Tên công đoạn Tiêu hao (%)
Cân định lượng 0,1 Phối trộn 0,5 Lọc 0,5 Gia nhiệt 1 0,1 Đồng hóa 1 0,3 Thanh trùng 1 0,3 Làm lạnh 1 0,1
Tên cơng đoạn Tiêu hao (%) Ủ hồn nguyên 0,3 Gia nhiệt 2 0,1 Chuẩn hóa 0,2 Đồng hóa 2 0,2 Thanh trùng 2 0,2 Làm mát 0,1 Lên men 0,3 Làm lạnh 2 0,1 Chờ rót 0,1 Chiết rót 0,3 Áp dụng cơng thức: GV = Gr×100 100 - x [3, 22] Với
GV : Lượng sữa trước khi vào công đoạn Gr : Lượng sữa sau mỗi công đoạn x : Lượng sữa tiêu hao ở mỗi công đoạn
Lượng dịch sữa trước khi vào cơng đoạn chiết rót và đóng gói G17 = Gns×100
100 - x= 14000 × 100
100 - 0,3 = 14042,126 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào cơng đoạn chờ rót
G16 = G17 × 100
100 - x = 14042,126 × 100
100 - 0,1 = 14056,182 (kg/ca)
Ta có: Gds + Gm = G16
Lượng mứt bổ sung vào chiếm 3,1%
Gm = 3,1% × G16 = 0,031 × 14056,182 = 435,741 (kg/ca)
Lượng dịch sữa cho q trình chờ rót
Gds = G16 - Gm = 14056,182 - 435,741 = 13620,441 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn làm lạnh 2
G15 = Gds × 100
100 - x = 13620,441 × 100
100 - 0,1= 13634,075 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào cơng đoạn lên men
G14 = G15 × 100
100 - x = 13634,075 × 100
100 - 0,1 = 13675,1003 (kg/ca)
Tính khối lượng dịch sữa và khối lượng vi khuẩn sử dụng cho quá trình lên men
Khối lượng vi khuẩn thường dùng với tỉ lệ 0,5 - 7% so với lượng sữa dùng cho quá trình lên men. Chọn 2,5% lượng men bổ sung vào sữa.
Giả sử a,b lần lượt là khối lượng men, dịch sữa cần tìm. Ta có hệ phương trình sau:
a = 2,5% × b
a + b = 13675,1003
Giải hệ phương trình ta được: a = 333,539 (kg/ca)
b = 13341,561 (kg/ca)
Lượng dịch sữa sử dụng cho quá trình lên men Glm = b = 13341,561 (kg/ca)
Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn làm mát G13 = Glm × 100
100 - x = 13341,561 × 100
100 - 0,1 = 13354,916 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn thanh trùng 2
G12 = G13 × 100
100 - x = 13354,916 × 100
100 - 0,2= 13381,679 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn đồng hóa 2
G11 = G12 × 100
100 - x = 13381,679 × 100
100 - 0,2 = 13408,496 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào cơng đoạn chuẩn hóa
G10 = G11 × 100
100 - x = 13408,496 × 100
100 - 0,2 = 13435,367 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn gia nhiệt 2
G9 = G10 × 100
100 - x = 13435,367 × 100
100 - 0,1 = 13448,816 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào cơng đoạn ủ hồn ngun
G8 = G9 × 100
100 - x= 13448,816 × 100
100 - 0,3 = 13489,284 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn làm lạnh 1
G7 = G8 × 100
100 - x= 13489,284 × 100
100 - 0,1 = 13502,786 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn thanh trùng 1
G6 = G7 × 100
100 - x= 13502,786 × 100
100 - 0,3 = 13543,416 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào cơng đoạn đồng hóa 1
G5 = G6 × 100
100 - x= 13543,416 × 100
100 - 0,3 = 13584,169 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn gia nhiệt 1
G4 = G5 × 100
100 - x = 13584,169 × 100
