Tháng Số ngày sản xuất Ca/ ngày Ca/ tháng
1 24 3 72 2 24 3 72 3 27 3 81 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 26 3 78 8 27 3 81 9 26 3 78 10 0 0 0 11 0 0 0 12 0 0 0 Tổng 154 - 462 Từ bảng số liệu trên ta có:
- Số ngày làm việc trong 1 năm: 154 ngày, mỗi ngày làm 3 ca. - Số ca làm việc trong 1 năm: 462 ca, mỗi ca làm việc 7,5 tiếng.
3.2. Tính cân bằng vật chất3.2.1. Số liệu ban đầu 3.2.1. Số liệu ban đầu
- Theo các số liệu ban đầu:
Năng suất : 11 700 000 lít sản phẩm/năm. Nguyên liệu: bắp tươi nguyên trái
- Giả thiết hao hụt qua các khâu như bảng sau:
Bảng 3. 4 Tỉ lệ tiêu hao qua từng công đoạn trong q trình sản xuất
STT Cơng đoạn Tiêu hao (%) Kí hiệu
1 Tiếp nhận, bảo quản nguyên liệu 1 x0
2 Tách vỏ 20 x1
3 Tách hạt 21 x2
5 Nghiền ướt 2 x4 6 Trích ly 1 1 x5 7 Trích ly 2 2 x6 8 Phối trộn 0,5 x7 9 Gia nhiệt 0,5 x8 10 Bài khí 0,5 x9 11 Đồng hóa 0,5 x10 12 Tiệt trùng UHT 1 x11 13 Làm nguội 0,5 x12 14 Rót và bao gói 1 x13
Sữa bắp có thành phần như sau: - Hàm lượng protein: 0,61% - Hàm lượng chất béo: 1,5% - Hàm lượng đường: 8.5% - Hàm lượng chất khô: 11% 3.2.2. Tính tốn - Ta có cơng thức tính tỉ trọng của sản phẩm là: [16] d= 100 F 0,93+1,608SNF +W g/cm3=kg/l Trong đó:
F: hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng)
SNF: hàm lượng chất khô không béo trong sữa (% khối lượng) W: hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng)
+ Đối chỉ tiêu sản phẩm sữa bắp non ta có: W = 89%
F = 1,5%
SNF = 11% - 1,5% = 9,5%
Áp dụng công thức tỉ trọng của sữa bắp non là:
d= 1,5 100
0,93+1,6089,5 +89
- Theo giả thiết về tiêu hao ta có cơng thức tính lượng ngun liệu thu được qua các cơng đoạn là:
Ti=Si× 100
100−xi
Trong đó:
Ti là khối lượng ngun liệu trước cơng đoạn thứ i (tấn). Si là khối lượng nguyên liệu sau công đoạn thứ i (tấn).
xi là hao hụt nguyên liệu tại công đoạn thứ i so với lúc đưa vào (%) Năng suất của sữa bắp non là 11,7 triệu lít = 12 121 200 kg = 12 121,2 tấn
= 26,2364 tấn/ ca = 3,4982 tấn/h
3.2.2.1. Cơng đoạn chiết rót và bao gói
Khối lượng nguyên liệu vào cơng đoạn này là:
M1=M0×100
100−x13=3,4982100−1×100=3,5335tấn/h
3.2.2.2. Cơng đoạn làm nguội
Khối lượng ngun liệu vào cơng đoạn này là:
M2=M1×100
100−x12=3,5335100−0,5×100=3,5513tấn/h
3.2.2.3. Cơng đoạn tiệt trùng UHT
Khối lượng nguyên liệu vào công đoạn này là:
M3=M2×100
100−x11=3,5513100−1×100=3,5871tấn/h
3.2.2.4. Cơng đoạn đồng hóa
Khối lượng ngun liệu vào cơng đoạn này là:
M4=M3×100
100−x10=3,5871100−0,5×100=3,6052tấn/h
3.2.2.5. Cơng đoạn bài khí
Khối lượng ngun liệu vào cơng đoạn này là:
M5=M4×100
100−x9 =3,5871100−0,5×100=3,6233tấn/h
3.2.2.6. Cơng đoạn gia nhiệt
M6=M5×100
100−x8 =3,6233100−0,5×100=3,6415tấn/h
3.2.2.7. Cơng đoạn phối trộn
Khối lượng nguyên liệu sau phối trộn chính là khối lượng nguyên liệu vào gia nhiệt M6 = 3,6415 tấn/h.
