấn
Để đáp ứng sản lượng tiêu thụ trong 1 năm. Nhà máy dự kiến sản xuất 21 837 600 kg sản phẩm/ năm.
Thời gian hoạt động của nhà máy có cơng suất hoạt động 300 ngày/ năm. với tần suất hoạt động 3 ca/ ngày và mỗi ca 8 tiếng cho ra 24 264 (kg/ca)
Nhà máy có thể cho ra 63 852 lon/ca (380g)
Nguyên liệu sữa tươi
Chất béo 3.9% Tổng chất khô 13%
Sản phẩm sữa đặc có đường
Nước 27% Đường 45%
Tổng khơ khơng đường 28%
Tỉ trọng sữa thành phẩm: =
Năng suất tính theo khối lượng:
18000 × 1.348 = 24 264 (kg/ca)
56
Bảng V-2 Hao hụt STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Theo giả thuyết về hao hụt.
Lượng sữa khi cho vào giai đoạn hồn thiện là: 24 264 × 100100−1 = 24 509.1 (kg/ca)
Giai đoạn ghép mí: 24 509.1 × 100100−1.5 = 24 882.325 (kg/ca) Giai đoạn rót:
24 882.325 × 100100−1 = 25 133.662 (kg/ca) Giai đoạn kết tinh: 25 133.662 × 100100−0.5 = 25 260 (kg/ca) Giai đoạn làm nguội: 25 260 × 100100−0.5 = 25 386.9 (kg/ca) Q trình cơ đặc:
Lượng saccharose khơ cần bổ sung: 25 386.9 × 10045 = 11 424.103 (kg/ca)
Lượng saccharose khô thêm vào khi hao hụt 2%: 11 424.103 × 100100−2 = 11 657.248 (kg/ca)
Lượng saccharose khô cần để nấu khi hao hụt là 1%: 11 657.248 × 100100−1 = 11 775 (kg/ca)
Lượng saccharose khô 99.8% cần là: 11 775 × 99100.8 = 11 798.6 (kg/ca)
Trong sản phẩm có tổng khơ khơng đường là 28%. Do đó lượng khơ khơng đường sau khi cô đặc phải đạt 28% so với sữa đi vào thiết bị làm nguội: Suy ra lượng chất khô không đường khi ra khỏi thiết bị cơ đặc:
25 386.9 × 10028 = 7 108.332 (kg/ca)
Hao hụt 2% nên lượng chất khô không đường khi vào thiết bị: 7 108.332 × 100100−2 = 7 253.4 (kg/ca)
Trong sữa ngun liệu hàm lượng chất khơ 13%. Do đó lượng sữa đi vào thiết bị cơ đặc:
7 253.4 × 10013 = 55 795.384 (kg/ca)
Theo giả thuyết hao hụt. lượng sữa vào phối trộn: 55 795.384 × 100100−1 = 56 359 (kg/ca)
Lượng sữa khi vào giai đoạn đồng hố 56 359 × 100100−1 = 56 928.256 (kg/ca)
Lượng sữa khi vào thanh trùng: 56 928.256 × 100100−1 = 57 503.29 (kg/ca)
Lượng sữa khi vào chuẩn hoá: 57 503.29 × 100100−0.5 = 57 792.251 (kg/ca)
Sữa nguyên liệu: 57 792.251 × 100100−0.5 = 58 082.664 (kg/ca)
Vậy để đảm bảo năng suất cho nhà máy thì lượng sữa nguyên liệu là:
58 082.664 (kg/ca)
Nồng độ đường và sữa trước cơ đặc:
= × 100%
58
mct: khối lượng chất tan trong dung dịch (kg/ca) md: khối lượng hỗn hợp dung dịch (kg/ca)
Lượng dịch đường saccharose đi vào thiết bị cơ đặc: 11 657.248 × 10070 = 16 653.211 ( / )
11 657.248 + 7 253.4
= 16 653.211 + 55 795.384 × 100% = 26.102 %
Lượng nước bốc hơi trong q trình cơ đặc: w = y [1 - ( x đ /xc)]
xd. xc: nồng độ hỗn hợp sữa. đường trước và sau khi cô đặc (%)