100 - 0,1 = 13597,767 (kg/ca) Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn lọc
G3 = G4 × 100
100 - x = 13597,767 × 100
100 - 0,5 = 13666,097 (kg/ca) Tổng lượng dịch sữa trước khi vào cơng đoạn phối trộn
G2 = G3 × 100
100 - x= 13666,097 × 100
100 - 0,5 = 13734,771 (kg/ca)
Lượng đường chiếm 5%
Gđ = 5% × G2 = 0,05 × 13734,771 = 686,739 (kg/ca)
Lượng whey chiếm 0,75%
Lượng chất ổn định 0,6%
Gcod = 0,6% × G2 = 0,006 × 13734,771= 82,409 (kg/ca)
Lượng bơ chiếm 3%
Gb = 3% × G2 = 0,03 × 13734,771 = 412,043 (kg/ca)
Tổng lượng nguyên liệu phụ trước khi vào công đoạn phối trộn Gnlp = Gđ + Gw + Gcod + Gb
Gnlp= 686,739 + 103,018 + 82,409 + 412,043 = 1284,209 (kg/ca) Vậy lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn phối trộn
Gds' = G2 - Gnlp = 13734,771 - 1284,209 = 12450,562 (kg/ca) Lượng sữa bột gầy và lượng nước nóng cho vào phối trộn
Gọi x, y lần lượt là lượng sữa bột gầy có hàm lượng chất khơ 98% và lượng nước nóng cần dùng cho hồn ngun để được khối sữa có tổng hàm lượng chất khơ 22,45%, ta có phương trình sau:
{98100 × x= 22,45
100 × (x + y) x + y = Gds' = 12450,562
Giải hệ phương trình trên ta được: x = 2852,195 (kg/ca)
y = 9598,367 (kg/ca)
Lượng sữa bột gầy trước khi cân định lượng G1 = x × 100
100 - x= 2852,195 × 100
100 - 0,1 = 2855,050 (kg/ca) = 356,881 (kg/h)
Vậy cần phải sử dụng 356,881 kg sữa bột gầy nguyên liệu cho dây chuyền sản xuất sữa chua ăn trong 1 giờ.
4.2.3. Tổng kết cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuấtBảng 4.4. Bảng tổng hợp cân bằng vật chất Bảng 4.4. Bảng tổng hợp cân bằng vật chất
Công đoạn Năng suất
(kg/ca)
Năng suất (kg/ngày)
Bột sữa gầy
Công đoạn Năng suất (kg/ca) Năng suất (kg/ngày) Cân định lượng 2855,050 8565,15 Phối trộn 13734,771 41204,313 Lọc 13666,767 41000,301 Gia nhiệt 1 13597,767 40793,301 Đồng hóa 1 13584,169 40752,507 Thanh trùng 1 13543,416 40630,248 Làm lạnh 1 13502,786 40508,358 Ủ hoàn nguyên 13489,284 40467,852 Gia nhiệt 2 13448,816 40346,448 Chuẩn hóa 13435,367 40306,101 Đồng hóa 2 13408,496 40225,488 Thanh trùng 2 13381,679 40145,037 Làm mát 13354,916 40064,748 Lên men 13675,1003 41025,3009
Công đoạn Năng suất (kg/ca) Năng suất (kg/ngày) Làm lạnh 2 13634,075 40902,225 Chờ rót 14056,182 42168,546 Chiết rót 14042,126 42126,378
Khối lượng sữa
PHẦN 5. TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Tính tốn và chọn thiết bị trong dây chuyền sản xuất
Việc tính tốn và lựa chọn thiết bị thích hợp đóng vai trị khơng kém phần quan trọng quyết định đến năng suất của nhà máy. Trong quá trình sản xuất sữa chua để cho quá trình diễn ra đảm bảo ta tiến hành chọn thiết bị và tính theo sản phẩm lớn nhất ở từng cơng đoạn.
Số thiết bị n được tính theo cơng thức sau: n = N1
N2
Trong đó: n: Số thiết bị
N1: Năng suất công đoạn N2: Năng suất thiết bị
5.1.1. Tank phối trộn
Thùng phối trộn có dạng hình trụ đứng, đáy hình chỏm cầu, vỏ thùng được làm bằng thép khơng gỉ, bên trong có gắn các cánh khuấy và bên trên có động cơ gắn với cánh khuấy để giúp cánh khuấy hoạt động. Thời gian phối trộn trung bình một mẻ mất 30 phút nên 1 giờ sẽ được 2 mẻ.
Lượng dịch sữa cần phối trộn: 13734,771 (kg/ca) = 1716,846 (kg/h) Đổi sang thể tích:
V1 = 13734,771
1,076 = 12764,657 (l/ca) = 1595,582 (l/h)
Chọn thùng loại SSG – 2 của hãng JIMEI Việt Nam [19]. Thơng số kỹ thuật:
+ Năng suất: 2000 lít + Cơng suất mơtơ: 11 kW
+ Kích thước thiết bị d × h: 1340 × 2760 mm. + Tốc độ khuấy: 1750 r/min
Chọn hệ số chứa đầy là 0,8 thì số lượng thùng:
Vậy số lượng thùng là 1 nhưng để đảm bảo vệ sinh và quá trình sản xuất được diễn ra liên tục ta chọn 2 tank.
Hình 5.1. Tank phối trộn SSG – 2 [19]5.1.2. Thiết bị phối trộn 5.1.2. Thiết bị phối trộn
Tổng lượng sữa bột và các nguyên liệu khác cần phối trộn
2855,050 + 1284,209 = 4139,259 (kg/ca) = 517,407 (kg/h) = 0,517 (tấn/h) Chọn thiết bị trộn SFH – 5 của hãng JIMEI Việt Nam [20].
Thông số kỹ thuật + Năng suất: 0,6 tấn/h + Cơng suất mơtơ: 3 kW
+ Kích thước: 1200 × 550 × 800
+ Tốc độ quay của bơm cánh gạt (rpm): 2800/1400 Số thiết bị cần chọn
n =0,517
0,6 = 0,862
Hình 5.2. Thiết bị trộn SFH – 5 [20]
5.1.3. Thiết bị lọc
Lượng dịch sữa vào thiết bị lọc :
13666,767 (kg/ca) = 12701,456 (l/ca) = 1587,682 (l/h) Chọn loại tụ lọc có kích thước 75μm Thơng số kỹ thuật: Chiều dài: 600 mm. Đường kính ngồi: 200 mm. Đường kính ống lọc: 100 mm. Đường kính lưới lọc: 105 µm. Hình 5.3. Thiết bị lọc lưới [21]
5.1.4. Thiết bị gia nhiệt
Lượng sữa vào gia nhiệt 1:
13597,767(kg/ca) = 12637,330 (l/ca) = 1579,666 (l/h)
Chọn thiết bị gia nhiệt loại BR0.25-22-IIB của hãng QJYL, xuất xứ Trung Quốc với các thông số kỹ thuật [22].
+ Năng suất: 2000 lít/h.
+ Kích thước 800 × 470 × 1400 mm. Số lượng thiết bị:
n =1579,666
2000 = 0,789 < 1 Vậy chọn 1 thiết bị gia nhiệt 1. Lượng sữa vào gia nhiệt 2:
13448,816(kg/ca) = 12498,899 (l/ca) = 1562,362 (l/h)
Chọn thiết bị gia nhiệt loại BR0.25-22-IIB của hãng QJYL, xuất xứ Trung Quốc với các thông số kỹ thuật [22].
+ Năng suất: 2000 lít/h.
+ Kích thước 800 × 470 × 1400 mm. Số lượng thiết bị:
n =1562,362
2000 = 0,781 < 1 Vậy chọn 1 thiết bị gia nhiệt 2.
5.1.5. Thiết bị đồng hóa
Lượng dịch sữa vào đồng hóa 1:
13584,169 (kg/ca) = 12624,692(l/ca) = 1578,087 (l/h) Lượng dịch sữa vào đồng hóa 2:
13408,496 (kg/ca) = 12461,427 (l/ca) = 1557,678 (l/h)
Chọn thiết bị đồng hóa GJB-2-25 của hãng JIMEI Việt Nam [23]. Thông số kỹ thuật: - Năng suất : 2000 (lít/h) - Áp suất : 250 (bar) - Cơng suất : 15 (kW) - Kích thước ( L × W × H): 1150 × 930 × 1270 (mm) Số lượng thiết bị: n =1578,087 2000 = 0,793 < 1 n =1557,678 2000 = 0,799 < 1
Vậy chọn 2 thiết bị đồng hóa cho đồng hóa 1 và 2.
Hình 5.5. Thiết bị đồng hóa GJB-2-25 [23]5.1.6. Thiết bị thanh trùng 5.1.6. Thiết bị thanh trùng
Lượng dịch sữa vào thanh trùng 1:
13543,416 (kg/ca) = 12586,818 (l/ca) = 1573,352 (l/h). Lượng dịch sữa vào thanh trùng 2:
13381,679 (kg/ca) = 12436,505 (l/ca) = 1554,563 (l/h). Chọn thiết bị thanh trùng BS-2 của hãng JIMEI Việt Nam Thông số kỹ thuật
+ Năng suất: 2000 l/h
+ Diện tích bề mặt trao đổi: 15m2
+ Nhiệt độ tiệt trùng 85°C - 95°C + Kích thước: 2200 x 2000 x 2400 (mm) Số lượng thiết bị: n =1573,352 2000 = 0,787 < 1 n =1554,563 2000 = 0,777 < 1
Vậy chọn 2 thiết bị thanh trùng cho thanh trùng 1 và 2.
