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. N n suất thiết bị đ ng hoá = 1350*60
15 = 5400 l/h
Các thông số của thiết bị: Công suất 40 kW.
K c t ƣớc thiết bị : dài 2240mm, rộng 1400mm, cao 1080mm Khố lƣợng thiết bị 1695 kg, khố lƣợn t n đến độn cơ 2285 k Lƣợn ơ nƣớc tiệt trùng thiết bị (áp lực 3 bar): 25 kg/h
4.1.1.4. Thiết bị thanh trùng:
Thể tích hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị thanh trùng trong sản xuất: 1342 (l). Ch n:
Thiết bị thanh trùng bản mỏng.
Chế độ thanh trùng: nhiệt độ thanh trùng 850C, thờ an lƣu n ệt 15s. Tổng thời gian thanh trùng 1 mẻ: 60 phút.
N n suất thiết bị thanh trùng: 1342 (l/h)
Ch n thiết bị thanh trùng Tetra Therm Lacta 10 của Tetra Pak, n n suất 5000 l/h.
Các thông số kĩ t uật:
N n suất thiết bị: 5000 l/h Nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ: 700C
Nhiệt độ thanh trùng: 850C, thời gian giữ nhiệt 15s. Nhiệt độ làm nguội: 40C.
Lƣợn ơ nƣớc c n dùng (áp suất ơ 3 bar): 110 k / Công suất đ ện: 15 kW
Vật liệu c c đƣờng ống dẫn sữa : thép không rỉ AISI316
K c t ƣớc thiết bị: dài 3000mm, rộng 1000mm, cao 1800mm.
4.1.1.5. Thiết bị ủ chín:
Thể tích hỗn hợp c n ủ cho 1 mẻ: 1336 lít
Ch n : 1 b n ủ, dung tích b n 2000 lít với các thông số kĩ t uật sau Thời gian ủ 1mẻ: 5 giờ.
Nhiệt độ ủ: 40C.
Nhiệt độ nƣớc làm lạnh: 20C. Công suất motor khuấy: 5kW. Đ ện áp: 220-400 V, t n số 50hz.
K c t ƣớc: cao 2000mm, đƣờng kính 1000mm.
4.1.1.6. Thiết bị lạnh đông sơ bộ:
Thể tích hỗn hợp nguyên liệu c n lạn đôn sơ bộ trong mỗi mẻ sản suất: 2684.35 lít. Thời gian lạn đôn c o mẻ là 1 . Do đó, n n suất thiết bị lạn đôn sơ bộ = 2684.35 (l/h)
Ch n 1 thiết bị lạn đôn sơ bộ Hoyer Frigus KF 3000 C/F của hãng Tetra Pak, n n suất mỗi thiết bị 3000 l/h.
Các thông số của thiết bị: Vật liệu: thép không rỉ. Công suất máy: 46kw.
K c t ƣớc (dàixrộngxcao): 3000x1500x2850(mm). Khố lƣợng thiết bị: 1000 kg
4.1.1.7. Thiết bị sản xuất kem que:
Thể tích kem c n sản xuất kem que mỗi mẻ là 2684.35 lít.
Ch n: Thời gian hoạt động của thiết bị là 2 h, liên tục, thể tích 1 kem que là 100ml
n n suất thiết bị: 2684.35*1000/(2.5*100) = 10737 sản phẩm/h.
Ch n thiết bị sản xuất kem que Hoyer Rollo 23 của hãng Tetra Pak. Các thông số của thiết bị:
N n suất: 12000 sp/h. Tác nhân lạnh: NH3.
Nhiệt độ b n tác nhân lạnh: -450C. Công suất: 20 kW.
Có bộ phận bao gói tự động.
4.1.2 Tính chọn thiết bị phụ
4.1.2.1 Bồn bảo quản sữa tƣơi:
Thể tích sữa tƣơ c o 1 n ày sản xuất: 1337.4/1.0953 = 1221.04 lít. Thời gian bảo quản sữa tƣơ tố đa là 1 n ày.
Ch n 1 b n chứa sữa tƣơ với các thông số kĩ t uật: Dung tích: 2000 lít.
B n chứa có lớp vỏ o để làm lạnh sữa về nhiệt độ 2 – 40C. Tác nhân làm lạn : nƣớc lạnh.
K c t ƣớc: đƣờng kính 2000 mm, chiều cao 1000 mm.
4.1.2.2. Bồn bảo quản cream:
Khố lƣợng cream cho 1 ngày sản xuất: 1038.9/1.0953 = 948.5 lít. Thời gian bảo quản cream tố đa là 1 n ày.
Ch n 1 b n chứa cream với các thông số kĩ t uật: Dung tích: 2000 lít .
Tác nhân làm lạn : nƣớc lạnh.
K c t ƣớc: đƣờng kính 1000 mm, chiều cao 1000 mm.
4.1.2.3. Thiết bị CIP:
Ch n thiết bị Tetra Alcip 100 của TetraPak n n suất 24000 l/ , đƣợc chia thành 5 dãy A, B, C, D, E; n n suất mỗi dãy là 4800 l/h.
Tron đó:
Dãy A: khu chứa n uyên l êu ban đ u Dãy B: khu phối trộn nguyên liệu.
Dãy C: khu g m các thiết bị đ ng hoá, thanh trùng. Dãy D: khu g m các thiết bị ủ và lạn đôn sơ bộ. Dãy E: khu sản xuất kem que
Thông số kỹ thuật mỗi dãy:
Bơm trun tâm: n n suất 24000 l/h, công suất 5.5 kW, đ ện áp 400V Bơm địn lƣợng: công suất 0,55 kW; đ ện áp 230V
Tủ đ ều khiển: 0,5 kW; đ ện áp 220V Lƣợn nƣớc tiêu thụ (3 bar): 24000 l/h Lƣợn ơ t êu t ụ (3 bar): tố đa 680 k / K c t ƣớc thiết bị: dài 2m, rộng 1m, cao 3m.
4.1.2.4. Bố trí lịch làm việc cho các thiết bị:
Chế độ làm việc của hệ thống CIP:
Các thiết bị tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu có xử lý nhiệt: thiết bị thanh trùng, thiết bị gia nhiệt … có c c a đoạn CIP sau:
+ Tráng rửa nƣớc ấm trong khoảng 10 phút
+ Bơm tu n hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 30 phút ở nhiệt độ 750C
+ Tráng rửa dung dịch kiềm bằn nƣớc ấm trong khoảng 5 phút
+ Bơm tu n hoàn dung dịch acid (HNO3) 0,5 – 1% trong khoảng 20 phút ở nhiệt độ 700C
+ Tráng rửa dung dịch acid bằn nƣớc lạnh trong 5 phút + Làm lạnh từ từ bằn nƣớc lạnh trong khoảng 8 phút
Các thiết bị khác tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu không có xử lý nhiệt: đƣờng ống, b n chứa, thiết bị phối trộn, thiết bị lạn đôn kem, c c t ết bị rót … có c c a đoạn CIP sau:
+ Bơm tu n hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 10 phút ở nhiệt độ 750C
+ Tráng rửa dung dịch kiềm bằn nƣớc ấm trong khoảng 3 phút + Tiệt trùng thiết bị bằn nƣớc nóng 90 – 950C trong 5 phút + Làm nguội từ từ bằn nƣớc lạnh trong khoảng 10 phút
Các thiết bị sau khi CIP nếu không sử dụng ngay, sau một thời gian muốn sử dụng lại thì phải chạy nƣớc nón trƣớc khoảng 10 – 30 phút.
4.2 BỐ TRÍ THIẾT BỊ VÀO PHÂN XƢỞNG
4.2.1 Bố trí thiết bị: Hình vẽ Hình vẽ
4.2.2 Tính diện tích mặt bằn p ân xƣởng
Chƣơng 5. Tính điện – nƣớc – hơi.
5.1. TÍNH NHIỆT
5.1.1. Gia nhiệt trong quá trình phối trộn:
- Khố lƣợng hỗn hợp c n trộn trong 1 ngày: m1 = 3000 kg
- Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: c1 = 3,9 kJ/kg0C (lấy bằng nhiệt dung riêng của sữa bò). - Nhiệt độ đ u vào của sữa tƣơ : t11 = 40C
- Nhiệt độ cao nhất khi trộn: t12 = 600C
- Nhiệt lƣợng c n cung cấp: Q1 = m1.c1.(t12 – t11) = 655200 kJ/ ngày - Lƣợn ơ 3 bar c n cung cấp: H1 = 1,05 . Q1 / (0,9r1) = 4133 kg/ ngày
Tron đó:
Xem : tổn thất nhiệt ra mô trƣờng ngoài 5% 0,9: lƣợn ơ n ƣn 90%
r1 = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt o ơ của nƣớc ở áp suất 3 bar.
5.1.2. Gia nhiệt cream:
- Khố lƣợng cream c n dùng trong 1 ngày: m2 = 1038.9 kg - Nhiệt dung riêng của cream: c2 = 3,9 kJ/kg0C
- Nhiệt độ ban đ u của cream: t21 = 40C - Nhiệt độ cream sau k đun nón : t22 = 600C
- Lƣợng nhiệt c n cung cấp: Q2 = m2.c2.(t22 – t21) = 226895.8 kJ/ ngày - Lƣợn ơ 3 bar c n cung cấp: H2 = 1,05 . Q2/ (0,9r2) = 123.6 kg/ ngày
Tron đó:
Xem: tổn thất nhiệt ra mô trƣờng ngoài 5% 0,9: lƣợn ơ n ƣn 90%
r2 = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt o ơ của nƣớc ở áp suất 3 bar
5.1.3. Thanh trùng:
- Khố lƣợng hỗn hợp c n thanh trùng trong 1 ngày: m3 = 2940.2 kg - Nhiệt dung riêng của kem: c3 = 3,9 kJ/kg0C
- Sau k trao đổi nhiệt vớ kem đã t an trùn , n ệt độ kem đƣợc nâng lên khoảng
t31 = 750C
- Nhiệt độ thanh trùng hỗn hợp: t32 = 850C
- Nhiệt lƣợng c n cung cấp: Q3 = m3.c3.(t32 – t31) = 114660 kJ/ ngày - Lƣợn ơ 3 bar c n cung cấp: H3 = 1,05 . Q3 / (0,9r3) = 62.5 kg/ ngày
Tron đó:
Xem: tổn thất nhiệt ra mô trƣờng ngoài 5% 0,9: lƣợn ơ n ƣn 90%
r3= 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt o ơ của nƣớc ở áp suất 3 bar
5.1.4. Hơi cho thiết bị CIP:
Lƣu lƣợng cho 1 l n chạy CIP là 2725 l/h hay 2725 kg/h
Chạy CIP cho thiết bị tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu có xử lý nhiệt (loại 1) :
Thời gian chạy CIP là 30 p ut, tron đó c c qu trìn đƣợc phân chia thờ an n ƣ sau: Tráng rửa vớ nƣớc ấm 500C trong 5 phút: + Lƣợn nƣớc: N11 = 2725 .5 / 30 = 454.2 kg