y: khối lượng dung dịch trước khi cô đặc (kg/ca) y= 16 653.211 + 55 795.384 = 72 448.595 (kg/ca)
w = 72 448.595 [1 - ( 26.102 / 100-27)] = 46 543.75628 (kg/ca) Lượng đường lactose bổ sung vào để cấy mầm kết tinh: 25
100386.9 × 0.02 = 5.077 (kg/ca)
( chọn lượng đường lactose chiếm 2% khi ra khỏi thiết bị cô đặc) Chất khô không béo của sữa :
21 837 600 x 20% = 4.367.520 (kg/ năm) Chất béo : 21 837 600 x 8% =1.747.008 (kg/ năm) Sữa bột gầy : o Ẩm : 3% o Hàm lượng béo : 1% o Độ hòa tan : 99% 4.367.520 x 10097 = 4.502.597,938 (kg/năm)
Vì độ hịa tan là 99% nên lượng sữa gầy chưa kể tiêu hao là : 4.502.597,938 x 10099 = 4.548.078,725 (kg/năm)
Lượng chất béo từ sữa gầy cung cấp là : 4.502.597,938 x 1% = 45.025,979 (kg/năm) Lượng chất béo từ AMF cung cấp là :
1.747.008 – 45.025,979 = 1.701.982,021 (kg/năm) o AMF : Chất béo : 99% 1.701.982,021 x 10099 = 1.719.173,759 (kg/năm) o Lecithin 21 837 600 x 0.3% = 65.512,8 (kg/năm) o Màu caramel 21 837 600 x 0.1% = 21.837,6 (kg/năm) o Hương caramel 59 download by : skknchat@gmail.com
21 837 600 x 0.1% = 21.837,6 (kg/năm)
Giả sử hao hụt 1% so với thực tế :
Lượng sữa gầy thực tế cần dùng:
4.502.597,938 x 10099 = 4.548.078,725 (kg/năm) Lượng AMF thực tế cần dùng:
1.719.173,759 x 10099 = 1.736.539,151 (kg/năm)
Lượng Lecithin thực tế cần dùng: 100
65.512,8 x 99 = 66 174,54 ( kg/năm)
Lượng màu caramel thực tế cần dùng:100
21.837,6 x 99 = 22 058,18 (kg/ năm)
Lượng hương caramel thực tế cần dùng: 21.837,6 x 10099 = 22 058,18 (kg/ năm)
Số lon 1 ca: 63 852 lon/ca
Số lon 1 năm: 57 466 800 lon/năm Số nắp nhựa 1 năm: 57 466 800 nắp/năm Số nhãn 1 năm: 57 466 800 nắp/năm
Số lon thực tế sản xuất trong 1 năm với hao hụt 1% là: 57 466 800 × 100100−1 = 58 047 272 (lon/năm)
Số nắp nhựa thực tế sản xuất trong 1 năm với hao hụt 1% là: 57 466 800 × 100100−1 = 58 047 272 (nắp/năm)
Số nhãn thực tế sản xuất trong 1 năm với hao hụt 1% là:
Bảng V-3: Bảng nguyên liệu trong từng quá trình sản xuất
Stt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hoàn thiện 60 download by : skknchat@gmail.com
Bảng V-4 Bảng khối lượng nguyên/phụ liệu STT Nguyên/phụ liệu 1 Sữa bò 2 Bột sữa gầy 3 AMF 4 Lactose 5 Saccharose 6 Lecithin 7 Hương caramel 8 Màu caramel VI TÍNH TỐN THIẾT BỊ [1], [4]
VI.1 Chuẩn hóa
Sử dụng thiết bị phối trộn
- Lượng sữa cần phối trộn: 7224.032 (kg/h)
- Số thiết bị = Đ = 7224.
12000032 = 0.602
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 khơng thể tích 3.000 lít, động cơ đặt dưới đáy bồn, có van an
tồn, van đổi hướng dịng 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 khơng qua một bơm để tuần hồn hỗn hợp phối trộn.