Sơ đồ phối trộn như sau:
M7
M6
Tỉ lệ phối trộn dịch sữa bắp : bột sữa hoàn nguyên : syrup đường = 10 : 1 : 2
Gọi 10x là khối lượng dịch sữa bắp đem đi phối trộn với hàm lượng chất khô là K %, đơn vị tấn/h.
Gọi x là khối lượng sữa bột đã hoàn nguyên, đã pha với nước đem đi phối trộn với hàm lượng chất khô là 15%, đơn vị tấn/h.
Gọi 2x là khối lượng syrup đường đem đi phối trộn với hàm lượng chất khô là 70%, đơn vị tấn/h.
Tổng hàm lượng chất ổn định bổ sung là:
0,05% M6 = 0,05% × 3,615 = 0,0018 tấn/h Hàm lượng hương liệu bổ sung là:
0,05% M6 = 0,05% × 3,615 = 0,0018 tấn/h Hàm lượng chất bảo quản E202 bổ sung là:
0,1% M6 = 0,1% × 3,615 = 0,036 tấn/h Khi đó:
10x + 2x + x = M6 - 0,0018 – 0,036 – 0,0018 = 3,6342 tấn/h Như vậy, khối lượng bột sữa đã hoàn nguyên bổ sung vào là:
x=3,6342
13 =0,2796tấn/h Ta có tỉ lệ hồn nguyên sữa là 1:4
Lượng bột sữa hòa tan là:
Phối trộn Syrup, phụ gia,
0,2796 :5=0,0559tấn/h
Lượng nước bổ sung để hòa tan sữa là:
0,05592×4=0,2237tấn/h
Khối lượng syrup đường bổ sung vào là:
2x = 0,2796 × 2 = 0,5591 tấn/h Khối lượng sữa bắp đem đi phối trộn là:
10x = 0,2796 × 10 = 2,796 tấn/h Phương trình bảo tồn khối lượng:
M6=Msữa hồn ngun+Msyrup+Mphụ gia+Mhương liệu+ME202+Mdịch sữa
Khối lượng riêng của syrup đường 70% là: d = 1,349kg/m3 nên lượng syrup đường thực tế cần bổ sung là:
Msyrup = 1,349 × 0,5591 = 0,7542 tấn/h
Trong thực tế đường sẽ bị tiêu hao trong quá trình nấu syrup. Giả sử tỉ lệ tiêu hao là 2% và đường có hàm lượng chất khơ là 99,8% ta tính lượng đường thực tế cần dùng là:
Mđường=Msyrup×99,8 %70% ×100−2100
Mđường=0,7542×99,8 %70% ×100−2100 =0,5398tấn/h
Khối lượng nước trong syrup là:
Mnước lýthuyết=Msyrup−Mđường=0,7542−0,5398=0,2144tấn/h
Giả thiết nước hao hụt trong nấu syrup đường là 25%, khối lượng nước thực tế cần sử dụng để nấu đường là:
Mnước thựctế=Mnước lý thuyết×100
100−25 =0,2144100−25×100=0,2859tấn/h Khối lượng dịch sữa vào cơng đoạn phối trộn là:
M7=10100−x×100x
7
=2,7955100−0,5×100=2,8096tấn/h
3.2.2.8. Cơng đoạn trích ly 1 và 2
Sau trích ly 1 và 2 ta thu được lượng dịch sữa chính là lượng dịch vào cơng đoạn phối trộn nên mdịch sữa sau trích ly 1,2 = M7 = 2,8096 tấn/h.
Gọi khối lượng dịch sữa vào cơng đoạn trích ly 1 và 2 lần lượt là Tv1 và Tv2 . Gọi khối lượng dịch sữa thu được sau trích ly 1 và 2 lần lượt là Tr1 và Tr2 . Gọi khối lượng bã sau trích ly 1 là mbã 1 = y.
Hàm lượng chất khô trong hạt ngô ngọt là khoảng 83%. Trong đó, giả sử hàm lượng chất khơ hịa tan chiếm 85%, cịn lại là hàm lượng chất khơ khơng hịa tan chiếm 15% lượng chất khô tổng.
