2.2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu:
Các nguyên liệu sẽ đƣợc địn lƣợn t eo đún côn t ức phối trộn cho mỗi loại kem sản xuất. Nguyên liệu k ô n ƣ bột sữa nguyên, bột sữa g y, chất ổn địn … sẽ đƣợc đem cân. N ƣợc lại, nguyên liệu dạng lỏn n ƣ sữa tƣơ , một số chất màu, chất tạo n ũ… có t ể đem cân oặc đo t ể t c để x c định hàm lựơn sử dụng. Riêng các chất béo n ƣ cream, bơ p ả đƣợc gia nhiệt lên 35-500C để dễ phối trộn và dễ bơm c ún trong các thiết bị đƣờng ống dẫn nguyên liệu của p ân xƣởng sản xuất.
2.2.2.2. Phối trộn:
Mục đ c : trộn các nguyên liệu thành hỗn hợp đ ng nhất Thiết bị: b n trộn, b n chứa, thiết bị truyền nhiệt bản mỏng
Tiến hành: sữa tƣơ đƣợc bơm qua t ết bị gia nhiệt vào b n trộn. Khi nhiệt độ đạt 450C thì cho chất ổn địn và n ũ o vào, k đã tan t ì c o t ếp sữa bột vào trộn. Khi nhiệt độ t n đến 600C t ì c o đƣờng RE, cream vào. Sữa đƣợc bơm tu n hoàn trong khi trộn. Sau khi trộn hết nguyên liệu, tiếp tục bơm tu n hoàn 20 phút r bơm ết sữa về b n chứa.
Có thể kết hợp l c và bài khí sau phối trộn nhằm mục đ c t n ệu quá truyền nhiệt, hỗ trợ qu trìn đ ng hoá và thanh trùng.
2.2.2.3. Đồng hoá:
Mục đ c : Làm ảm k c t ƣớc các hạt c u béo và p ân đều chúng trong hỗn hợp, chuẩn bị cho quá trình thanh trùng.
Thiết bị: Thiết bị đ ng hoá 2 cấp.
Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị trộn vào thiết bị gia nhiệt bản mỏn để gia nhiệt sơ bộ, nhiệt độ vào là 600C, nhiệt độ ra là 700C. Sau đó, ỗn hợp đƣợc đƣa vào t ết bị đ ng hoá với áp lực đ n o a đoạn đ u là 200 bar, áp lực a đoạn sau là 40 bar.
2.2.2.4. Thanh trùng:
Mục đ c : n ằm tiêu diệt hoặc ức chế hệ VSV và enzyme trong nguyên liệu. Thiết bị: Thiết bị thanh trùng bản mỏng.
Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị đ n o đƣợc quay trở về thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội. Nhiệt độ thanh trùng là 850C, thờ an lƣu nhiệt là 40 giây.
Sau thanh trùng dịc kem đƣợc làm nguộ đến khoảng 2-4oC và đƣa san t ùn ủ chin. Trong thực tế sản xuất a qu trìn t an trùn và đ n o t ƣờn đƣợc tiến hành xen kẽ. Đ u tiên hỗn hợp nguyên liệu đƣợc dẫn vào thiết bị trao đổi nhiệt để hiệu chỉnh nhiệt độ, sau đó đƣợc dẫn vào thiết bị đ ng hoá, r i lạ đƣợc quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội.
2.2.2.5. Ủ chín:
Mục đ c : c uẩn bị cho quá trình lạn đôn t ếp t eo, để kem t u đƣợc sau quá trình lạn đôn có cấu trúc mịn và đ ng nhất nhờ các biến đổi quan tr ng:
Các chất ổn định protein sẽ đƣợc hydrate hoá hoàn toàn. Một ph n chất béo sẽ kết tinh.
Một số phân tử protein sẽ hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc giữa các hạt béo và pha liên tục trong hỗn hợp.
Thiết bị: Thiết bị ủ chín có hình trụ đứn , đƣợc chế tạo bằng thép không rỉ, bên ngoài là lớp vỏ o để làm lạnh và một lớp cách nhiệt để hạn chế sự tổn thất n n luợng trong quá trình sử dụng. Bên trong thiết bị có cánh khuấy và hoạt động liên tục với tốc độ chậm trong suốt a đoạn ủ chín.