Phễu nạp bột sữa gầy
Bảng điều khiển với các nút nhấn, cơng 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:
61
+ Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được làm bằng thép không rỉ AISI316. + Các bộ phận khác làm bằng thép khơng rỉ AISI304. Kích thước: + Chiều dài: 1600mm + Chiều rộng: 1200mm + Chiều cao: 1720mm. Thông số vận chuyển:
Khối lượng thiết bị: 550kg Khối lượng tổng: 699kg
Hình VI-1: Thiết bị phối trộn Tetra Almix Spark 10V
Hình VI-2: Sơ đồ thiết bị phối trộn
VI.2 Hệ thống thanh trùng
o Thiết bị thanh trùng
- Chế độ thanh trùng: nhiệt độ 820C trong thời gian 10p gồm 4p gia nhiệt, 2p giữ nhiệt và 4p làm nguội.
- Tổng thời gian thanh trùng là 45 phút.
- Lượng sữa cần thanh trùng: 57503.29 /8 = 7187.911 kg/h Số thiết bị = Đ = 7187.
12000911 =0.599
Chọn 1 thiết bị thanh trùng dạng bảng mỏng Tetra Plex MS6 của hãng Tetra Pak-
Thụy Điển:
62
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 nóng. Nước nóng và sữa chuyển động ngược chiều nhau trong thiết bị.
Các thông số kỹ thuật:
Năng suất tối đa cho thanh trùng: 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
Kích thước thiết bị (mm): 1500 x 320 x 960 (mm)
Hình VI-3: Thiết bị thanh trùng dạng bảng mỏng hãng Tetra Pak
Hình VI-4: Sơ đồ hoạt động của thiết bị thanh trùng bảng mỏng
o Bộ phận lưu nhiệt
Bộ phận lưu nhiệt là một đoạn ống có chiều dài thích hợp để giữ cho nhiệt độ của dịng sữa khơng đổi tương ứng với thời gian thanh trùng. Ống lưu nhiệt có cấu tạo hai vỏ, ở giữa hai vỏ là lớp cách nhiệt có nhiệm vụ duy trì nhiệt độ thanh trùng cố định.
63
Chọn ống có cấu tạo từ thép khơng gỉ, đường kính ngồi φ = 60mm, dày S =
2mm.
- Vận tốc của sữa nguyên liệu đi trong ống tương ứng với năng suất thanh trùng:
=
Trong đó: = 1050 / 3 là khối lượng riêng của chất lỏng.
- Thời gian lưu nhiệt =2 phút. Chiều dài ống lưu nhiệt cần thiết là:
= × = 0.67 × 120 = 80.4
Để có thể thay đổi thời gian thanh trùng ứng với những trường hợp khác, cần bố trí ống lưu nhiệt gồm nhiều đoạn ống, mỗi đoạn ống có chiều dài 5m. Tùy theo thời gian thanh trùng dài hay ngắn mà sử dụng số lượng đoạn ống để làm việc cho phù hợp.
VI.3 Thiết bị đồng hóa
- Lượng sữa cho vào thiết bị đồng hóa : 56 928.256 = 7 116.032(kg/h)8
- Số thiết bị = Đ = 7 22600116.032 = 0.315
- Thời gian đồng hóa là 20s. Tổng thời gian đồng hóa là 25p.
- Nhiệt độ dòng lỏng: 700C
- Chế độ áp suất cho 2 cấp đồng hóa:
+ Áp lực cấp đồng hóa thứ nhất: 160bar (P1)
+ Áp lực cấp đồng hóa thứ hai: 40bar (P2)
Chọn 1 thiết bị đồng hóa Tetra Alex 30 của hãng Tetra Pak, áp lực đồng hóa 160bar cho năng suất tối đa 22.600 kg/h.