Thành phần dịch sữa bắp sau khi nghiền bao gồm: bắp sạch và nước công
nghệ 70oC với tỷ lệ nghiền là 1 : 5 nên lượng bắp đem nghiền chiếm 1/6 Tv1
Mà mchất khơtổng=83%×T6v1×100−1100
Suy ra:
mchất khơhịatan=85%×83%× Tv61×100−1100 mchất khơ khơnght=15%×83%× Tv61×100−1100
Giả sử hiệu suất trích ly 1 đạt 92% thì lượng chất khơ hịa tan thu thực tế là:
mchất khơhịatan 1=92%×85%×83%× Tv61×100−1100
Lượng chất khơ hịa tan cịn sót lại trong bã chiếm 8% là:
mchất khơht sót lại1=8 %×85%×83%× Tv61×100−1100
Giả sử hàm lượng ẩm của bã sau trích ly 1 là 45% thì hàm lượng chất khơ là 55% 55 %× y=mchất khơkhơng ht+mchất khơht sót lại1
55%× y=(0,1233+0,0559)× Tv61=0,0299×Tv1 y=0,0543× Tv1(1)
Hịa tan bã sau trích ly 1 với nước theo tỷ lệ 2 nước : 1 bã thì khối lượng nước thêm vào bã 1 là 2y. Ta có:
Tr1 + mbã 1 = Tv1 nên Tr1 = Tv1 – mbã 1 = Tv1 – y
mbã 2 = Tv2 – Tr2 = 3y – (2,8096 – Tr1 ) = 3y – 2,4774 + Tv1 – y = 2y + Tv1 – 2,8096 Giả sử hiệu suất trích ly lần 2 là 97% khi đó:
mchất khơ ht cịnsót lại2=3%× mchất khơht cịn sótlại1
mchất khơht cịnsót lại2=3%×8%×85%×83%× Tv61×100−1100
Giả sử hàm lượng ẩm của bã sau trích ly 2 là 45% thì hàm lượng chất khơ là 55%. 55%× mbã2=mchất khơkhơng ht+mchất khơht cịnsót lại2
55%×(2y+T v1–2,8096)=(0,1233+0,0017)× Tv1
6 =0,0208×Tv1 2y+T v1–2,8096=0,0379× Tv1
2y+0,9621× Tv1=2,8096(2)
Giải phương trình (1) và (2), ta được: y = 0,1424 tấn/h , Tv1 = 2,6241 tấn/h. Khi đó: Tr1 = Tv1 – mbã1 = 2,6241 – 0,1424 = 2,4816 tấn/h. Tr2 = M7 - Tr1 =2,8096 – 2,4816= 0,3280 tấn/h. Tv2 = 3y = 0,4273 tấn/h. mbã 2 = 0,0994 tấn/h mnước bs vào bã 1 = 0,2849 tấn/h Kết luận:
- Tại trích ly 1, lượng dịch sữa vào là 2,6241 tấn/h, lượng dịch sữa thu được là 2,4816 tấn/h, bã thu hồi là 0,1424 tấn/h.
- Tại trích ly 2, lượng dịch sữa vào là 0,4273 tấn/h, lượng dịch sữa thu được là 0,3280 tấn/h, bã thu hồi là 0,0994 tấn/h.
Mẻ thứ 2
- Tại cơng đoạn nghiền mẻ 2
Có thêm dịch bắp trích ly 2 bổ sung lại vào q trình nghiền ướt. Sau trích ly 2 thì lượng dịch sữa thu được là 0,4273 tấn/h.
Nghiền ướt
Thiết kế nhà máy chế biến sữa bắp non năng suất 11,7 triệu lít sản phẩm/ năm
Do đó, tổng lượng chất khơ khi nghiền ở mẻ 2 (gồm chất khơ hịa tan và khơng hịa tan) bằng tổng lượng chất khơ từ dịch sữa sau trích ly 2 và lượng chất khơ của ngun liệu bắp đi vào giai đoạn nghiền.