Thực hiện: Hỗn hợp nguyên liệu đƣợc làm lạnh về 2-40C, đƣa vào t ết bị ủ chín và ủ ở nhiệt độ 2-40C, thời gian ủ là 5 giờ.
2.2.2.6. Lạnh đông sơ bộ:
Mục đ c :
Thổ 1 lƣợng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm t n t ể tích của chúng. Lạn đôn một ph n nƣớc trong hỗn hợp tạo các tinh thể đ vớ k c t ƣớc thật nhỏ và đ ng nhất, đ ng thời phân bố đều các tinh thể đ này tron ỗn hợp.
Thiết bị: Ph n chính của thiết bị lạn đôn là 2 ống hình trụ nằm ngang, một lớn, một nhỏ, đ ng trục và đƣợc đặt l ng vào nhau. Mặt ngoài thân ống trụ lớn là một lớp vỏ áo chứa tác nhân lạnh và lớp cách nhiệt. Tại vị trí trục hình trụ là trục khuấy với các thanh khuấy có gắn dao cạo. Chúng có chức n n cạo sạch ph n hỗn hợp nguyên liệu bị
đón d n trên bề mặt trong của ống hình trụ lớn. Thân ống hình trụ nhỏ đƣợc đục lỗ có chức n n úp c o ỗn hợp nguyên liệu bị đạt đƣợc trạng thái xốp và đ ng nhất
Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu sau quá trình ủ chín có nhiệt độ 0-40C đƣợc bơm vào t ết bị lạn đôn . Tại cửa vào, hỗn hợp sẽ đƣợc phối trộn với không khí vô trùng sao cho thể tích hỗn hợp nguyên liệu t n 100% (overrun = 100%, k ôn k này đƣợc xử lí qua hệ thống l c nhằm loại bỏ các tạp chất n ƣ bụ , VSV…).
Quá trình lạn đôn sơ bộ diễn ra rất nhanh. Hỗn hợp nguyên liệu sau k đƣợc phối trộn với không khí sẽ đ vào khoảng không gian trống giữa 2 thân trụ. Nhiệt độ hỗn hợp đƣợc hiệu chỉnh về (-20C) – (-70C) nhờ tác nhân lạnh trong vỏ áo thiết bị. Cánh khuấy sẽ chuyển động liên tục nhờ một motor đặt ở ngoài. Các dao gắn trên thanh khuấy sẽ cạo liên tục ph n nguyên liệu đón d n tron t ết bị.
2.2.2.7. Kem que:
Đổ khuôn: lúc này dịch kem còn khá lỏng sau quá trình lạn đôn sơ bộ sẽ đƣợc rót trực tiếp vào k uôn đã định sẵn hình dạng của khối kem que.
Lạn đôn trun an: để t n độ cứng của khối kem, mục đ c của quá trình này là tạo đƣợc độ cứng c n thiết cho khố kem để dễ dàng cố định thân que.
Đặt que: đƣa t ân que vào k ố kem để thuận tiện cho việc sử dụng sản phẩm dễ dàn , que đặt vào phải cứn , t ƣờng có dạng dẹt ay tròn, t ôn t ƣờng trong sản xuất công nghiệp n ƣời ta sử dụng que dẹt.
Lạn đôn kết t úc: đƣa k ối kem về nhiệt độ lạn để t n độ cứng cho khối kem để thuận tiện cho việc tách khuôn.
Tháo khuôn: tách khuôn ra khỏi thân kem, lúc này hình dạng của kem đã oàn chỉnh và cấu trúc ổn định.
Tạo màng bao c ocolate: kem sau t c k uôn đƣợc đƣa đ p ủ lóp chocolate bên ngoài nhằm mục đ c tạo ƣơn vị cho sản phẩm, đ ng thờ làm t n t êm trị cảm quan.
Bao gói: bao bì phả đặc trƣn c o loại kem c n bao gói, hình dạng phả đẹp và thu hút.
Bảo quản: sau khi bao gói sản phẩm đƣợc đem bảo quản ở nhiệt độ lạn đôn , tuỳ loại kem có thời gian bảo quản khác nhau. Bảo quản ở -25oC có thể giữ đƣợc 9 tháng.
Chƣơng 3: Tính cân bằng Vật chất
3.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1.1. Thành phần nguyên liệu và sản phẩm
3.1.1.1. Chọn thành phần nguyên liệu
Sữa tƣơ :
Hàm lƣợng chất khô không béo MSNF = 8.7% Hàm lƣợng chất béo F = 3,5%
Sữa bột g y:
Hàm lƣợng chất khô không béo MSNF = 97% Hàm lƣợng chất béo F = 1%.
