Tính toán và lựa chọn thiết bị

Chương 5 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Lịch làm việc của phân xưởng - Năng suất 12400kg sữa đặc/ca, ngày làm việc 3 ca, mỗi ca 2 mẻ, mỗi mẻ 6200kg sữa đặc. - Mỗi tháng làm việc trung bình 25 ngày. - Một năm làm việc trung bình 300 ngày. Bảng 5.1 Lượng nguyên liệu tiêu hao cho 1 ngày sản xuất 3 ca Nguyên liệu Lượng tiêu hao (kg/ngày) Sữa tươi 49044,48 Sữa bột gầy 3143,34 AMF 1033,79 Surup saccharose 17061,78 Lactose 37,57 Lecithine 111,6 Bảng 5.2 Khối lượng nguyên liệu và bán thành phẩm đi vào các thiết bị trong quy trình sản xuất tính trong 1 ngày sản xuất Quá trình Lượng nguyên liệu, bán thành phẩm kg lít Gia nhiệt 49044,48 47616 Phối trộn 53333,27 51779,87 Thanh trùng 52532,72 51002,64 Đồng hóa 52115,71 50597,78 Bổ sung syrup 68779,82 66776,52 Cô đặc 37612,18 30332,4 Làm nguội-Kết tinh 37499,46 30241,5 Rót lon 37461,89 30211,2 (Xem tỷ trọng của nguyên liệu trước cô đặc là 1,03g/ml và sau cô đặc là 1,24g/ml) 5.2 Tính chọn thiết bị chính: [1], [2], [3], [4], [18] 5.2.1 Thiết bị gia nhiệt - Gia nhiệt sữa tươi nguyên liệu từ 40C lên 600C, thời gian gia nhiệt 15 giây, tổng thời gian gia nhiệt là 15 phút. Gia nhiệt 1 ngày 3 ca, mỗi ca 2 mẻ, mỗi mẻ 4 lần gia nhiệt. - Lượng sữa vào thiết bị gia nhiệt trong 1 ngày: 47616 lít. - Năng suất sữa tươi cần gia nhiệt cho một lần trộn: lít/h - Chọn thiết bị gia nhiệt dạng vĩ Tetra Plex CD6 của hãng Tetra Pak. Các thông số kỹ thuật: Kích thước vĩ (mm): 1000 x 250 x 0,5 (dài x rộng x dày), vật liệu cấu tạo vĩ là thép không rỉ AISI316 hoặc 254 SMO. Bề mặt truyền nhiệt: 0,18m2 Đường kính ống: 55mm Năng suất tối đa cho nung nóng/ làm nguội: 15.000 lít/h Áp suất làm việc: 6 bar Kích thước thiết bị (mm): 1500 x 520 x 1420 (dài x rộng x cao) Hình 5.1 Thiết bị gia nhiệt Tetra Plex CD6 Hình 5.2 Dòng chảy của lưu chất trong thiết bị gia nhiệt Bảng 5.3 Lịch làm việc của thiết bị gia nhiệt Thời gian Gia nhiệt 6h30 – 6h45 ¼ mẻ 1 7h00 – 7h15 ¼ mẻ 1 7h30 – 7h45 ¼ mẻ 1 8h00 – 8h15 ¼ mẻ 1 8h30 – 8h50 Chạy CIP 8h55 – 9h10 ¼ mẻ 2 9h25 – 9h40 ¼ mẻ 2 9h55 – 10h10 ¼ mẻ 2 10h25 – 10h40 ¼ mẻ 2 10h55 – 11h20 Chạy CIP 11h30 – 11h45 ¼ mẻ 3 12h00 – 12h15 ¼ mẻ 3 12h30 – 12h45 ¼ mẻ 3 13h00 – 13h15 ¼ mẻ 3 13h30 – 13h50 Chạy CIP 13h55 – 14h10 ¼ mẻ 4 14h25 – 14h40 ¼ mẻ 4 14h55 – 15h10 ¼ mẻ 4 15h25 – 15h40 ¼ mẻ 4 15h55 – 16h20 Chạy CIP 16h25 – 16h40 ¼ mẻ 5 16h55 – 17h10 ¼ mẻ 5 17h25 – 17h40 ¼ mẻ 5 17h55 – 18h10 ¼ mẻ 5 18h25 – 18h45 Chạy CIP 18h50 – 19h05 ¼ mẻ 6 19h20 – 19h35 ¼ mẻ 6 19h50 – 20h05 ¼ mẻ 6 20h20 – 20h35 ¼ mẻ 6 20h50 – 21h10 Chạy CIP 5.2.2 Thiết bị phối trộn - Trộn 2 mẻ/ca, mỗi mẻ 4 lần trộn. Thời gian trộn 30 phút/lần. - Năng suất trộn: lít/h. Với năng suất phối trộn cần là 4.315lít/h, thiết bị phối trộn thích hợp là Tetra Almix Spark 10V của hãng Tetra Pak cung cấp, năng suất 12.000lít/h. Các chi tiết chính của thiết bị gồm: Bồn trộn chân không thể tích 3.000 lít, động cơ đặt dưới đáy bồn, có van an toàn, van đổi hướng dòng chảy và vỏ bọc ngoài kết nối CIP. Ba bồn trung gian, mỗi bồn có thể tích 6.000 lít, gắn hệ thống đường ống nối giữa các bồn với