mtổngck2mẻ2=(m¿¿ck trly2+mck)×100−1100 ¿
Tổng lượng chất khơ có trong dịch sữa bắp là:
mchất khơtổng=83%×T6v1×100−1100 =0,3594tấn/h
Tổng lượng chất khơ có trong dịch sữa bắp sau trích ly 2 là:
mck trly2vàodịch=8%×85%×83%×Tv1
6 ×100−1100 =0,0244tấn/h Khi đó:
mtổngck mẻ2=(0,3594+0,0244)×100−1100 =0,3800tấn/h
Tại cơng đoạn trích ly 1 mẻ thứ 2
Lượng chất khơ hịa tan vào dịch sữa sau khi trích ly lần 1 là:
mckht sautrly1=(m¿¿ck trly2vàodịch+mckht)×92%¿
mckht sautrly1=¿ (0,0244 + 0,3055) ×92% = 0,3035 tấn/h Lượng chất khơ khơng hịa tan trong bã trích ly 1 là:
mck bã1mẻ2=mtổngck mẻ2−mck sau trly1
mck bã1mẻ2=0,3800−0,3035=¿0,0765 tấn/h
Giả sử lượng bã khơng tan có 45% ẩm nên khối lượng bã sau trích ly 1 mẻ 2 là:
mbã1mẻ2=1−0,07650,45=0,1390tấn/h
mvàotrly1=(m¿¿bã1mẻ2+M7)×100−1100 ¿
mvàotrly1=(0,1390+2,8096)×100−1100 =2,9784tấn/h
3.2.2.9. Cơng đoạn nghiền ướt
Khối lượng dịch sữa bắp đi vào trích ly 1 chính là khối lượng dịch sữa bắp thu được sau khi nghiền ướt: Mvào nghiền = 2,9784 tấn/h.
Thành phần dịch sữa bắp sau khi nghiền bao gồm: bắp sạch (a) và nước công nghệ 70oC (b) với tỷ lệ nghiền là a : b = 1 : 5
Vậy lượng bắp có trong dịch nghiền là:
a=2,97846 =0,4964tấn/h
Lượng nước có trong dịch nghiền là:
b=5×0,4964=2,4820tấn/h
Giả sử hao hụt nước để nghiền là 15% khi đó lượng nước cần bổ sung trong q trình nghiền thực tế là:
b'=100−15b×100 =2,9200tấn/h
Lượng ngun liệu bắp vào cơng đoạn này là:
M9=100−x100
5
=0,4914100−2×100=0,5065tấn/h
Mẻ thứ 2
Do có dịch trích ly 2 bổ sung vào cơng đoạn nghiền ướt từ mẻ thứ 2 nên lượng nước bổ sung là: 2,9200 - 0,4273 = 2,4927 tấn/h.
3.2.2.10. Công đoạn rửa
Lượng nguyên liệu bắp vào cơng đoạn này là:
M10=M9×100
100−x4 =0,5065100−1×100=0,5116tấn/h
3.2.2.11. Cơng đoạn tách hạt
Lượng ngun liệu bắp vào cơng đoạn này là:
M11=M10×100
100−x4 =0,5116100−1×100=0,5168tấn/h
Lõi bắp chiếm khoảng 20% khối lượng toàn trái nên khối lượng bắp còn lõi (bắp nguyên trái bỏ vỏ) là 0,6891 tấn/h.
3.2.2.12. Công đoạn tách vỏ
Vỏ bắp chiếm khoảng 20% khối lượng tồn trái.
Lượng ngun liệu bắp ngun trái vào cơng đoạn này là 0,8614 tấn/h.
3.2.2.13. Công đoạn tiếp nhận và bảo quản
Lượng ngun liệu bắp vào cơng đoạn này là:
M13=M12×100
100−x2 =0,8614100−1×100=0,8701tấn/h
3.2.3. Tính số hộp và thùng cần dùng để bao gói.
Thể tích sữa đem đi rót hộp là: M1 = 3,5335 tấn/h = 3533,5kg/h = 3410,7143 l/h = 3410714,2857ml/h
Chọn hộp có dung tích 180ml. Lượng hộp giấy phải dùng là:
H0=3410714,2857180 =18948,4hộp/ca
Giả sử hao hụt hộp là 5% khi rót, vậy số hộp thực tế là:
H0=18948,4100−5×100=19945,7hộp/ca≈19946hộp/ca
Cứ 1 thùng là 24 hộp sữa. Số thùng cần dùng là:
T0=19946
24 =831,083thùng/ca
Giả sử hao hụt thùng là 5% khi bao gói, vậy số thùng thực tế là:
H0=831,083100−5×100=874,824thùng/ca≈875thùng/ca
Vậy số hộp cần để bao gói sữa trong 1 ca là 19946 hộp, số thùng cần dùng trong 1 ca là 875 thùng.