Thông số kỹ thuật của thiết bị:
Nước làm mát (áp lực > 300 kPa, nhiệt độ 250C, độ cứng <100dH):700 lít/h
Lượng hơi nước tiệt trùng thiết bị (áp lực >300kPa): 25kg/h
Kích thước thiết bị (mm): 2820 x 1720 x 1250
Kích thước khơng gian đặt thiết bị (mm): 4300 x 3300 x 1700 (mm)
Thông số vận chuyển thiết bị:
Khối lượng thiết bị: 3775kg
Khối lượng bao bì vận chuyển: 500kg
Thể tích: 11,9 m3
Năng lượng tiêu tốn:
Năng lượng tiêu thụ/ 1000 lít sản phẩm: 8,2kWh
Lượng nước tiêu thụ/ 1000 lít sản phẩm: 671 lít/h
Hơi tiêu tốn/ 1000 lít sản phẩm: 3,4kg/h
Tiếng ồn: 80dB
64
Hình VI-5: Thiết bị đồng hóa 2 cấp Tetra Alex 30 hãng Tetra Pak
Nguyên lý hoạt động:
Máy hoạt động theo nguyên tắc đồng hóa ở áp suất cao, hai cấp gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo đối áp dùng chung một bể dầu. Bộ phận đồng hóa gồm các bộ phận chính sau đây: chày đồng hóa (forcer), bộ phận tạo khe hẹp (seat), vịng đập (impact-ring). Chày đồng hóa và bộ phận tạo khe hẹp vừa tạo ra áp lực cao cho dịng lưu chất vừa tạo ra khe đồng hóa (gap), khe đồng hóa có kích thước rất nhỏ (0,1mm), vịng chặn có tác dụng tạo ra va đập cho các hạt làm cho chúng phân tán tốt hơn.
Hình VI-6: Cấu tạo thiết bị đồng hóa áp lực cao hai cấp
1- cấp đồng hóa thứ nhất; 2- cấp đồng hóa thứ hai
Dưới tác dụng của chày đồng hóa, dịng lưu chất có áp lực rất cao và chuyển động qua khe hẹp với vận tốc rất lớn, có thể lên tới 50÷200m/s, vì vậy tồn bộ năng lượng ở dạng thế năng của áp suất sẽ được chuyển thành động năng của các phân tử. Chính năng lượng này sẽ làm phá vỡ và giảm kích thước các hạt. Tác dụng đồng hóa được giải như sau:
Nguyên lý chảy rối (turbulence theory): Khi hệ nhũ tương được bơm với tốc độ cao đến khe hẹp, nhiều dòng chảy rối với các vi lốc xoáy (micro – whirl) sẽ xuất hiện. Tốc độ bơm càng lớn thì số dịng chảy rối sẽ xuất hiện càng nhiều và kích thước các
vi lốc xoáy sẽ càng nhỏ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm cho các hạt này bị vỡ ra.
65
Nguyên lý xâm thực khí (cavitation theory): Hệ nhũ tương được bơm đến khe hẹp với tốc độ cao sẽ làm xuất hiện các bong bóng hơi trong hệ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm vỡ hạt. Theo nguyên lý này, sự đồng hóa chỉ diễn ra khi hệ nhũ tương rời khỏi khe hẹp, do đó đối áp giữ một vai trị quan trọng và sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa. Tuy nhiên, sự đồng hóa vẫn có thể diễn ra mà khơng cần có hiện tượng xuất hiện các bong bóng khí nhưng hiệu quả của q trình sẽ thấp hơn.
Thuyết va đập: Dịch sữa là một hỗn hợp chứa rất nhiều hạt pha phân tán. Khi các hạt này chuyển động với vận tốc cao chúng sẽ tự va đập vào nhau và do cấu tạo của thiết bị, khi thoát ra khỏi khe hẹp các hạt phân tán sẽ tiếp tục va đập vào một bề mặt cứng làm góp phần phá vỡ và giảm kích thước các hạt.
Hình VI-7: Thành phần chính của thiết bị đồng hóa áp lực cao
1- motor chính (main drive motor); 2- bộ truyền đai (V-belt transmission); 3- đồng hồ đo áp suất (pressure indication); 4- trục quay (crankcase); 5- piston; 6- hộp piston (piston seal cartridge); 7- bơm; 8- van; 9- bộ phận đồng hóa (homogenising device); 10-
hệ thống tạo áp suất thủy lực (hydraulic pressure setting system)
Theo hình trên, bơm piston cao áp được vận hành bởi động cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và bộ truyền động (2) để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Các piston (5) chuyển động trong xilanh
ởáp suất cao. Trong thiết bị cịn có hệ thống dẫn nước nhằm làm mát cho piston trong suốt quá trình làm việc.
VI-8: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đồng hóa áp lực cao
1- chày đồng hóa (force); 2- vịng 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