nhau và với bồn trộn chân không qua một bơm để tuần hoàn hỗn hợp phối trộn. Phễu nạp bột sữa gầy Bảng điều khiển với các nút nhấn, công tắc chính và tắt khẩn cấp, khởi động động cơ, van điện từ, báo động. Các thông số kỹ thuật: Công suất tiêu thụ: 21kW Công suất bơm: 3kW Áp suất sữa vào bồn trộn: 0,5 bar Áp suất sữa ra khỏi bồn trộn: 1,5 bar Điện áp: 220-440 VAC, tần số 50-60Hz Vật liệu chế tạo: + Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được làm bằng thép không rỉ AISI316. + Các bộ phận khác làm bằng thép không rỉ AISI304. Kích thước: + Chiều dài: 1600mm + Chiều rộng: 1200mm + Chiều cao: 1720mm. Thông số vận chuyển: Khối lượng thiết bị: 550kg Khối lượng tổng: 699kg Hình 5.3 Thiết bị phối trộn Tetra Almix Spark 10V Hình 5.4 Sơ đồ thiết bị phối trộn Bảng 5.4 Lịch làm việc của thiết bị phối trộn Thời gian Phối trộn 6h45 – 7h15 ¼ mẻ 1 7h15 – 7h45 ¼ mẻ 1 7h45 – 8h15 ¼ mẻ 1 8h15 – 8h45 ¼ mẻ 1 8h45 – 9h05 Chạy CIP 9h10 – 9h40 ¼ mẻ 2 9h40 – 10h10 ¼ mẻ 2 10h10 – 10h40 ¼ mẻ 2 10h40 – 11h20 ¼ mẻ 2 11h20 – 11h40 Chạy CIP 11h45 – 12h15 ¼ mẻ 3 12h15 – 12h45 ¼ mẻ 3 12h45 – 13h15 ¼ mẻ 3 13h15 – 13h45 ¼ mẻ 3 13h45 – 14h05 Chạy CIP 14h10 – 14h40 ¼ mẻ 4 14h40 – 15h10 ¼ mẻ 4 15h10 – 15h40 ¼ mẻ 4 15h40 – 16h10 ¼ mẻ 4 16h10 – 16h30 Chạy CIP 16h40 – 17h10 ¼ mẻ 5 17h10 – 17h40 ¼ mẻ 5 17h40 – 18h10 ¼ mẻ 5 18h10 – 18h40 ¼ mẻ 5 18h40 – 19h00 Chạy CIP 19h05 – 19h35 ¼ mẻ 6 19h35 – 20h05 ¼ mẻ 6 20h05 – 20h35 ¼ mẻ 6 20h35 – 21h05 ¼ mẻ 6 21h05 – 21h25 Chạy CIP 5.2.3 Hệ thống thanh trùng 5.2.3.1 Thiết bị thanh trùng - Chế độ thanh trùng: nhiệt độ 820C trong thời gian 10 phút gồm 4 phút gia nhiệt, 2 phút giữ nhiệt và 4 phút làm nguội. - Tổng thời gian thanh trùng là 45 phút. - Lượng sữa cần thanh trùng trong một mẻ: Gtt = lít = 8755,45kg - Năng suất thiết bị thanh trùng tối thiểu: lít/h - Chọn thiết bị thanh trùng dạng bảng mỏng Tetra Plex MS6 của hãng Tetra Pak-Thụy Điển: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị: Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng, làm bằng thép không rỉ AISI 316L. Mỗi tấm bảng có 4 lỗ tại 4 góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Các tấm bảng mỏng được ghép lại với nhau trên bộ khung của thiết bị làm bằng thép đặc không rỉ (solid stainless steel), hình thành nên những hệ thống đường vào và đường ra cho nguyên liệu và chất tải nhiệt. Chất tải nhiệt là nước nóng. Nước nóng và sữa chuyển động ngược chiều nhau trong thiết bị. Các thông số kỹ thuật: Năng suất tối đa cho thanh trùng: 12.000 lít/h Áp suất làm việc: 10-16 bar Kích thước bảng (mm): 750 x 250 x 0,5 (dài x rộng x dày), vật liệu cấu tạo bảng là thép không rỉ AISI316L hoặc 254 SMO. Bề mặt truyền nhiệt: 0,14m2 Đường kính ống: 60mm Kích thước thiết bị (mm): 1500 x 320 x 960 (mm) Hình 5.5 Thiết bị thanh trùng dạng bảng mỏng hãng Tetra Pak Hình 5.6 Sơ đồ hoạt động của thiết bị thanh trùng bảng mỏng Bảng 5.5 Lịch làm việc của thiết bị thanh trùng Thời gian Thanh trùng 7h00 – 7h45 Chạy nước nóng 7h45 – 8h30 Thanh trùng ½ mẻ 1 8h45 – 9h30 Thanh trùng ½ mẻ 1 9h45 – 10h05 Chạy CIP 10h10 – 10h55 Thanh trùng ½ mẻ 2 11h20 – 12h05 Thanh trùng ½ mẻ 2 12h20 – 12h40 Chạy CIP 12h45 – 13h30 Thanh trùng ½ mẻ 3 13h45 – 14h30 Thanh trùng ½ mẻ 3 14h45 – 15h05 Chạy CIP 15h10 – 15h55 Thanh trùng ½ mẻ 4 16h10 – 16h55 Thanh trùng ½ mẻ 4 17h10 – 17h30 Chạy CIP 17h40 – 18h25 Thanh trùng ½ mẻ 5 18h40 – 19h25 Thanh trùng ½ mẻ 5 19h40 – 20h00 Chạy CIP 20h10 – 20h55 Thanh trùng ½ mẻ 6 21h10 – 21h55 Thanh trùng ½ mẻ 6 22h10 – 22h30 Chạy CIP 5.2.3.2 Bộ phận lưu nhiệt Bộ phận lưu nhiệt là một đoạn ống có chiều dài thích hợp để giữ cho nhiệt độ của dòng sữa không đổi tương ứng với thời gian thanh trùng. Ống lưu nhiệt có cấu tạo hai vỏ, ở giữa hai vỏ là lớp cách nhiệt có nhiệm vụ duy trì nhiệt độ thanh trùng cố định. Chọn ống có cấu tạo từ thép không gỉ, đường kính ngoài f = 60mm, dày S = 2mm. - Vận tốc của sữa nguyên liệu đi trong ống tương ứng với năng suất thanh trùng: Trong đó: là khối lượng riêng của chất lỏng. - Thời gian lưu nhiệt 2 phút. Chiều dài ống lưu nhiệt cần thiết là: Để có thể thay đổi thời gian thanh trùng ứng với những trường hợp khác, cần bố trí ống lưu nhiệt gồm nhiều đoạn ống, mỗi đoạn ống có chiều dài 5m. Tùy theo thời gian thanh trùng dài hay ngắn mà sử dụng số lượng đoạn ống để làm việc cho phù hợp. 5.2.4 Thiết bị đồng hóa - Thể tích nguyên liệu vào thiết bị đồng hóa trong một mẻ sản xuất: lít - Thời gian đồng hóa là 20 giây. Tổng thời gian đồng hóa là 25 phút. - Nhiệt độ dòng lỏng: 700C - Chế độ áp suất cho 2 cấp đồng hóa: + Áp lực cấp đồng hóa thứ nhất: 160bar (P1) + Áp lực cấp đồng hóa thứ hai: 40bar (P2) - Năng suất yêu cầu tối thiểu của thiết bị: lít/h - Chọn thiết bị đồng hóa Tetra Alex 30 của hãng Tetra Pak, áp lực đồng hóa 160bar cho năng suất tối đa 22.600 lít/h. Thông số kỹ thuật của thiết bị: Công suất động cơ N = năng suất * áp lực đồng hóa/30600 kW = 20239,11 * 160/ 30600 = 105,82 kW Nước làm mát (áp lực > 300 kPa, nhiệt độ 250C, độ cứng <100dH):700 lít/h Lượng hơi nước tiệt trùng thiết bị (áp lực >300kPa): 25kg/h Kích thước thiết bị (mm): 2820 x 1720 x 1250 Kích thước không gian đặt thiết bị (mm): 4300 x 3300 x 1700 (mm) Thông số vận chuyển thiết bị: Khối lượng thiết bị: 3775kg Khối lượng bao bì vận chuyển: 500kg Thể tích: 11,9 m2 Năng lượng tiêu tốn: Năng lượng tiêu thụ/ 1000 lít sản phẩm: 8,2kWh Lượng nước tiêu thụ/ 1000 lít sản phẩm: 671 lít/h Hơi tiêu tốn/ 1000 lít sản phẩm: 3,4kg/h Tiếng ồn: 80dB Hình 5.7 Thiết bị đồng hóa 2 cấp Tetra Alex 30 hãng Tetra Pak Nguyên lý hoạt động: Máy hoạt động theo nguyên tắc đồng hóa ở áp suất cao, hai cấp gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo đối áp dùng chung một bể dầu. Bộ phận đồng hóa gồm các bộ phận chính sau đây: chày đồng hóa (forcer), bộ phận tạo khe hẹp (seat), vòng đập (impact-ring). Chày đồng hóa và bộ phận tạo khe hẹp vừa tạo ra áp lực cao cho dòng lưu chất vừa tạo ra khe đồng hóa (gap), khe đồng hóa có kích thước rất nhỏ (0,1mm), vòng chặn có tác dụng tạo ra va đập cho các hạt làm cho chúng phân tán tốt hơn. 1- cấp đồng hóa thứ nhất; 2- cấp đồng hóa thứ hai Hình 5.8 Cấu tạo thiết bị đồng hóa áp lực cao hai cấp Dưới tác dụng của chày đồng hóa, dòng lưu chất có áp lực rất cao và chuyển động qua khe hẹp với vận tốc rất lớn, có thể lên tới 50¸200m/s, vì vậy toàn bộ năng lượng ở dạng thế năng của áp suất sẽ được chuyển thành động năng của các phân tử. Chính năng lượng này sẽ làm phá vỡ và giảm kích thước các hạt. Tác dụng đồng hóa được giải như sau: Nguyên lý chảy rối (turbulence theory): Khi hệ nhũ tương được bơm với tốc độ cao đến khe hẹp, nhiều dòng chảy rối với các vi lốc xoáy (micro – whirl) sẽ xuất hiện. Tốc độ bơm càng lớn thì số dòng chảy rối sẽ xuất hiện càng nhiều và kích thước các vi lốc xoáy sẽ càng nhỏ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm cho các hạt này bị vỡ ra. Nguyên lý xâm thực khí (cavitation theory): Hệ nhũ tương được bơm đến khe hẹp với tốc độ cao sẽ làm xuất hiện các bong bóng hơi trong hệ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm vỡ hạt. Theo nguyên lý này, sự đồng hóa chỉ diễn ra khi hệ nhũ tương rời khỏi khe hẹp, do đó đối áp giữ một vai trò quan trọng và sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa. Tuy nhiên, sự đồng hóa vẫn có thể diễn ra mà không cần có hiện tượng xuất hiện các bong bóng khí nhưng hiệu quả của quá trình sẽ thấp hơn. Thuyết va đập: Dịch sữa là một hỗn hợp chứa rất nhiều hạt pha phân tán. Khi các hạt này chuyển động với vận tốc cao chúng sẽ tự va đập vào nhau và do cấu tạo của thiết bị, khi thoát ra khỏi khe hẹp các hạt phân tán sẽ tiếp tục va đập vào một bề mặt cứng làm góp phần phá vỡ và giảm kích thước các hạt. motor chính (main drive motor); 2- bộ truyền đai (V-belt transmission); 3- đồng hồ đo áp suất (pressure indication); 4- trục quay (crankcase); 5- piston; 6- hộp piston (piston seal cartridge); 7- bơm; 8- van; 9- bộ phận đồng hóa (homogenising device); 10- hệ thống tạo áp suất thủy lực (hydraulic pressure setting system) Hình 5.9 Thành phần chính của thiết bị đồng hóa áp lực cao Theo hình 5.9, bơm piston cao áp được vận hành bởi động cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và bộ truyền động (2) để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Các piston (5) chuyển động trong xilanh ở áp suất cao. Trong thiết bị còn có hệ thống dẫn nước nhằm làm mát cho piston trong suốt quá trình làm việc. chày đồng hóa (force); 2- vòng đập (impact ring); 3- bộ phận tạo khe hẹp (seat); 4- hệ thống thủy lực tạo đối áp (hydraulic actuator); 5- khe hẹp Hình 5.10 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đồng hóa áp lực cao Theo hình 5.10, nguyên liệu sữa được đưa vào thiết bị đồng hóa bởi một bơm piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3bar lên đến 160bar tại đầu vào của khe hẹp (5). Người ta sẽ tạo một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bộ phận chày đồng hóa (1) và bộ phận tạo khe hẹp (3). Đối áp được duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu. Khi đó, áp suất đồng hóa sẽ cân bằng với áp suất dầu tác dụng lên piston thủy lực. Vòng đập (2) được gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) sao cho mặt trong của vòng đập vuông góc với lối thoát ra của hệ nhũ tương khi rời khe hẹp. Một số hạt của pha phân tán tiếp tục va vào vòng đập (2) bị vỡ ra và giảm kích thước. Bộ phận tạo khe hẹp (3) được chế tạo nghiêng trung bình 50 trên bề mặt để gia tốc hệ nhũ tương theo hướng vào khe hẹp và tránh sự ăn mòn các chi tiết có liên quan. Đi ngang qua khe hẹp, vận tốc chuyển động của hệ nhũ tương có thể được tăng lên đến 100¸400m/s và quá trình đồng hóa chỉ diễn ra trong khoảng 10¸15 giây. Sau khi nguyên liệu sữa đi qua khe hẹp thứ nhất với áp lực P1= 160bar, các hạt pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước nhưng vẫn còn hiện tượng các hạt bị kết dính và tạo thành chùm hạt với nhau. Dòng nguyên liệu này sẽ tiếp tục đi qua khe hẹp thứ hai với áp lực P2=40bar nhằm duy trì đối áp ổn định cho giai đoạn đồng hóa cấp một, đồng thời tạo điều kiện cho các chùm hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ có kích thước <1mm tạo hệ đồng nhất cao. Máy đồng hóa trong quy trình công nghệ: Trong quy trình công nghệ, máy đồng hóa được đặt sau thiết bị thanh trùng sẽ có các ưu điểm sau: - Sẽ phân tán được các khối cầu béo cũng như các khối đông tụ whey protein phát sinh không chỉ ở nguyên liệu đầu mà cả ở khâu xử lý nhiệt sau thanh trùng. Do đó hiệu quả đồng nhất cho sản phẩm sẽ cao. - Tận dụng được nhiệt độ cao sẵn có của dòng sữa trong quá trình thanh trùng để đồng hóa nhằm tạo hiệu quả cao mà không cần tiêu tốn nhiệt để nâng nhiệt sơ bộ cho dòng sữa. - Lợi dụng được áp suất cao của dòng ra trong máy đồng hóa để vận chuyển sữa đến thiết bị cô đặc mà không cần tốn bơm vận chuyển. - Nhiệt độ của dòng sữa sau khi đồng hóa dao động 650C-700C, nhiệt độ này gần bằng với nhiệt độ sôi của sữa trong thiết bị cô đặc (»670C) nên rất thuận lợi cho cô đặc. Bảng 5.6 Lịch làm việc thiết bị đồng hóa Thời gian Đồng hóa 8h00 –8h30 Chạy nước nóng 8h30 – 8h55 Đồng hóa ½ mẻ 1 9h30 – 9h55 Đồng hóa ½ mẻ 1 9h55 – 10h35 Chạy CIP 10h55 – 10h55 Đồng hóa ½ mẻ 2 12h05 – 12h30 Đồng hóa ½ mẻ 2 12h30 – 13h10 Chạy CIP 13h30 – 13h55 Đồng hóa ½ mẻ 3 14h30 – 14h55 Đồng hóa ½ mẻ 3 14h55 – 15h35 Chạy CIP 15h55 – 16h20 Đồng hóa ½ mẻ 4 16h55 – 17h20 Đồng hóa ½ mẻ 4 17h20 – 18h00 Chạy CIP 18h25 – 18h50 Đồng hóa ½ mẻ 5 19h25 – 19h50 Đồng hóa ½ mẻ 5 19h50 – 20h30 Chạy CIP 20h55 – 21h20 Đồng hóa ½ mẻ 6 21h55 – 22h20 Đồng hóa ½ mẻ 6 22h20 – 23h00 Chạy CIP 5.2.5 Thiết bị cô đặc - Cô đặc mỗi ca 2 mẻ, mỗi mẻ 60 phút. - Lượng sữa vào thiết bị cô đặc trong một mẻ: 5.055,4 lít/mẻ - Năng suất cô đặc: 5.055,4 lít/h Chọn thiết bị có năng suất lớn hơn từ 10 – 20%. Đặt thiết bị cô đặc màng rơi của hãng APV sản xuất bao gồm cả thiết bị ngưng tụ baromete với các thông số đặt hàng sau: Năng suất nhập liệu tối đa: 6.000 lít/h. Nồng độ dung dịch vào tháp cô đặc: 35% và ra tháp là 73%. Nhiệt độ cô đặc: 600C Áp suất cô đặc: 0,25bar Áp suất hơi đốt: 3,5at buồng gia nhiệt sơ bộ sữa nhờ hơi ngưng tụ buồng gia nhiệt sữa đến nhiệt độ sôi buồng tách hơi thứ và sữa cô đặc Hình 5.11 Sơ đồ hoạt động của thiết bị cô đặc màng rơi một cấp Nguyên lý hoạt động như sau: sữa được gia nhiệt sơ bộ rồi đi vào trong thiết bị (2) (Hình 5.11) từ phía trên (Hình 5.12) và sẽ chảy xuống tạo thành một lớp màng mỏng bao lấy bề mặt truyền nhiệt – là thân các ống hình trụ đứng được đặt trong thiết bị bốc hơi hoặc là những tấm bảng mỏng được đặt sát lại với nhau. Hơi gia nhiệt từ buồng (2) sẽ đi vào buồng (1) ngưng tụ để gia nhiệt sơ bộ cho sửa nhằm tiết kiệm năng lượng. Trong buồng (2) sữa được đun sôi rồi đi vào buồng (3) tách hơi thứ. Sữa cô đặc đi ra ngoài theo cửa đáy thiết bị (3). Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng màng rơi có nhiều dạng: hình trụ đứng dạng ống, dạng bảng mỏng…, thường sử dụng là dạng trụ đứng một cấp hoặc nhiều cấp. Cấu tạo bộ phận tạo màng rơi của thiết bị cô đặc bốc hơi một cấp dạng trụ đứng xem ở hình 5.12. đầu phân phối sữa nguyên liệu; 2- tấm phân phối; 3- hơi gia nhiệt; 4- các ống đồng trục; 5- bộ phận tạo dòng chảy màng; 6- hơi thứ; 7- các ống gia nhiệt. Hình 5.12 Cấu tạo phần trên của thiết bị cô đặc màng rơi dạng ống Bên trong thiết bị gồm có: phía trên là đầu phun (1) và các bộ phận phân phối (2), (4), (5) để tạo nên những dòng sữa chảy màng. Sữa qua các bộ phận phân phối sẽ đi vào trong các ống gia nhiệt (7) (Buồng (2) H.5.11) rồi chảy xuống dạng màng rơi, bao quanh thân trong các ống. Bên ngoài ống là tác nhân gia nhiệt (3) được đưa vào thiết bị gia nhiệt để nung nóng sữa. Một phần nước trong sữa sẽ được bóc hơi trong ống (7) và chúng có chức năng ép đẩy dòng sữa luôn áp sát thành ống và tạo nên dòng chảy dạng màng. Bảng 5.7 Lịch làm việc của thiết bị cô đặc Thời gian Cô đặc 9h25 – 9h55 Chạy nước nóng 9h55 – 10h55 Cô đặc mẻ 1 11h30 – 12h10 Chạy CIP 12h30 – 13h30 Cô đặc mẻ 2 14h00 – 14h40 Chạy CIP 14h55 – 15h55 Cô đặc mẻ 3 16h20 – 17h00 Chạy CIP 17h20 – 18h20 Cô đặc mẻ 4 18h50 – 19h30 Chạy CIP 19h50 – 20h50 Cô đặc mẻ 5 21h20 – 22h00 Chạy CIP 22h20 – 23h20 Cô đặc mẻ 6 23h50 – 0h30 Chạy CIP 5.2.6 Bồn kết tinh Sữa sau cô đặc được dẫn qua bồn kết tinh để thực hiện quá trình kết tinh lactose. - Thời gian kết tinh: 1h/mẻ - Thời gian kiểm tra: 1h/mẻ - Thời gian chạy CIP: 30 phút/mẻ. - Thể tích sữa vào bồn kết tinh trong một mẻ: 5.040,25 lít/mẻ. Chọn bồn chứa Tetra Alsafe của hãng Tetra Pak với các thông số kỹ thuật như sau: Dung tích bồn: 6.000 lít Lượng hơi nước 1250C (2,7bar) để tiệt trùng bồn trong: 75kg Lượng nước làm nguội bồn sau tiệt trùng qua lớp vỏ áo: 1000 lít Nhiệt độ nước làm lạnh ở 300kPa: 150C Tốc độ dòng chảy dung dịch vệ sinh: 7.000 lít/h Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316 Kích thước thiết bị: chiều cao 4200mm, đường kính 1800mm Bảng 5.8 Lịch làm việc của bồn kết tinh Thời gian Kết tinh 10h30 – 11h00 Chạy hơi nước ở bồn 1 11h35 – 12h35 Kết tinh mẻ 1 ở bồn 1 12h35 – 13h35 Kiểm tra chất lượng mẻ 1 14h30 – 15h00 Chạy CIP bồn 1 12h35 – 13h05 Chạy hơi nước ở bồn 2 14h00 – 15h00 Kết tinh mẻ 2 ở bồn 2 15h00 – 16h00 Kiểm tra chất lượng mẻ 2 17h00 – 17h30 Chạy CIP bồn 2 16h25 – 17h25 Kết tinh mẻ 3 ở bồn 1 17h25 – 18h25 Kiểm tra chất lượng mẻ 3 19h30 – 20h00 Chạy CIP bồn 1 18h50 – 19h50 Kết tinh mẻ 4 ở bồn 2 19h50 – 20h50 Kiểm tra chất lượng mẻ 4 22h00 – 22h30 Chạy CIP bồn 2 21h20 – 22h20 Kết tinh mẻ 5 ở bồn 1 22h20 – 23h20 Kiểm tra chất lượng mẻ 5 0h00 – 0h30 Chạy CIP bồn 1 23h50 – 0h50 Kết tinh mẻ 6 ở bồn 2 0h50 – 1h50 Kiểm tra chất lượng mẻ 6 2h30 – 3h00 Chạy CIP bồn 2 5.2.7 Thiết bị rót - Chọn thời gian rót mỗi mẻ là 1h. - Chọn loại bao bì đóng gói là lon thép tráng thiếc, lượng sữa đặc trong mỗi hộp là 370g, thể tích mỗi lon là 300ml. - Năng suất thiết bị rót: hộp/h = 227 hộp/phút Chọn thiết bị rót RPF Rotary piston filler của hãng MRM/Elgin Corp với các thông số kỹ thuật như sau: Độ chính xác: thể tích Năng suất tối đa: 300 hộp/phút Số đầu rót: 30 Chọn kèm thiết bị ghép nắp,dán nhãn: + Chọn thiết bị dập nắp hộp: năng suất 300 hộp/phút + Chọn thiết bị dập đáy hộp: năng suất 300 hộp/phút + Chọn thiết bị làm thân hộp: năng suất 300 hộp/phút + Chọn thiết bị dán nhãn: năng suất 300 hộp/phút. Hình 5.13 Thiết bị rót RPF Rotary piston filler của hãng MRM/Elgin Corp Bảng 5.9 Lịch làm việc của thiết bị rót sản phẩm Thời gian Rót 13h55 – 14h55 Rót mẻ 1 15h30 – 16h30 Rót mẻ 2 17h55 – 18h55 Rót mẻ 3 20h20 – 21h20 Rót mẻ 4 22h50 – 23h50 Rót mẻ 5 1h20 – 2h20 Rót mẻ 6 2h30 – 3h00 Chạy CIP 5.3 Tính chọn thiết bị phụ: [4], [12], [18] 5.3.1 Bồn trữ lạnh - Lượng sữa tươi cần chứa trong một ngày: Mst = 49044,48kg » 47.616 lít Đặt mua hai bồn trữ lạnh của hãng Greenoak Equiment Ltd với các thông số kỹ thuật sau: Bồn có dạng hình trụ, đáy cầu, đặt nằm ngang hoặc đứng, cấu tạo vỏ áo, có lớp cách nhiệt nhằm ổn định nhiệt độ bảo quản của sữa từ 4-60C. Bồn được trang bị các cảm biến mực chất lỏng, cảm biến nhiệt độ, bộ phận điều khiển kết nối CIP. Mỗi bồn có dung tích 25000 lít, đường kính 2400mm. Chiều dài cần thiết của bồn: Hệ số chứa đầy: Chiều dài thực tế đặt mua: L = 6,5m Mỗi bồn có hai cánh khuấy, công suất động cơ 2,5hp Hình 5.14 Bồn trữ lạnh sữa của hãng Greenoak dạng nằm ngang 5.3.2 Bồn chứa syrup saccharose - Khối lượng syrup cần thiết cho sản xuất trong một ngày: 17061,78kg » 12187 lít (lấy tỷ trọng của surup saccharose là 1,4g/ml). Chọn thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank của hãng Tetra Pak Ltd, thông số kỹ thuật: Dung tích: loại 15.000 lít Kích thước: thiết bị hình trụ có đường kính 2m, chiều cao 4,8m. Hình 5.15 Thiết bị Tetra Alsafe™ Aseptic Tank hãng Tetra Pak 5.3.3 Bồn trung gian chứa sữa sau cô đặc - Lượng nguyên liệu vào bồn chứa: 5.055,4 lít/mẻ. - Thời gian lưu của sữa trong bồn chứa là 30 phút. Chọn bồn chứa Tetra Alsafe SV của Tetrapak năng suất chứa 7.000 l/h Hình 5.16 Bồn chứa Tetra Alsafe SV của hãng Tetra Pak 5.3.4 Bồn chứa mầm lactose - Khối lượng lactose dùng cho một ngày sản xuất: 37,572kg/3ca. Chọn mua cyclo hình trụ, đáy côn có khả năng chứa 50kg nguyên liệu được chế tạo bằng thép không rỉ. 5.3.5 Bồn chứa lecithine - Khối lượng lecithine dùng cho một ngày sản xuất: 111,6kg/3ca. Chọn mua cyclo hình trụ, đáy con có khả năng chứa 120kg nguyên liệu được chế tạo bằng thép không rỉ. 5.3.6 Cyclon chứa bột sữa gầy - Khối lượng sữa gầy sử dụng trong một ngày sản xuất: 3.143,34kg/ngày. - Mỗi ca trộn 2 mẻ, mỗi mẻ chia ra 4 lần trộn. Như vậy khối lượng bột sữa gầy cần cho 1 lần trộn là 130,97kg/lần. Đặt mua cyclon chứa có khả năng chứa đủ khối lượng bột cần cho 1 lần trộn, chứa được khoảng 180kg bột (hệ số chứa đầy của cyclon chọn là 0,8). 5.3.7 Thiết bị CIP - Đối với những thiết bị tiếp xúc trực tiếp với sữa như: bồn chứa, thiết bị cô đặc, bồn kết tinh, bồn phối trộn thì lượng nước rửa chiếm 10 – 20% thể tích thiết bị. - Đối với thiết bị thanh trùng, đồng hóa thì lượng nước rửa chiếm toàn bộ thể tích thiết bị (100%). - Chế độ chạy CIP như sau: Tráng rửa nước ấm trong khoảng 10 phút. Bơm tuần hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 5 phút ở nhiệt độ 700C. Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 5 phút. Bơm tuần hoàn dung dịch acid (HNO3) 0,5 – 1,0% trong khoảng 5 phút ở nhiệt độ 700C. Tráng rửa dung dịch acid bằng nước lạnh trong khoảng 5 phút. - Trong các thiết bị trên thì bồn chứa sữa tươi có thể tích chứa lớn nhất 25.000lit. Vậy lượng nước cần vệ sinh bồn khoảng 25.000 x 0,2 = 5000lit nước trong khoảng thời gian trung bình 20 phút. Năng suất chạy nước của thiết bị CIP:15.000l/h Vậy chọn thiết bị Tetra Alcip 10 của Tetra Pak năng suất 15.000l/h với các thông số kỹ thuật sau: Bơm: công suất 4kW, điện áp 400V Lượng nước tiêu thụ: 15.000l/h Lượng hơi tiêu thụ: tối đa 440kg/h Kích thước thiết bị: 1.910 x 1.230 x 2.150 (mm) 5.3.8 Tính và chọn bơm a) Các bơm thực hiện vận chuyển sữa từ thiết bị cô đặc đến máy rót - Tổng số bơm cần là 2 bơm: 1 bơm vận chuyển sữa từ bồn trung gian sau cô đặc đến 2 bồn kết tinh, bơm còn lại vận chuyển sữa cô đặc từ 2 bồn kết tinh đến máy rót. - Lưu lượng sữa cần vận chuyển: Do độ nhớt của sữa trong giai đoạn này khá cao nên ta chọn bơm răng khía. Loại bơm: A3H – 10/12*1 (bảng 11.46 - Sổ tay QTTB tập 1) Năng suất tối đa: 10 m3/h Áp suất đẩy: 10at Số vòng quay: 1460 vòng/phút Công suất động cơ điện: 7,3kW Đường kính trong của ống: ống vào 55mm, ống ra 55mm Số bánh răng: 2 Kích thước: 425 x 300 x 288 (mm) Khối lượng: 95kg b) Bơm vận chuyển syrup và AMF Loại bơm dùng là bơm răng khía, các thông số công nghệ sau: Hiệu bơm: A3P – 0,8*2 (bảng 11.46 – Sổ tay QT&TB tập 1) Năng suất: 0,8 m3/h Áp suất đẩy: 2,5at Công suất động cơ: 1kW Số vòng quay: 1.410 vòng/phút Đường kính trong của ống: ống vào 17mm và ống ra 17mm Số bánh răng: 2 Kích thước: 650 x 240 x 265 (mm) Khối lượng: 51kg c) Bơm vận chuyển sữa tươi nguyên liệu - Gồm 2 bơm: 1 bơm vận chuyển sữa tươi đến thiết bị gia nhiệt, 1 bơm vận chuyển sữa đã gia nhiệt đến thiết bị phối trộn. - Lưu lượng sữa cần vận chuyển: 7.936 lit/h. Dựa vào năng suất này, ta chọn bơm có các đặc tính sau: Kiểu bơm: bơm ly tâm, một cấp nằm ngang Loại bơm: CM32 – 160 C Hãng sản xuất: EARA (Italia) Năng suất bơm: 4,5 – 21 m3/h Cột áp tổng: H = 14,1 – 24,4 m Công suất động cơ: N = 2hp (1,5kW) d) Các bơm vận chuyển sữa từ bồn trộn đến thiết bị cô đặc - Gồm 4 bơm: bơm vận chuyển sữa từ bồn trộn chuẩn hóa đến các bồn trung gian, từ bồn trung gian đến thiết bị thanh trùng, từ thiết bị đồng hóa đến bồn trộn syrup và từ bồn trộn surup đến thiết bị cô đặc. - Lưu lượng sữa cần vận chuyển: 4.315 – 8.432,96 lit/h. Chọn bơm ly tâm, một cấp nằm ngang, loại CM32 – 160 C của hãng EARA (Italia) có năng suất bơm 4,5 – 21 m3/h.