Hình 5.6. Thiết bị thanh trùng [24]5.1.7. Thiết bị làm mát,làm lạnh 5.1.7. Thiết bị làm mát,làm lạnh
Lượng dịch sữa vào làm lạnh 1:
Lượng dịch sữa vào làm mát:
13354,916 (kg/ca) = 12411,632 (l/ca) = 1551,454 (l/h) Lượng dịch sữa vào làm lạnh 2:
13634,075 (kg/ca) = 12671,073 (l/ca) = 1583,884 (l/h)
Chọn thiết bị làm mát loại BR0.25-22-IIB của hãng QJYL, xuất xứ Trung Quốc với các thơng số kỹ thuật [22].
+ Năng suất: 2000 lít/h. + Kích thước: 800 × 470 × 1400 mm. Số lượng thiết bị: n =1568,632 2000 = 0,784 < 1 n =1551,454 2000 = 0,776 < 1 n =1583,884 2000 = 0,792 < 1 Vậy chọn 3 thiết bị làm lạnh, làm mát.
Hình 5.7. Thiết bị trao đổi nhiệt BR0.25-22-IIB [22]5.1.8. Tank ủ hồn ngun 5.1.8. Tank ủ hồn ngun
Tank ủ có dạng hình trụ đứng, đáy chỏm cầu, vỏ được làm bằng thép khơng gỉ. Q trình ủ hồn ngun làm việc gián đoạn. Một mẻ ủ hoàn nguyên là 6h - 8h, như vậy tính 1 ca ta ủ 1 mẻ.
D là đường kính thân hình trụ. r là bán kính hình chỏm cầu. Ht là chiều cao của thân hình trụ. h là chiều cao của phần chỏm cầu. H là chiều cao của thùng, H = Ht + 2h. Chọn: Ht = 1,3D
h = 0,3D
Chiều cao toàn thiết bị là: H = Ht + 2h = 1,3D + 2×0,3D = 1,9D Ta có: V = Vt + 2Vc Thể tích phần thân trụ: 2 2 3 t t π × D × H π × D ×1,3D V = = = 1,02× D 4 4 (m3) Thể tích phần chỏm cầu: 2 2 2 2 3 c π π D V = × h × (h + 3r ) = × 0,3D × (0,3D) + 3× ( ) = 0,13× D 6 6 2 Thể tích bồn chứa: V = Vt + 2Vc = 1,02×D3 + 2×0,13×D3 = 1,28× D3 => 3 V D = 1,28
Lượng dịch sữa cần ủ hồn ngun: 13489,284 (kg/ca) = 13489,284
103 × 1,076 = 12,537 ( m 3
/m )ẻ
Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là 0,9, nên ta có: V = 12,537 0,9 = 13,93 ( m 3 ) Vậy: D = √313,931,28 = 2,216 ( m 3 ) Chọn D = 2,3 (m)
Suy ra
h = 0,3D = 0,3 × 2,3 = 0,690 (m) Ht = 1,3D = 1,3 × 2,3 = 2,990 (m)
H = Ht + 2h = 2,99 + 2 × 0,690 = 4,370 (m)
Vậy chọn 1 bồn ủ hồn ngun có kích thước: D = 2300 mm, H = 4370 mm. Vậy số lượng thùng là 1 nhưng để đảm bảo vệ sinh và quá trình sản xuất được diễn ra liên tục ta chọn 2 thùng. Kích thước là 2300 × 4370 (mm). Chọn thân thiết bị cách sàn nhà 1000 (mm).
5.1.9. Tank lên men
Tank lên men có dạng hình trụ đứng, đáy hình nón, vỏ thùng được làm bằng thép khơng gỉ, bên trong có gắn cánh khuấy và bên trên có động cơ gắn với cánh khuấy để giúp cánh khuấy hoạt động.
Gọi:
D là đường kính thân hình trụ. r là bán kính hình chỏm cầu. Ht là chiều cao của thân hình trụ. h là chiều cao của phần chỏm cầu. H là chiều cao của thùng, H = Ht + 2h. Chọn: Ht = 1,3D
h = 0,3D
Chiều cao toàn thiết bị là: H = Ht + 2h = 1,3D + 2×0,3D = 1,9D Ta có: V = Vt + 2Vc Thể tích phần thân trụ: 2 2 3 t t π × D × H π × D ×1,3D V = = = 1,02× D 4 4 (m3) Thể tích phần chỏm cầu: 2 2 2 2 3 c π π D V = × h × (h + 3r ) = × 0,3D × (0,3D) + 3× ( ) = 0,13× D 6 6 2
Hình 5.8. Cấu tạo bồn Hình 4.2.Cấu D H Ht h Thể tích bồn chứa: V = Vt + 2Vc = 1,02×D3 + 2×0,13×D3 = 1,28× D3 => 3 V D = 1,28
Lượng dịch sữa vào lên men: 13675,1003 (kg/ca) = 13675,1003
103 × 1,076 = 12,709 ( m 3
/m )ẻ
Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là 0,9, nên ta có: V = 12,709 0,9 = 14,121 ( m 3) Vậy D = √314,1211,28 = 2,226 ( m 3) Chọn: D = 2,3 (m) Suy ra h = 0,3D = 0,3 × 2,3 = 0,690 (m) Ht = 1,3D = 1,3 × 2,3 = 2,990 (m) H = Ht + 2h = 2,99 + 2 × 0,690 = 4,370 (m)
Vậy chọn 1 bồn lên men có kích thước: D = 2300 mm, H = 4370 mm.
Vậy số lượng thùng là 1 nhưng để đảm bảo vệ sinh và quá trình sản xuất được diễn ra liên tục ta chọn 2 thùng. Kích thước là 2300 × 4370 (mm). Chọn thân thiết bị cách sàn nhà 1000 (mm).
5.1.10. Tank chờ rót
Bồn chờ rót có dạng hình trụ đứng, đáy chỏm cầu, vỏ thùng làm bằng thép khơng gỉ, bên trong thùng có gắn các tấm kim loại có tác dụng là khuấy đảo, động cơ gắn cánh khuấy được bố trí một bên thành thùng.
Gọi:
D là đường kính thân hình trụ. r là bán kính hình chỏm cầu. Ht là chiều cao của thân hình trụ.
Hình 5.8. Cấu
tạo bồn
Hình 4.2.Cấu
tạo bồn h là chiều cao của phần chỏm cầu.
H là chiều cao của thùng, H = Ht + 2h. Chọn:
Ht = 1,3D h = 0,3D
Chiều cao toàn thiết bị là: H = Ht + 2h = 1,9D Ta có: V = Vt + 2Vc Thể tích phần thân trụ: 2 2 3 t t π × D × H π × D ×1,3D V = = = 1,02× D 4 4 (m3) Thể tích phần chỏm cầu: 2 2 2 2 3 c π π D V = × h × (h + 3r ) = × 0,3D × (0,3D) + 3× ( ) = 0,13× D 6 6 2 Thể tích bồn chứa: V = Vt + 2Vc = 1,02 × D3 + 2 × 0,13 × D3 = 1,28 × D3 => 3 V D = 1,28
Lượng dịch sữa vào chờ rót: 13620,441 (kg/ca) = 13620,441
103 × 1,076 = 12,658 ( m 3/m )ẻ
Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là 0,9, nên ta có: V = 12,658 0,9 = 14,064 ( m 3 ) Vậy D = √314,0641,28 = 2,223 ( m 3 ) Chọn: D = 2,3 (m) Suy ra h = 0,3D = 0,3 × 2,3 = 0,690 (m)
Ht = 1,3D = 1,3 × 2,3 = 2,990 (m)
H = Ht + 2h = 2,99 + 2 × 0,690 = 4,370 (m)
Vậy chọn 1 bồn chờ rót có kích thước: D = 2300 mm, H = 4370 mm.
Vậy số lượng thùng là 1 nhưng để đảm bảo vệ sinh và quá trình sản xuất được diễn ra liên tục ta chọn 2 thùng. Kích thước là 2300 × 4370 (mm). Chọn thân thiết bị cách sàn nhà 1000 (mm). Lượng mứt vào chờ rót: 435,741 (kg/ca) = 435,741