Hàm lƣợng ẩm = 2% Cream :
Hàm lƣợng chất béo F = 30%.
Hàm lƣợng chất khô không béo MSNF = 6,3% Đƣờng RE:
Hàm lƣợng saccharose = 99,8% Chất n ũ óa E471:
Độ ẩm 3%
Tỷ lệ sử dụng 0,3% khố lƣợng kem thành phẩm Chất ổn định E407, E410, E412:
Độ ẩm 3% Tỷ lệ sử dụng 0,4% khố lƣợng kem thành phẩm Bột màu : Tỷ lệ sử dụng 0,1g/kg kem thành phẩm Hƣơn l ệu: Tỷ lệ sử dụng 3ml/kg kem (3g/kg) 3.1.1.2. Chọn thành phần sản phẩm
Ch n thành ph n của sản phẩm (cũn là t àn p n của hỗn hợp nguyên liệu) g m : 12% béo, 11% MSNF, 15% đƣờng, 0.4% chất ổn định, 0.3% chất n ũ hoá.
Bảng 3.1: Thành ph n nguyên liệu T àn p n Tỷ lệ % Đƣờn 15% C ất ổn địn 0.4% C ất n ủ óa 0.3% Cream 34.6% Sữa tƣơ 44.6% Bột sữa y 5.1%
3.1.1.3. Ƣớc lƣợng tổn thất qua từng công đoạn
Bảng 3.2: Ƣớc lƣợng tổn thất trong sản xuất kem Quá trình Tổn t ất (% so vớ lƣợn n uyên l ệu trƣớc mỗ qu trìn ) Qu trìn p ố trộn ( m tổn t ất tron t ết bị và đƣờn ốn ) 1.5 Qu trìn đ n o ( m tổn t ất tron t ết bị và đƣờn ốn ) 0.5 Qu trìn t an trùn ( m tổn t ất tron t ết bị và đƣờn ốn ) 0.5 Qu trìn ủ c n ( m tổn t ất tron t ết bị và đƣờn ốn ) 0.5 Qu trìn lạn đôn sơ bộ 1.0 Qu trìn rót ộp/đổ k uôn 1.5
Bảng 3.3: Tiêu hao các nguyên liệu khác :
Quá trình N uyên l ệu p ụ Đơn vị đo Số lƣợn
Gắn que Que kem % số que 102
Gắn bao bì c o kem que Bao bì plastic % số bao bì plast c 104
3.1.2 Tính toán cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu
Hỗn hợp nguyên liệu g m : 12% béo, 11% MSNF, 15% đƣờng, 0.4% chất ổn định, 0.3% chất n ũ o . Tỉ tr ng của hỗn hợp nguyên liệu d = 1.0953 (kg/l hỗn hợp)
T n lƣợng nguyên liệu c n dùng: Lƣợn đƣờng: 15% * 100 = 15 (kg). Chất ổn định: 0.4% * 100 = 0.4 (kg). Chất n ũ o : 0.3% * 100 = 0.3 (k ). Lƣợng cream: x (kg). Lƣợng sữa tƣơ : y (k ). Lƣợng bột sữa g y: z (kg). P ƣơn trìn k ố lƣợng của hỗn hợp: x + y + z = 100 – (15 + 0.4 + 0.3) (1). Cân bằn lƣợng MSNF (từ 3 ngu n : sữa tƣơ , bột sữa g y, cream).
6.3%x + 8.7%y + 97%z =11% * 100 (2). Cân bằn lƣợng béo (từ 3 ngu n : sữa tƣơ , cream, bột sữa g y) :
30%x + 3.5%y + 1%z = 12% * 100 (3). Từ 3pt trên ta có: x = 34.63 kg, y = 44.58 kg, z = 5.09 kg.
T n lƣợng khí c n cho phối trộn 100kg hỗn hợp nguyên liệu:
Giả sử thể tích hỗn hợp nguyên liệu sau khi phối trộn vớ k ôn k t n t êm 100% so với hỗn hợp trƣớc khi nạp khí : Vkk = 100% V đ u
T n lƣợng kem tạo ra từ 100kg hỗn hợp nguyên liệu:
Lƣợng hỗn hợp sau quá trình phối trộn: 100*(100 – 1.5)/100 = 98.5(kg). Lƣợng hỗn hợp sau qu trìn đ ng hoá: 98.5*(100 – 0.5)/100 = 97.5 (kg). Lƣợng hỗn hợp sau quá trình thanh trùng: 97.5 *(100– 0.5)/100 = 97 (kg). Lƣợng hỗn hợp sau quá trình ủ chín: 97*(100 – 0.5)/100 = 96.5 (kg).