3.3. Tổng kết
Bảng 3. 5 Bảng tổng kết cân bằng vật chất của ngun liệu chính
STT Cơng đoạn Tỷ trọng Năng suất nguyên liệu vào
Tấn/h Lít/ca Lít/h
1 Tiếp nhận nguyên liệu 0,8701 - -
2 Tách vỏ 0,8614 - -
3 Tách hạt 0,6891 - -
5 Nghiền ướt 0,5065 - - 6 Trích ly 1 2,9784 21561,78 2874,90 7 Trích ly 2 0,4273 3093,39 412,45 8 Phối trộn 2,8096 20339,77 2711,97 9 Gia nhiệt 1,036 3,6415 26362,21 3514,96 10 Bài khí 1,036 3,6233 26230,45 3497,39 11 Đồng hóa 1,036 3,6052 26099,42 3479,92 12 Tiệt trùng UHT 1,036 3,5871 25968,39 3462,45 13 Làm nguội 1,036 3,5513 25709,22 3427,90 14 Rót hộp 1,036 3,5335 25580,36 3410,71
Bảng 3. 6 Bảng tổng kết cân bằng vật chất của nguyên liệu phụ
STT Công đoạn Nguyên liệu Theo giờ Theo ca
1 Nghiền ướt Nước nóng 2920,0 lít 21900 lít
2 Hịa tan bã sau trích ly 1 Nước nóng 284,8 lít 2136,6 lít
3 Phối trộn
Nước nấu syrup 285,9 lít 2144,25 lít
Đường 0,5398 tấn 4,0485 tấn
Syrup bổ sung 0,7542 tấn 5,6565 tấn Sữa bột hoàn nguyên 0,2796 tấn 2,0970 tấn
Sữa bột 0,0559 tấn 0,4194 tấn
Nước pha sữa bột 223,68 lít 1677,6 lít Chất ổn định 0,0018 tấn 0,0135 tấn Chất bảo quản 0,0036 tấn 0,27 tấn Hương liệu bắp 0,0018 tấn 0,0135 tấn
4 Bao bì Hộp giấy tetrapark 19946 hộp 149595 hộp
CHƯƠNG 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
4.1. Các thiết bị sử dụng trong nhà máy
Bảng 4. 1 Các thiết bị sử dụng trong nhà máy
STT Tên thiết bị
1 Thiết bị tách hạt bắp 2 Thiết bị rửa
4 Thiết bị trích ly 5 Thiết bị phối trộn 6 Thiết bị gia nhiệt 7 Thiết bị bài khí 8 Thiết bị đồng hóa
9 Thiết bị tiệt trùng UHT, làm nguội 10 Thiết bị rót vơ trùng
11 Thiết bị gắn ống hút 12 Thiết bị đóng block
13 Thiết bị đóng thùng carton
14 Bồn chờ rót
15 Nồi nấu syrup
16 Nồi chứa sữa hồn ngun 17 Thùng chứa nước cơng nghệ 18 Thùng chứa dịch sữa sau trích ly 19 Thùng chứa đường
20 Thùng chứa syrup sau nấu 21 Thùng nhựa đựng phế liệu 22 Băng tải 23 Gàu tải 24 Vít tải 25 Bơm ly tâm 26 Bơm thể tích 27 Xilo chứa bã 4.2. Ngun tắc và cách tính tốn 4.2.1. Nguyên tắc lựa chọn Nguyên tắc chọn thiết bị:
- Thiết bị phù hợp với đặc điểm sản phẩm trong từng công đoạn.
- Thiết bị đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt, năng suất cao, tiêu hao nguyên liệu ít, hiệu quả kinh tế cao và tránh gây tác hại môi trường quá lớn.
- Thiết bị làm việc liên tục, có cấu tạo đơn giản và gọn nhất có thể, dễ sử dụng, sửa chữa và nâng cấp.
4.2.2. Cách tính tốn
4.2.2.1. Cách tính số lượng thiết bị
Ta tính thiết bị theo công thức sau:
Đối với thiết bị làm việc liên tục, số lượng thiết bị tính theo cơng thức:
n=MN (4.1) Đối với thiết bị làm việc gián đoạn, số lượng thiết bị tính theo cơng thức: