Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất phô mai tươi

CHƯƠNG I: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Sơ đồ quy trình công nghệ SỮA TƯƠI CREAM CHUẨN HÓA VI KHUẨN LACTIC THANH TRÙNG CaCl2 HOẠT HÓA CẤY GIỐNG LÊN MEN RENNET ĐÔNG TỤ WHEY TÁCH WHEY MẬT ONG AMF PHỐI TRỘN BAO BÌ BAO GÓI BẢO QUẢN SẢN PHẨM 2. Thuyết minh quy trình công nghệ 2.1 Chuẩn hóa: Mục đích: Tách cream Thiết bị - Sữa tươi nguyên liệu sẽ được ly tâm tách cream bằng thiết bị ly tâm Tetra Centri AirTight H614 – Hãng Tetra Pak. Thông số công nghệ: - Sữa tươi nguyên liệu được gia nhiệt sơ bộ lên 450C trước khi vào thiết bị li tâm tách cream bằng thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. - Sản phẩm ly tâm tách cream là: sữa gầy có hàm lượng béo là 0.05% và cream có hàm lượng béo 40%. - Thời gian thực hiện tách béo 12,000 kg sữa tươi nguyên liệu là 45 phút. 2.2 Thanh trùng: Mục đích: Tiêu diệt vi sinh vật và enzyme có trong sữa chuẩn bị cho quá trình cấy giống. Thiết bị: - Thiết bị thanh trùng bản mỏng Tetra Plex – Hãng Tetra pak. Thông số công nghệ: - Chế độ thanh trùng: 650C trong 20 giây. - Tổng thời gian thanh trùng là: 47 phút. 2.3 Cấy giống – lên men: Mục đích: - Giảm pH, tạo môi trường thích hợp cho quá trình đông tụ, tổng hợp các hợp chất mang lại hương vị cho sản phẩm. Thiết bị: - Bồn đông tụ Tetra Tebel OST 6CH – Hãng Tetra Pak. Thông số công nghệ: - Sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic TAO060 20U (Lactococcuslactis subsp, Lactococcus lactic subscemoris) với tỉ lệ giống cây là 2% (w/w) so với sữa nguyên liệu. - Trước khi cây giống chế phẩm vi khuẩn lactic sẽ được hoạt hóa trong môi trường sữa vô trùng trong thời gian 30 phút ở nhiệt độ 400C. - Môi trường lên men được bổ sung CaCl2 với tỉ lệ 0.005% (w/w) so với sữa nguyên liệu. - Sau khi hoạt hóa, toàn bộ canh trường lactic sẽ được cho vào bồn đông tụ cùng với sữa nguyên liệu để lên men. Thời gian lên men là 2 giờ ở nhiệt dộ phòng. 2.4 Đông tụ: Mục đích: Tạo khối đông Thiết bị: - Bồn đông tụ Tetra Tebel OST 6CH – Hãng Tetra Pak. Thông số công nghệ: - Sữa sau khi lên men đã đạt được pH khoảng 5.8 (khoảng 2 giờ lên men ở nhiệt độ phòng) sẽ bổ sung chế phẩm rennet với tỉ lệ 0.01% (w/w) so với sữa nguyên liệu. - Thời gian đông tụ là 2 giờ, ở nhiệt độ phòng. 2.5 Tách huyết thanh: Mục đích: - Tách một phần huyết thanh sữa ra khỏi khối đông. Thiết bị: - Hệ thống tách huyết thanh đã tích hợp trong bồn đông tụ Tetra Tebel OST 6CH – Hãng Tetra Pak. Thông số công nghệ: - Huyết thanh sữa sẽ được tách ra cho đến khi hàm ẩm khối đông còn 60% thì dừng. - Quá trình tách huyết thanh sữa ở nhiệt độ phòng. 2.6 Phối trộn: Mục đích: - Hoàn thiện sản phẩm. Cải thiện cấu trúc và giá trị cảm quan của phô mai thành phẩm. Thiết bị: - Bồn phối trộn Tetra Damrow Blender – Hãng Tetra Pak. Thông số công nghệ: - Khối đông sẽ được nghiền mịn và phối trộn với mật ong và AMF theo tỉ lệ lần lượt là 20% và 60% (w/w) so với khối lượng khối đông. - Thời gian phối trộn là 30 phút, ở nhiệt độ phòng. 2.7 Làm lạnh: Mục đích: Bảo quản, ức chế sự lên men của vi khuẩn Lactic. Thiết bị: Tetra Spiraflo CC70. Thông số công nghệ: sản phẩm được làm lạnh xuống 20C trong hệ thống ống lồng ống trước khi được bơm vào thiết bị rót. 2.8 Bao gói: Mục đích: Bảo quản. Thiết bị: - Thiết bị đóng gói Tetra Pak A1 for TCA – Hãng Tetra Pak. Thông số công nghệ: - Dạng bao bì: TCA 200S – Tetra Pak. - Thể tích phô mai trong một sản phẩm là 200ml. - Đóng gói trong môi trường vô trùng, nhiệt độ phòng. 2.9 Bảo quản lạnh: Mục đích: - Bảo quản. Thiết bị: - Kho lạnh. Thông số công nghệ: - Bảo quản ở 40C. CHƯƠNG II: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1. Nguyên liệu 1.1 Sữa tươi Bảng 1: Thành phần hóa học của sữa tươi nguyên liệu. Thành phần hóa học (% khối lượng) Protein 3.4 Lipid 4.0 Tổng chất khô 12.0 Nước 88.0 Khối lượng riêng (KLR): 1.032 kg/lít 1.2 Nguyên liệu phụ Bảng 2: Thành phần các nguyên liệu phụ. Nguyên liệu Hàm lượng (% khối lượng nguyên liệu) CaCl2 0.005 Vi khuẩn Latic 2 Rennet 0.01 Mật ong 20 AMF 60 2. Cân bằng vật chất 2.1 Các thông số chọn trước Bảng 3: Tính chất sản phẩm mong muốn. Loại phô mai Theo MFFB Theo FDB Phô mai bán mềm Phô mai béo cao - Hàm lượng béo của sữa nguyên liệu sau chuẩn hóa: 0.05% - Hàm lượng béo trong cream thu được sau chuẩn hóa: 40% - Hàm lượng nước trong khối đông: 60% 2.2 Cân bằng vật chất cho 100 kg sữa tươi nguyên liệu - Khối lượng sữa nguyên liệu: 100 kg. - Tính khối lượng sữa sau chuẩn hóa theo hệ phương trình sau: M2 + M3 = M1 = 100 40M2 + 0.05M3 = 4M1 = 400 Với: M1: khối lượng sữa nguyên liệu với hàm lượng béo 4%. M2: khối lượng cream tách ra với hàm lượng béo 40%. M3: khối lượng sữa sau chuẩn hóa với hàm lượng béo 0.05%. Giải hệ trên ta được: M2 = 9.887 kg M3 = 90.113 kg - Khối lượng sữa sau chuẩn hóa (bao gồm tổn thất 0.5%): 90.113 x (100 – 0.5)/100 = 89.662 kg - Khối lượng cream thu được sau chuẩn hóa (bao gồm tổn thất 0.5%): 9.887 x (100 – 0.5)/100 = 9.837 kg - Lượng sữa sau thanh trùng: 89.662 x (100 – 0.5)/100 = 89.214 kg - Lượng CaCl2 sử dụng: 89.214 x 0.005/100 = 0.004 kg - Lượng vi khuẩn Lactic sử dụng: 89.214 x 2/100 = 1.784 kg - Lượng sữa sau khi cấy và bổ sung CaCl2: 89.214 + 0.004 + 1.784 = 91.002 kg - Lượng sữa sau lên men: 91.002 x (100 – 0.2)/100 = 90.820 kg - Lượng Rennet sử dụng: 90.082 x 0.01/100 = 0.009 kg - Khối lượng toàn bộ sau đông tụ: 90.820 + 0.009 = 90.830 - Lượng khối đông và lượng whey tách ra được tính theo dữ kiện sau: Bảng 4: Thành phần chất khô trong hỗn hợp sau đông tụ. Thành phần chất khô (tính cho 100 kg sữa nguyên liệu) ( kg) Protein 3.033 Lipid 0.045 Các chất khô khác 5.720 Tổng chất khô 8.798 Bảng 5: Thành phần chất khô trong khối đông. % khối lượng So với trong hỗn hợp sau đông tụ Khối lượng (kg) Protein 80.0 2.426 Lipid 90.0 0.040 Các chất khô khác 50.0 2.860 Tổng chất khô 60.5 5.326 Ta chọn hàm lượng nước trong khối đông là 60%. Vậy hàm lượng chất khô trong khối đông là 40%. Khối lượng khối đông (bao gồm tổn thất): 5.326(40/100) x (100 – 0.5)/100 = 13.250 kg Khối lượng whey tách ta (bao gồm tổn thất): (90.830 – 13.250) x (100 – 0.5)/100 = 77.192kg - Kiểm tra chỉ tiêu MFFB và FDB của khối đông (chuẩn bị cho phối trộn): Bảng 6: Thành phần khối đông (đã tính tổn thất) Thành phần khối đông (kg) Protein 2.414 Lipid 0.040 Chất khô khác 2.846 Tổng chất khô 5.300 Nước 7.950 Tổng khối lượng 13.250 - Phối trộn: Mật ong: 20% khối lượng khối đông. AMF: 60% khối lượng khối đông. Bảng 7: Thành phần hóa học của chất phối trộn. Thành phần chất phối trộn (kg) Chất khô Nước Béo Tổng khối lượng Mật ong 0.610 2.041 0.000 2.650 AMF 0.000 0.080 7.871 7.950 Bảng 8: Thành phần phô mai thành phẩm. Thành phần phô mai (kg) Protein 2.402 Lipid 7.871 Chất khô khác 3.438 Tổng chất khô 13.711 Nước 10.020 Tổng khối lượng 23.731 - Kiểm tra chỉ tiêu MFFB và FDB của phô mai thành phẩm: MFFB = - phô mai bán mềm. FDB = - phô mai béo cao. - Khối lượng sản phẩm trước khi đóng gói: 23.731 kg. - Khối lượng sản phẩm sau khi đóng gói: 23.731 x (100 – 0.5)/ 100 = 23.612 kg 3. Tổng kết cân bằng vật chất Bảng 9: Thành phần các nguyên liệu (với năng suất 12,000 kg sữa nguyên liệu / mẻ). STT Nguyên liệu Tình trên 100 kg Sữa nguyên liệu (kg) Tính trên 12,000 kg Sữa nguyên liệu (kg) 1 Sữa tươi 100 12,000 2 CaCl2 0.004 0.480 3 Vi khuẩn Lactic 1.784 214.080 4 Rennet 0.009 1.080 5 Mật ong 2.650 318 6 AMF 7.950 954 CHƯƠNG III: CHỌN THIẾT BỊ SẢN XUẤT Bảng 10: Khối lượng nguyên liệu qua các quá trình. STT Quá trình Tính trên 100 kg nguyên liệu Tính trên 12,000 kg nguyên liệu KLR (kg/lít) Nguyên liệu Bán thành phẩm Nguyên liệu Bán thành phẩm 1 Chuẩn hóa 100 90 12,000 10,759 1.032 2 Thanh trùng 90 89 10,759 10,706 1.080 3 Cấy giống 89 91 10,706 10,920 1.080 4 Lên men 91 91 10,920 10,898 1.080 5 Đông tụ 91 91 10,898 10,900 1.090 6 Tách whey 91 13 10,900 1,590 1.090 7 Phối trộn 13 24 1,590 2,848 0.960 8 Đóng gói 24 24 2,848 2,833 0.960 1. Thiết bị chính 1.1 Bồn chứa sữa nguyên liệu Lượng sữa nguyên liệu: 12,000 kg. Thể tích sữa nguyên liệu: 12,000/1.032 = 11,628 lít. Chọn thể tích bồn chứa là 13,610 lít. Thông số kỹ thuật: - Bồn chứa vô trùng có lớp vỏ áo và cánh khuấy. - Vật liệu: vật liệu bồn là thép không gỉ AISI 304, vật liệu ống và van là thép không gỉ AISI 316. - Áp suất làm việc max: 300 Kpa (3 bar). - Công suất motor: 1KW. - Kích thước: như hình 1. Thể tích phần hình trụ: 12.27 m3 = 12,270 lít. Thể tích phần chỏm cầu: 1.34 m3 = 1,340 lít. Tổng thể tích bồn: 13,610 lít. Số lượng: 4. Hình 1: Kích thước bồn chứa sữa nguyên liệu. 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng Lượng sữa nguyên liệu: 12,000 lít. Thể tích sữa nguyên liệu: 12,000/1.032 = 11,628 lít. Thời gian dự kiến: 1 giờ. Năng suất lý thuyết: 11,628:1 = 11,628 lít/h. Chọn thiết bị Tetra Plex – Hãng Tetra Pak. Năng suất thiết bị: 15,000 lít/h. Thông số kỹ thuật: - Vật liệu bản mỏng: thép không gỉ AISI 316. - Kích thước bản: 857 x 375 mm; dày 0.5 hoặc 0.6 mm. - Công suất điện: 10 KW. - Công suất bơm: 1.12 KW. - Kích thước thiết bị: D x R x C = 2,000 x 446 x 1,053 mm. Thời gian trao đổi nhiệt thực tế: 11,628 : 15,000 = 0.775 giờ = 47 phút. Số lượng: 2 (1 thiết bị để gia nhiệt sơ bộ, 1 thiết bị cho hệ thống thanh trùng). 1.3 Thiết bị ly tâm tách béo Lượng sữa nguyên liệu: 12,000 kg. Thời gian dự kiến: 1 giờ. Năng suất lý thuyết: 12,000 : 1 = 12,000 kg/h. Chọn thiết bị Tetra Centri AirTight H614 – Hãng Tetra Pak. Năng suất thiết bị: 15,909 kg/h. Thông số kỹ thuật: - Công suất motor: 25 hp. - Áp suất làm việc: 87 psi. - Bồn cân bằng: 1 tấn. - Nước làm mát: 48 gallons/h = 182 lít/h. - Công suất thiết bị: 13 hp. - Kích thước: D x R x C = 2.794 x 2,794 x 2.794 (m). Thời gian ly tâm thực tế: 12,000/15,000 = 0.75 giờ = 45 phút. Số lượng: 1. 1.4 Thiết bị đông tụ Lượng sữa nguyên liệu: 10,900 kg. Thể tích sữa nguyên liệu: 10,900/1.090 = 10,000 lít. Thời gian đông tụ: 2 giờ (chọn). Chọn thiết bị Tetra Tebel OST 6CH – Hãng Tetra Pak. Thể tích thiết bị: 15,000 lít. Thông số kỹ thuật: - Kích thước chiếm chỗ: D x R x C = 3.700 x 2.800 x 3.700 (m). - Công suất điện: 5 KW. Số lượng: 1. 1.5 Thiết bị phối trộn Lượng sản phẩm: 2,848 kg. Thể tích sản phẩm: 2,848/0.960 = 2,967 kg. Chọn thiết bị Tetra Damrow Blender - Hãng Tetra Pak. Năng suất: 3,300 lít/mẻ. Kích thước chiếm chỗ: D x R x C = 3.400 x 1.750 x 2.600 (m). Khối lượng thiết bị: 1,350 kg. Công suất: 4 KW. Thời gian phối trộn: 30 phút/mẻ. Số lượng: 1. 1.6 Thiết bị làm lạnh: Lượng sản phẩm: 2,833 kg. Thể tích sản phẩm: 2,951 lít. Thời gian làm lạnh: 1 giờ 14 phút. Năng suất làm lạnh: 2,833/1.23 = 2,303 kg/h. hay 2,951/1.23 = 2,399 lít/h. Thiết bị: Tetra Spiraflo CC70. Kích thước: D x R x C = 6.368 x 0.940 x 2.046 (m). Số lượng: 1. 1.7 Thiết bị đóng gói Lượng sản phẩm cần đóng gói: 2,833 kg. Thể tích sản phẩm cần đóng gói: 2,833/0.96 = 2,951 lít. Thể tích phô mai trong 1 sản phẩm: 200 ml = 0.2 lít. Số sản phẩm đóng gói: 2,951/0.2 = 14,755 sản phẩm. Thời gian đóng gói 1.5 giờ. Năng suất dự kiến: 14,755/1.5 = 9,837 sản phẩm/giờ. Dạng bao bì: TCA 200S – Hãng Tetra Pak. Dây chuyền đóng gói: Tetra Pak A1 for TCA – Hãng Tetra Pak. Năng suất: 12,000 sản phẩm/giờ. Thùng: 40 sản phẩm – kích thước: D x R x C = 30 x 20 x 20 (cm). Số thùng cho một mẻ sản xuất: 14,755/40 = 369 thùng. Thời gian đóng gói của một mẻ sản xuất: 14,755/12,000 = 1.23 giờ = 1 giờ 14 phút. Số lượng: 1. 2. Thiết bị phụ 2.1 Bồn chứa whey Lượng whey thu được trên 100kg nguyên liệu: 77.192 kg. Lượng whey thu được trên 12,000 kg nguyên liệu: 9,263 kg. Khối lượng riêng của whey là : 1.080 kg/lít. Thể tích whey là : 9,263/1.080 = 8,577 lít. Kích thước bồn: như hình 2. Thể tích phần trụ: 9,500 lít. Thể tích phần chỏm cầu: 500 lít. Tổng thể tích bồn: 10,000 lít Vật liệu: vật liệu bồn là thép không gỉ AISI 304, vật liệu ống và van là thép không gỉ AISI 316. Số lượng: 2. Hình 2: Kích thước bồn chứa whey. 2.2 Bồn cân bằng Lượng sữa nguyên liệu: 1,000 kg. Thể tích sữa nguyên liệu: 1,000/1.032 = 969 lít. Kích thước bồn: như hình 3. Thể tích phần trụ: 1.18 m3. Thể tích phần chỏm cầu: 0.06 m3. Tổng thể tích bồn: 1.18 + 0.06 = 1.24 m3. Vật liệu: vật liệu bồn là thép không gỉ AISI 304, vật liệu ống và van là thép không gỉ AISI 316. Số lượng: 2. Hình 3: Kích thước bồn cân bằng. 2.3 Bồn chứa cream Lượng cream: 1,180 kg. KLR của cream: 0.8kg/lít. Thể tích cream: 1,180/0.8 = 1,475 lít. Kích thước bồn: như hình 4. Thể tích phần trụ: 1,696 lít. Thể tích phần nón: 188 lít. Tổng thể tích bồn: 1,696 + 188 = 1,884 lít. Vật liệu: vật liệu bồn là thép không gỉ AISI 304, vật liệu ống và van là thép không gỉ AISI 316. Số lượng: 1. Hình 4: Kích thước bồn chứa cream. 2.4 Bồn chứa AMF Lượng AMF cần dùng: 954 kg. Khối lượng riêng của AMF: 0.8 kg/lít. Thể tích AMF: 954/0.8 = 1,192.5 lít. Ta dùng bồn có kích thước và cấu tạo giống bồn chứa cream. Số lượng: 1. 2.5 Bồn hoạt hóa Lượng sữa nguyên liệu: 10,920 x 10% = 1,092 kg. Thể tích sữa nguyên liệu: 1,092/1.080 = 1,011 lít. Kích thước bồn: như hình 5. Thể tích phần trụ: 1,177 lít. Thể tích phần nón: 131 lít. Tổng thể tích bồn: 1,308 lít. Vật liệu: vật liệu bồn là thép không gỉ AISI 304, vật liệu ống và van là thép không gỉ AISI 316. Bồn hoạt hóa phải được thiết kế sao cho hoạt động trong chế độ vô trùng và có thể lắp cánh khuấy. Số lượng: 1. Hình 5: Kích thước bồn hoạt hóa. 2.6 Bồn chứa mật ong Lượng mật ong: 318 kg. KLR của mật ong: 1.407 kg/lít. Thể tích mật ong: 318/1.407 = 226 lít. Kích thước bồn: như hình 6. Thể tích phần trụ: 226 lít. Thể tích phần nón: 38 lít. Tổng thể tích bồn: 264 lít. Vật liệu: vật liệu bồn là thép không gỉ AISI 304, vật liệu ống và van là thép không gỉ AISI 316. Số lượng: 1. Hình 6: Kích thước bồn chứa mật ong. 2.7 Bình thủy tinh chứa rennet, CaCl2 Lượng rennet: 1.2 kg 1.2 lít. Kích thước bồn: a x b x c = 0.1 x 0.15 x 0.05 (m) Thể tích phần trụ: 1.17 lít. Thể tích phần nón: 0.13 lít. Tổng thể tích bồn: 1.30 lít. Vật liệu: vật liệu bồn là thép không gỉ AISI 304, vật liệu ống và van là thép không gỉ AISI 316. Số lượng: 2. 2.8 Bơm ly tâm Loại: LHK-5. Hãng sản xuất: Alfa Laval. Số lượng và năng suất: 1 bơm x 12,000 lít/h – từ bồn chứa sữa qua thiết bị gia nhiệt sơ bộ, kèm 1 bơm dự trù. 1 bơm x 12,000 lít/h – từ bồn chứa vào thiết bị ly tâm, kèm 1 bơm dự trù. 3 bơm cùng loại (năng suất hiệu chỉnh phù hợp) – bơm vào bông đông tụ, bồn trộn, thiết bị rót. Vật liệu: bề mặt tiếp xúc là thép không gỉ AISI 316, còn lại là thép không gỉ AISI 304. Công suất: 1.5 hp. Áp suất tối đa: 60 psi. 3. Hệ thống CIP 3.1 CIP cho thiết bị thanh trùng (CIP I) Chế độ 1 - Rửa với nước ấm (10 phút). - Cho chạy dung dịch kiềm (1.5%) trong 30 phút ở 750C. - Rửa để loại kiềm bằng nước ấm (5 phút). - Cho chạy dung dịch axit nitric (1%) trong khoảng 20 phút ở 700C. - Rửa lại bằng nước lạnh. - Làm mát từ từ bằng nước lạnh (8 phút).. Chế độ 2 - Quá trình tẩy trùng trước khi bắt đầu sản xuất: tuần hoàn nước nóng ở 90 -950C trong 15 phút sau khi nhiệt độ điều chỉnh lại tối thiểu là 850C - Vận tốc chất lỏng làm sạch. 1.5-3 m/s. 3.2 CIP cho các đường ống và thùng chứa (CIP II) Chế độ 1 - Rửa trước với vòi nước. - Rửa tuần hoàn với OXYCLEAN (200ppm Clo) ở 700C trong 10 phút. - Xối sạch với vòi nước. - Rửa tuần hoàn với axit trong 3 phút với mỗi nhánh. - Ngâm dung dịch axit trong đường ống cho đến khi bắt đầu sản xuất. Chế độ 2 - Trước khi sản xuất, vệ sinh đường ống với CL_18 tại 110g/100 lít nước (200ppm Clo) trong 3 phút mỗi nhánh. - Vận tốc chất lỏng làm sạch: 1.5-3 m/s. 3.3 Chọn hệ thống CIP Tổng thể tích các bồn chứa chính: 13,610 + 15,000 + 3,300 + 1,240 + 2 x 1,884 + 1,308 + 264 = 38,490 lít. Thể tích nước cần để vệ sinh các bồn = 38,490 x 30/100 = 11,547 lít. Chọn thiết bị: Tetra Alcip 10 – Hãng: Tetra Pak. Năng suất: 15,000 lít/h. Điện : 400V, AC, 50/60Hz. Công suất: 4KW. Kích thước chiếm chỗ: D x R x C = 1.910 x 1.230 x 2.150 (m) 4. Phòng lạnh bảo quản Chọn kích thước mỗi pallet là: D x R x C =2.2 x 2.1 x 1.0 (m). Diện tích chiếm chỗ của mỗi pallet là: 2.2 x 2.1 = 4.62 m2. Mỗi pallet chứa 1 mẻ sản phẩm. Pallet làm bằng gỗ. Số lượng sản phẩm lưu lại trong kho tối đa 4 mẻ sản xuất, mỗi mẻ sẽ được chất trên một pallet. Vậy số pallet trong phòng bảo quản là 4 pallet. Các pallet được bố trí như sau: 4 pallet xếp thành 2 dãy, mỗi dãy 2 pallet. Lối đi giữa kho là 2m, giữa các pallet là 1m, giữa tường với pallet là 1m. Hình 7: Sơ đồ bố trí pallet. CHƯƠNG IV: TÍNH CẤP NHIỆT, LẠNH, NƯỚC 1. Cấp nhiệt, cấp lạnh, cấp hơi và nước 1.1 Chọn thông số tính toán Nhiệt dung riêng của sữa: Cs = 3.95 KJ/kg.0C. Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 4.18 KJ/kg.0C (trung bình ở 25 – 600C) Tổn thất nhiệt cho thiết bị: 5%. Hơi gia nhiệt: áp suất 2 at, nhiệt hóa hơi: rhh = 2,208KJ/KJ. Giả sử hơi ngưng tụ 90%. Tính nhiệt dung riêng của chất khô trong sữa: Cs = %Mck.Cck + %Mn.Cn → Cck = (Cs - %Mn.Cn)/%Mck = (3.95 – 0.88x4.18)/0.12 = 2.26 KJ/kg.0C Tổn thất lạnh do chiếu sáng, động cơ làm việc, lối vào, người làm việc, giá đỡ và các vật dụng khác: lấy 20%. Hệ số truyền nhiệt của nền, trần, tường trong phòng lạnh: - Nền nhà: Kn = 0.35 W/m2K. - Trần nhà: Ktr = 0.41 W/m2K. - Tường: Kt = 0.58W/m2K. itrong, ingoài: các enthalpy của không khí tra đồ thị theo nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí. ingoài: 138.2 KJ/kg – enthalpy của không khí ngoài môi trường lấy tại thời điểm nóng nhất trong năm tại Tp.HCM: 400C, độ ẩm tương đối của không khí: 80%. 1.2 Tính cho quy trình sản xuất 1.2.1 Quy trình tại khu sản xuất: Sữa tươi (40C) → gia nhiệt (450C) → chuẩn hóa (450C) → thanh trùng (650C) → làm nguội (370C). Khối lượng sữa nguyên liệu sản xuất trong một ngày: 12,000 kg/ngày. Nhiệt cung cấp để gia nhiệt sữa từ 40 đến 450C: Qs1 = 12,000x3.95x(45-4) = 1,943,400 KJ Nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt sữa từ 450C đến 650C: Qs2 = 10,759x3.95x(65-45) = 849,961 KJ Nhiệt cần lấy đi để làm nguội sữa từ 650C xuống 370C: Qs3 = 10,759x3.95x(65-37) = 1,189,946 KJ 1.2.2 Quy trình CIP: 1.2.2.1 CIP cho thiết bị thanh trùng (CIP I) Chế độ 1: Rửa với nước ấm (500C). - Chọn thể tích nước cần dùng là 2 m3/ 1 thiết bị. Ta có 2 thiết bị nên thể tích nước ấm cần dùng là 4 m3 tương ứng 4,000 kg nước ấm. - Nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt nước từ 300C lên 500C là: Q1 = 4,000x4.18x(50-30) = 334,400 KJ Cho chạy dung dịch kiềm (1.5%) ở 750C. - Chọn thể tích dung dịch kiềm là 3 m3/ 1 thiết bị. Ta có 2 thiết bị nên thể tích dung dịch cần dùng là 6 m3 tương ứng 6,000 kg dung dịch. - Lượng NAOH cần dùng: m1 = 6,000 x 1.5/100 = 90 kg - Lượng nước cần dùng: 6,000 – 90 = 5,910 kg - Nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt nước từ 300C lên 750C: Q2 = 5,910x4.18x(75-30) = 1,111,671 KJ Rửa để loại kiềm bằng nước ấm (500C). - Chọn thể tích nước cần dùng là 2 m3/ 1 thiết bị. Ta có 2 thiết bị nên thể tích dung dịch cần dùng là 4 m3 tương ứng 4,000 kg nước ấm. - Nhiệt cần dùng để gia nhiệt nước từ 300C lên 500C: Q3 = 4,000x4.18x(50-39) = 334,400 KJ Cho chạy dung dịch axit nitric (1%) ở 700C. - Chọn thể tích dung dịch axit cần dùng là 2 m3/ 1 thiết bị. Ta có 2 thiết bị nên thể tích dung dịch cần dùng là 4 m3 tương ứng với 4,000 kg dung dịch. - Lượng HNO3 cần dùng: m2 = 4,000 x 1/100 = 40 kg - Lượng nước cần dùng là: 4,000 – 40 = 3,960 kg - Nhiệt cần dùng để gia nhiệt nước từ 300C lên 700C: Q4 = 3,960x4.18x(70-30) = 662,112 KJ Rửa lại bằng nước thường. - Chọn thể tích nước 3 m3/ 1 thiết bị. Vậy thể tích nước cần dùng là 6 m3. Chế độ 2 Quá trình tẩy trùng nước khi bắt đầu sản xuất: tuần hoàn nước nóng ở 900C – 950C. - Chọn thể tích nước cần dùng 3 m3/ 1 thiết bị. Ta có 2 thiết bị nên thể tích nước nóng cần dùng là 6 m3 tương ứng 6,000 kg nước nóng. - Nhiệt cần dùng để gia nhiệt nước từ 300C lên 950C: Q5 = 6,000x4.18x(95 – 30) = 1,630,200 KJ 1.2.2.2 CIP cho các đường ống và thùng chứa (CIP II) Chế độ 1 Rửa trước với vòi nước. - Chọn thể tích nước cần dùng là 1/5 tổng thể tích các bồn chứa: 38,490 x 1/5 = 7,698 lít Rửa tuần hoàn với OXYCLEAN (200ppm Clo) ở 700C. - Chọn thể tích dung dịch cần dùng là 1/5 thể tích các bồn chứa: 7,698 lít. - Thề tích Clo cần dùng: 200 x 7,698 / 1,000,000 = 1.54 lít. - Lượng nước cần dùng là: 7,698 – 1.54 = 7,696.46 kg. - Nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt nước từ 300C lên 700C: Q6= 7,696.46 x 4.18 x (70 – 30) = 1,286,848 KJ Xối sạch với vòi nước. - Chọn thể tích nước cần dùng là 1/5 tổng thể tíh các bồn chứa: 7,698 lít. Rửa tuần hoàn và ngâm dung dịch axit trong đường ống cho đến khi bắt đầu sản xuất. - Chọn thể tích dung dịch axit cần dùng là 3 m3 tương ứng với 3,000 kg dung dịch axit. - Lượng HNO3 cần dùng là: 3,000 x 1/100 = 30 kg. - Lượng nước cần dùng là: 3,000 – 30 = 2,970 kg. Chế độ 2: Trước khi sản xuất vệ sinh đường ống với dung dịch 200ppm clo trong 3 phút mỗi nhánh. - Chọn thể tích dung dịch cần dùng là 3 m3 = 3,000 lít. - Thể tích Clo sử dụng là: 200 x 3,000 / 1,000,000 = 0.6 lít. - Lượng nước cần dùng là: 3,000 – 0,6 =2,999.4 kg. 1.2.3 Cấp lạnh cho thiết bị làm lạnh Hàm lượng nước trong sản phẩm 50%. Nhiệt lạnh cần làm lạnh cho thành phẩm từ 300C xuống 10C (tính cho 1 mẻ): . (t2 – t1) = 1x2,833x(0.5x2.41+0.5x4.18)x(30-1) = 270,708 KJ Thời gian làm lạnh cho 1 mẻ: 1 giờ 14 phút = 1.23 giờ. Công suất lý thuyết là: 270,708/1.23 = 220,088 KJ/h. 1.2.4 Cấp lạnh cho phòng lạnh bảo quản Công thức tính tổn thất lạnh cho không khí trong phòng lạnh (1 ngày): Qkk = V.n.r.(ingoài – itrong) Trong đó: V: thể tích phòng lạnh (m3) = 60.68 x 2.5 = 151.7 m3. n: hệ số tuần hoàn không khí (số lần thay đổi không khí trong phòng lạnh trong 1 ngày), chọn n = 1. r: khối lượng riêng của không khí trong phòng lạnh (kg/m3) = 1.25 kg/m3. ingoài: 138.2 KJ/kg. itrong: 23 KJ/kg (ở 40C, ẩm 80%). Tổn thất lạnh do không khí: Qkk = 151.7x1.25x(138.2 – 23) = 21,845KJ Công thức tính tổn thất lạnh do nền, trần và tường bao quanh phòng lạnh: Qttn = F.k.(tngoài – ttrong) (W) Trong đó: F: diện tích bề mặt nền, trần, tường (m2) k: hệ số truyền nhệt (W/m2K) tngoài, ttrong: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong phòng lạnh (0C). Tổn thất nhiệt do nền trần, tường, kho: Qttn = (2x2.5x(8.2+7.4)x0.58 + 8.2x7.4x0.35 + 8.2x7.4x0.41)x(30-4) = 2376 W Tổng nhiệt lạnh cấp cho kho lạnh trong 1 ngày: QL1 = (21,845 + 2.376x24x3600) = 227,132 KJ Công suất lý thuyết: 227,132 KJ/24 giờ = 9,464 KJ/h. 1.2.5 Cấp lạnh cho kho nguyên liệu Kho nguyên liệu dự kiến chứa đủ nguyên liệu cho 3 ngày sản xuất, mỗi ngày sản xuất 3 mẻ. Vậy kho nguyên liệu sẽ chứa đủ nguyên liệu cho 9 mẻ sản xuất. Kho nguyên liệu có kích thước: D x R x C = 7.400 x 3.900 x 2.500 (m). Nhiệt độ kho: 200C. Kho nguyên liệu chứa: AMF và mật ong. AMF: - Mỗi mẻ sản xuất cần: 954 kg. - 9 mẻ sản xuất cần: 954 x 9 = 8,596 kg. - Nhiệt dung riêng của AMF ở 300C: CAMF = 6.532 KJ/Kg.độ Mật ong: - Mỗi mẻ sản xuất cần: 318 kg. - 9 mẻ sản xuất cần: 318 x 9 = 2,862 kg. - Hàm ẩm: 77% - Nhiệt dung riêng của mật ong ở 300C: Cm = 2.712 KJ/Kg.độ Nhiệt lạnh cần làm lạnh cho AMF từ 300C xuống 200C: mAMF.CAMF. (t2 – t1) = 8,596x6.532x(30 – 20) = 561,491 KJ Nhiệt lạnh cần làm lạnh cho mật ong từ 300C xuống 200C: mmo.Cmo. (t2 – t1) = 2,862x2.712x(30 – 20) = 77,618 KJ Công thức tính tổn thất lạnh cho không khí trong kho nguyên liệu (1 ngày): Qkk = V.n.r.(ingoài – itrong) Trong đó: V: thể tích kho nguyên liệu (m3) = 7.400x3.900x2.500 = 72.15 m3. n: hệ số tuần hoàn không khí (số lần thay đổi không khí trong phòng lạnh trong 1 ngày), chọn n = 1. r: khối lượng riêng của không khí trong kho nguyên liệu (kg/m3) = 1.25 kg/m3. ingoài: 138.2 KJ/kg. itrong: 23 KJ/kg (ở 200C, ẩm 80%). Tổn thất lạnh do không khí: Qkk = 72.15x1.25x(138.2 – 23) = 10,390 KJ Công thức tính tổn thất lạnh do nền, trần và tường bao quanh kho nguyên liệu: Qttn = F.k.(tngoài – ttrong) (W) Trong đó: F: diện tích bề mặt nền, trần, tường (m2) k: hệ số truyền nhệt (W/m2K) tngoài, ttrong: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong kho nguyên liệu (0C). Tổn thất nhiệt do nền trần, tường, kho: Qttn = (2x2.5x(7.4+3.9)x0.58 + 7.4x3.9x0.35 + 7.4x3.9x0.41)x(30-20) = 548 W Tổng nhiệt lạnh cấp cho kho nguyên liệu trong 1 ngày: QL2 = (561,491 + 77,618 + 10,390 + 0.548x24x3,600) = 696,397 KJ Công suất lý thuyết: 696,397 KJ/24 giờ = 29,017 KJ/h. 1.2.6 Cấp lạnh cho các bồn trữ sữa nguyên liệu: Sữa nguyên liệu sẽ được trữ trong 3 bồn chứa, mỗi bồn tương ứng với lượng sữa nguyên liệu cho một mẻ sản xuất là 12,000 kg. Tổng lượng sữa trong 3 bồn: 12,000 x 3 = 36,000 kg. Nhiệt độ sữa từ nơi cung cấp về tới phân xưởng: 100C. Nhiệt lạnh cần làm lạnh cho sữa nguyên liệu từ 100C xuống 40C (trong 1 ngày): QL3 = ms.Cs.(t2 – t1) = 36,000 x 3.95 x (10 – 4) = 853,200 KJ Công suất lý thuyết: 853,200 KJ/24 giờ = 35,550 KJ/h. 1.3 Tính tổng lượng hơi, nước tiêu hao cho sản xuất trong 1 mẻ sản xuất: - Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho một mẻ sản xuất là: QN = Qs1 + Qs2 + Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 1,943,400 + 849,961 + 334,400 + 1,111,671 + 334,400 + 662,112 + 1,630,200 + 1,286,848 = 8,152,992 KJ - Tổng lượng hơi cần sử dụng : GH = QN/(0.9 x rhh)= 8,152,992 / (0.9 x 2208) = 4,103 kg - Tổng lượng nước tiêu hao cho một mẻ sản xuất là: GN = (4,000+5,910+4,000+3,960) + (6,000) + (6,000+7,698+7,697+7,698+2,970) + (2,99) + (4,103) = 63,035 kg = 63,035 lít. 2. Chọn nồi hơi, máy cấp lạnh 2.1 Tính chọn nồi hơi Tổng lượng hơi sử dụng trong 1 mẻ sản xuất: H = GHx1.2=4,103 x 1.2 = 4,924 kg Lượng hơi sử dụng trung bình một giờ (tính cho 1 mẻ sản xuất, chọn hệ số sử dụng đồng thời là 2): H0 = (H/8.82)x2= (4,924/8.82)x2= 1117 kg/h. Chọn nồi hơi: MODEL NO. CB1000 Công suất (KW) 1000. Năng suất hơi ở 100oC (kg/h) 1500. Than tiêu thụ (kg/h) 210. Diện tích tiếp nhiệt (m2) 62.5. Chiều cao tổng thể (mm) A 3680. Chiều rộng tổng thể (mm) B 1600. Chiều dài tổng thể (mm) C 2850. Van hơi chính 76. Van cấp nước 42. Van an toàn 42. Van xả đáy 42. Đường kính ống khói 340. 2.2 Tính chọn máy cấp lạnh Công suất sử dụng đồng thời: (220,088 + 9,464 + 29,017 + 35,550) = 294,119 KJ/h = 81.7 KW Chọn máy lạnh:   Nguồn điện: Ph/V/Hz: 3/380-415/50 Công suất lạnh: 100 KW. Lượng môi chất nạp: 310 kg. Điều chỉnh công suất: 15 – 114% ---*--- CHƯƠNG V: BỐ TRÍ THỜI GIAN LÀM VIỆC CHO PHÂN XƯỞNG Bảng 11: Thời gian làm việc của các thiết bị trong quy trình sản xuất. Công đoạn Thiết bị làm việc Thời gian làm việc CIP cho bồn chứa và đường ống CIP II, chế độ 2 30 phút CIP cho hệ thống thanh trùng CIP I, chế độ 2 15 phút Gia nhiệt sơ bộ Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng 59 phút Ly tâm tách béo Thiết bị ly tâm 45 phút Thanh trùng Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng 45 phút Hoạt hóa vi sinh vật Bồn hoạt hóa 30 phút Bơm vào bồn đông tụ Bơm chân không 51 phút Lên men Bồn đông tụ 2 giờ Đông tụ, tách whey Bồn đông tụ 2 giờ Bơm vào bồn phối trộn Bơm chân không 8 phút Phối trộn Bồn phối trộn 30 phút Làm lạnh Thiết bị ống lồng ống 1 giờ 14 phút Đóng gói Thiết bị đóng gói 1 giờ 14 phút CIP cho các thiết bị hoạt động xong trong một quy trình CIP I,II – chế độ 1 2 giờ Bảng 12: Bố trí kế hoạch làm việc. Thời điểm Công đoạn Thiết bị làm việc Thời gian làm việc 8 giờ CIP cho bồn chứa và đường ống CIP II, chế độ 2 30 phút 8 giờ 30 phút CIP cho hệ thống thanh trùng CIP I, chế độ 2 15 phút 8 giờ 45 phút Gia nhiệt sơ bộ Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng 59 phút 8 giờ 51 phút Ly tâm tách béo Thiết bị ly tâm 45 phút 9 giờ 36 phút Bơm vào bồn đông tụ, bồn hoạt hóa Bơm chân không 51 phút 10 giờ 27 phút Lên men, đông tụ, tách whey, CIP các thiết bị đã sử dụng xong Bồn đông tụ, CIP I,II – chế độ 1 4 giờ 14 giờ 27 phút Bơm vào bồn phối trộn Bơm chân không 8 phút 14 giờ 35 phút Phối trộn, CIP bồn đông tụ Bồn phối trộn, CIP I,II – chế độ 1 30 phút 15 giờ 5 phút Làm lạnh, đóng gói, CIP bồn phối trộn Thiết bị ống lồng ống, thiết bị đóng gói, CIP I,II – chế độ 1 1 giờ 25 phút 16 giờ 30 phút CIP thiết bị đóng gói CIP I,II – chế độ 1 30 phút Tổng thời gian cho một mẻ sản xuất 9 giờ 00 phút Thời điểm Công đoạn Thiết bị làm việc Thời gian làm việc 16 giờ CIP cho bồn chứa và đường ống CIP II, chế độ 2 30 phút 16 giờ 30 phút CIP cho hệ thống thanh trùng CIP I, chế độ 2 15 phút 16 giờ 45 phút Gia nhiệt sơ bộ Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng 59 phút 16 giờ 51 phút Ly tâm tách béo Thiết bị ly tâm 45 phút 17 giờ 36 phút Bơm vào bồn đông tụ, bồn hoạt hóa Bơm chân không 51 phút 18 giờ 27 phút Lên men, đông tụ, tách whey, CIP các thiết bị đã sử dụng xong Bồn đông tụ, CIP I,II – chế độ 1 4 giờ 22 giờ 27 phút Bơm vào bồn phối trộn Bơm chân không 8 phút 22 giờ 35 phút Phối trộn, CIP bồn đông tụ Bồn phối trộn, CIP I,II – chế độ 1 30 phút 22 giờ 5 phút Làm lạnh, đóng gói, CIP bồn phối trộn Thiết bị ống lồng ống, thiết bị đóng gói, CIP I,II – chế độ 1 1 giờ 25 phút 23 giờ 30 phút CIP thiết bị đóng gói CIP I,II – chế độ 1 30 phút Tổng thời gian cho một mẻ sản xuất 9 giờ 00 phút Thời điểm Công đoạn Thiết bị làm việc Thời gian làm việc 23 giờ CIP cho bồn chứa và đường ống CIP II, chế độ 2 30 phút 23 giờ 30 phút CIP cho hệ thống thanh trùng CIP I, chế độ 2 15 phút 23 giờ 45 phút Gia nhiệt sơ bộ Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng 59 phút 23 giờ 51 phút Ly tâm tách béo Thiết bị ly tâm 45 phút 24 giờ 36 phút Bơm vào bồn đông tụ, bồn hoạt hóa Bơm chân không 51 phút 01 giờ 27 phút Lên men, đông tụ, tách whey, CIP các thiết bị đã sử dụng xong Bồn đông tụ, CIP I,II – chế độ 1 4 giờ 05 giờ 27 phút Bơm vào bồn phối trộn Bơm chân không 8 phút 05 giờ 35 phút Phối trộn, CIP bồn đông tụ Bồn phối trộn, CIP I,II – chế độ 1 30 phút 06 giờ 5 phút Làm lạnh, đóng gói, CIP bồn phối trộn Thiết bị ống lồng ống, thiết bị đóng gói, CIP I,II – chế độ 1 1 giờ 25 phút 07 giờ 30 phút CIP thiết bị đóng gói CIP I,II – chế độ 1 30 phút Tổng thời gian cho một mẻ sản xuất 9 giờ 00 phút