Thể tích hỗn hợp sau khi phối trộn với không khí(dhh = 1.0953kg/l, Vkk = 100%V đ u ):
200% * 96.5/1.0953 = 176.2 (l).
Thể tích hỗn hợp sau quá trình lạnh đôn sơ bộ: 176.2 * (1 – 0.01) = 174.4 (l). Thể tích hỗn hợp sau quá trình rót hộp/đổ khuôn: 174.4 * (1- 0.015) = 171.8 (l).
Bảng 3.4: Tiêu hao các thành ph n nguyên liệu trong 100kg hỗn hợp nguyên liệu: N uyên l ệu K ố lƣợn tron 100k ỗn ợp n uyên l ệu(k )
Sữa tƣơ 44.6 Bột sữa y 5 Cream 34.6 Đƣờn 15 C ất ổn địn 0.4 C ất n ũ o 0.3 Màu 0.01 Hƣơn l ệu 0.3
3.1.3 Tính lƣợng hỗn hợp nguyên liệu qua từng công đoạn của quy trình sản xuất
Ch n n n suất của p ân xƣởng là 5450 lít kem/ngày (hay 3000 kg nguyên liệu/ngày). Khố lƣợng hỗn hợp nguyên liệu c n dùng:
Thể tích hỗn hợp trƣớc qu trìn đổ khuôn: 5368.7/(1 – 0.015) = 5450 (lít). Thể tích hỗn hợp trƣớc quá trình lạn đôn sơ bộ: 5315/(1 – 0.01) = 5368.7 (lít).
Lƣợng hỗn hợp sau quá trình phối trộn: 3000(1 – 0.015) = 2955 (kg). Lƣợng hỗn hợp sau qu trìn đ ng hoá: 2955(1 – 0.005)= 2940.2 (kg). Lƣợng hỗn hợp sau quá trình thanh trùng: 2940.2(1 – 0.005)= 2925.5(kg). Lƣợng hỗn hợp sau quá trình ủ chín: 2925.5/(1 – 0.005)= 2910.9 (kg). Thể tích hỗn hợp sau quá trình ủ chín: (2910.9*200%)/1.0953= 5315 (lít).
3.1.4 Tính lƣợng nguyên liệu đầu vào của quy trình sản xuất
Tính toán các thành ph n nguyên liệu c n dùng: Lƣợn đƣờng: 3000 *15/100 = 450 kg. Chất ổn định: 3000 *0.4/100 = 12 kg. Chất n ũ o : 3000 *0.3/100 = 9 k . Cream: 3000 *34.6/100 = 12016 kg. Sữa tƣơ : 3000 *44.6/100 = 15489 kg. Bột sữa g y: 3000 *5/100 = 1736.4 kg.
Lƣợng không khí c n phối trộn:
Vkk = 100%Vhh = 100%*m/d = 100% * 2910.9/1.0953 = 2657.6 (lít/ngày). Tính toán các nguyên liệu phụ (bao bì chứa kem):
Số que kem:102%* 5450/0.1 = 55590 que ( 1 que có thể tích 100ml). Số lƣợng bao bì plastic bao que kem: 104%*5450/0.1 = 56680 cái.
3.1.5. Bảng phân phối lƣợng nguyên liệu cho 1 ca, 1 ngày sản xuất:
Bảng 3.5: kế hoạch sản xuất: N ày n ỉ Số n ày Số n ày tron n m 365 C ủ n ật 52 Tết 30, 1, 2, 3 tết 4 Lễ 1/1, 30/4, 1/5, 2/9, 10/3(âm lịc ) 5 Bảo trì m y 12
Nguyên nhân khác Cúp đ ện, đột xuất 8
Số n ày sản xuất tron n m: 284 n ày Mỗ n ày làm v ệc 2 ca , 8 ờ/ca
Bảng 3.6: phân phối nguyên liệu cho 1 ca sản xuất ;
N uyên l ệu Lƣợn c o 1 n ày (k ) Lƣợn c o 1 ca(k )
Hỗn ợp n uyên l ệu 3000 1500 Sữa tƣơ 1337.4 668.7 Cream 1038.9 519.5 Bột sữa y 152.7 76.4 Đƣờn 450 225 C ất ổn địn 12 6 C ất n ũ hoá 9 4.5 Màu 0.3 0.15 Hƣơn l ệu 9 4.5
Chƣơng 4: Tính chọn thiết bị
4.1 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Lịch làm việc của p ân xƣởng : Mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 8 giờ.
Ca 1: bắt đ u từ 6 giờ s n đến 2 giờ chiều. Ca 2: bắt đ u từ 2 giờ chiều đến 10 giờ tối. Mỗi ngày sản xuất 5450 lít kem trong 2 ca, mỗi ca 1 mẻ.
Bảng 4.1: Bản p ân c a lƣợng hỗn hợp trƣớc mỗi quá trình:
T ứ tự Quá trình Lƣợn ỗn ợp/n ày T ể t c ỗn ợp n uyên l ệu (l/ca)
1 P ố trộn 3000 (kg) 1370
2 Đ n o 2955 (kg) 1350
3 Thanh trùng 2940.2 (kg) 1342
4 U chín 2925.5 (kg) 1336
5 Lạn đôn sơ bộ 5368.7 (lít) 2450
6 Sản xuất kem que 5368.7 (lít) 2450
4.1.1 Tính chọn thiết bị chính 4.1.1.1. Thiết bị phối trộn: 4.1.1.1. Thiết bị phối trộn:
Lịch làm việc của thiết bị: Mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 1 mẻ.
Ch n thờ an bơm sữa là 5 phút, thờ an đổ bột là 2 phút, thờ an bơm tu n hoàn là 10 phút.
K đó:
N n suất trộn trong 1 l n trộn: 1370/(10/60) = 8220 l/h.
Ch n thiết bị phối trộn Tetra Almix 10 của ãn TetraPak, n n suất trộn 10000 l/h. Các bộ phận chính của thiết bị:
B n trộn thể tích 1000 l vận hành ở chế độ c ân k ôn để tránh tạo b t, hấp thụ khí vào sữa; trên đỉnh b n trộn có 2 đƣờng ống vào cho nguyên liệu lỏng.
Các thông số của thiết bị:
Áp suất sữa vào b n trộn 0,5 bar Áp suất sữa rời b n trộn 1,0 bar Công suất đ ện tiêu hao: 36 kW.
Đ ện áp tiêu thụ: 220 – 440 VAC, t n số 50 – 60 Hz
Vật liệu chế tạo: các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm làm bằng thép không rỉ AISI316, các bộ phận khác làm bằng thép không rỉ AISI304
K c t ƣớc thiết bị: ( dàixrộngxcao, bao g m b n trộn, silo bột, c u t an đến silo bột) : 2938 x 1401 x 3020(mm).
Khố lƣợng thiết bị: 1100 kg Thể tích 14,6 m3.
Giá dự trù
Thiết bị phối trộn Tetra Almix 10
4.1.1.2. Thiết bị gia nhiệt cho quá trình trộn nguyên liệu:
Lƣợng sữa tƣơ mỗi l n trộn: 668.7 (kg) thể tích sữa tƣơ mỗi l n trộn: 668.7/1.0953 = 610.5 (lít)
N n suất thiết bị gia nhiệt = 610.5* 60
10 = 3663 (l/h).
Ch n thiết bị gia nhiệt bản mỏng Tetra Plex C6 của Tetra Pak, n n suất 5000 l/h. Các thông số của thiết bị:
N n suất tố đa: 5000 l/
Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316
K c t ƣớc thiết bị: dài 1500mm, rộng 520mm, cao 1420mm Đƣờng kính ống: 51mm
K c t ƣớc tấm truyền nhiệt: dài 1000mm, rộng 250mm Bề mặt truyền nhiệt mỗi tấm: 0,18 m2
Bề dày mỗi tấm: 0,5 – 0,7 mm Công suất bơm: 2 kW.
4.1.1.3. Thiết bị đồng hoá:
Thể tích hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị đ ng hoá trong 1 mẻ sản xuất là 1350(l). Ch n :
Thiết bị đ n o 2 a đoạn.
Ch n thờ an đ ng hoá 1 mẻ là 15 phút.