Tài liệu Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi có tổng năng suất 29,2 triệu lít nguyên liệu năm gồm hai dây chuyền sản xuất sữa chua uống men sống có năng suất 16,8 triệu lít sản phẩm năm và sữa chua truyền thống

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SỮA TỪ NGUYÊN LIỆU SỮA TƯƠI CÓ TỔNG NĂNG SUẤT 29,2 TRIỆU LÍT NGUYÊN LIỆU/NĂM GỒM HAI DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT: SỮA CHUA UỐNG MEN SỐNG CÓ NĂNG SUẤT 16,8 TRIỆU LÍT SẢN PHẨM/NĂM VÀ SỮA CHUA TRUYỀN THỐNG Sinh viên thực hiện: Phan Nguyễn Hải Hậu Số thẻ sinh viên: 107150081 Lớp: 15H2A Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Đồ án bao gồm 1 bản thuyết minh và 5 bản vẽ, đồ án có đề tài: “Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi có tổng năng suất 29,2 triệu lít nguyên liệu/năm gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống men sống có năng suất 16,8 triệu lít sản phẩm/năm và sữa chua truyền thống”. Về phần thuyết minh, gồm 9 chương về những nội dung sau: Lập luận kinh tế kỹ thuật nhằm chọn địa điểm xây dựng nhà máy phù hợp, tổng quan chung về nguyên liệu và sản phẩm cần sản xuất, chọn và thuyết minh quy trình công nghệ, tính lượng nguyên liệu và lượng bán thành phẩm của mỗi công đoạn thông qua việc tính cân bằng vật chất để chọn thiết bị sản xuất phù hợp, tính lượng hơi, nước, nhiên liệu nhà máy sử dụng. Sau cùng là tính xây dựng tổ chức nhà máy, kiểm tra sản xuất và đánh giá chất lượng, đảm bảo an toàn lao động và vệ sinh nhà máy. Về phần bản vẽ gồm có 5 bản vẽ được thể hiện trên cỡ giấy A0 gồm: - Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ: thể hiện các công đoạn trong phân xưởng sản xuất. - Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất: thể hiện cách bố trí, khoảng cách giữa các thiết bị trong phân xưởng sản xuất. - Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất: thể hiện hình dạng của thiết bị trong phân xưởng theo mặt cắt đứng. - Bản vẽ đường ống hơi nước: cụ thể hóa cách bố trí các đường ống trong phân xưởng, bao gồm đường ống dẫn hơi, nước, nước ngưng và nước thải. - Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy: thể hiện cách bố trí và xếp đặt phân xưởng sản xuất và các công trình phụ trong nhà máy. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Nguyễn Hải Hậu Số thẻ sinh viên: 107150081 Lớp: 15H2A Khoa: Hóa Ngành: Công nghệ thực phẩm 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi có tổng năng suất 29,2 triệu lít nguyên liệu/năm gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống men sống có năng suất 16,8 triệu lít sản phẩm/năm và sữa chua truyền thống. 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: - Nguyên liệu: sữa tươi có hàm lượng chất khô 13,5%, trong đó có 3,2% chất béo - Sản phẩm: + Sữa chua uống men sống: hàm lượng chất khô 21%, trong đó có 2,5% chất béo, 4% saccharose và 2% dextrose + Sữa chua truyền thống: có 4,3% saccharose. 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Mục lục - Mở đầu - Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật - Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm - Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ - Chương 4: Tính cân bằng vật chất - Chương 5: Tính và chọn thiết bị - Chương 6: Tính hơi – nước – nhiên liệu - Chương 7: Tính tổ chức và xây dựng - Chương 8: Kiểm tra sản xuất và sản phẩm - Chương 9: An toàn lao động và vệ sinh xí nghiệp - Kết luận - Tài liệu tham khảo 5. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ): - Bản vẽ số 1: Sơ đồ quy trình công nghệ (A0) - Bản vẽ số 2: Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0) - Bản vẽ số 3: Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (A0) - Bản vẽ số 4: Bản vẽ đường ống hơi – nước (A0) - Bản vẽ số 5: Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy (A0) 6. Họ tên người hướng dẫn: Mạc Thị Hà Thanh 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 26/08/2019 8. Ngày hoàn thành đồ án: 05/12/2019 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Người hướng dẫn PGS. TS. Đặng Minh Nhật TS. Mạc Thị Hà Thanh LỜI CẢM ƠN Với nhiệm vụ đồ án thiết kế một nhà máy chế biến sữa là cơ hội để tôi củng cố, kiểm chứng và vận dụng kiến thức đã được học trong suốt 4 năm qua. Ngoài ra, tôi còn được tiếp cận, tiếp thu thêm nhiều kiến thức mới trong lĩnh vực chế biến sản phẩm từ sữa. Qua đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Hóa trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng đã hết mình, tâm huyết trong quá trình giảng dạy. Ngoài kiến thức chuyên ngành, thứ thầy cô chia sẻ cho chúng tôi còn là những kinh nghiệm sống, kiến thức và kỹ năng vào đời. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô bộ môn Công nghệ thực phẩm đã quan tâm, chỉ bảo tận tình và sẵn sàng giải đáp thắc mắc giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ đồ án của mình. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Mạc Thị Hà Thanh, là người trong thời gian qua đã dành rất nhiều thời gian để hướng dẫn tôi thực hiện đồ án này. Cô đã chỉ bảo rất nhiệt tình, sẵn sàng giải đáp thắc mắc và cho phép tôi trình bày quan điểm, ý kiến cá nhân một cách cởi mở. Từ đó tạo động lực để tôi hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp đã dành thời gian để đọc và cho nhận xét cho về đồ án của tôi. Xin chân thành cảm ơn. i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung đồ án này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô Mạc Thị Hà Thanh. Các số liệu thống kê, các kiến thức, nhận định, các thông tin thiết bị,… đều được trích dẫn chính xác từ các tài liệu đã được nêu trong mục Tài liệu tham khảo với chú thích cụ thể. Các bản vẽ có sự tham khảo từ đồ án của các khóa trước nhưng được vẽ dựa trên việc vận dụng kiến thức đã học và tìm hiểu được cùng với sự góp ý của giáo viên hướng dẫn. Bố cục trình bày bài thuyết minh, bản vẽ và các giấy tờ quy định đã được thực hiện theo đúng quy định của nhà trường. Đà Nẵng, ngày 05 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực hiện Phan Nguyễn Hải Hậu ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn ............................................................................................................................. i Cam đoan ..............................................................................................................................ii Mục lục ............................................................................................................................... iii Danh mục bảng và hình vẽ .................................................................................................vii MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật ............................................................................... 2 1.1. Vị trí đặt nhà máy ........................................................................................................ 2 1.2. Đặc điểm tự nhiên ........................................................................................................ 2 1.3. Vùng nguyên liệu ......................................................................................................... 2 1.4. Hợp tác hóa................................................................................................................... 3 1.5. Nguồn cung cấp điện, hơi ............................................................................................ 3 1.6. Hệ thống cấp thoát nước ............................................................................................. 3 1.7. Giao thông vận tải ........................................................................................................ 3 1.8. Nguồn nhân lực ............................................................................................................ 3 1.9. Kết luận ......................................................................................................................... 4 Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm ........................................................ 5 2.1. Tổng quan về nguyên liệu ........................................................................................... 5 2.1.1. Nguyên liệu chính....................................................................................................... 5 2.1.2. Nguyên liệu phụ ....................................................................................................... 12 2.2. Tổng quan về sản phẩm ............................................................................................ 17 2.2.1. Giới thiệu .................................................................................................................. 17 2.2.2. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm ................................................................................... 18 2.2.3. Yêu cầu về điều kiện vận chuyển và bảo quản......................................................... 19 2.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm ở Việt Nam và trên thế giới ................ 19 2.3.1. Trên thế giới ............................................................................................................. 19 2.3.2. Ở Việt Nam ............................................................................................................... 20 Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ ................................................. 21 3.1. Chọn phương án thiết kế .......................................................................................... 21 iii 3.2. Sơ đồ quy trình công nghệ ........................................................................................ 22 3.3. Thuyết minh quy trình công nghệ............................................................................ 23 3.3.1. Các công đoạn chung................................................................................................ 23 3.3.2. Dây chuyền sữa chua truyền thống .......................................................................... 27 3.3.3. Dây chuyền sữa chua uống men sống ...................................................................... 28 Chương 4: Tính cân bằng vật chất ................................................................................. 31 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy ............................................................................... 31 4.1.1. Năng suất nhà máy ................................................................................................... 31 4.1.2. Phân tích kế hoạch sản xuất...................................................................................... 31 4.2. Tính cân bằng vật chất .............................................................................................. 33 4.2.1. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa chua uống men sống ............. 33 4.2.2. Tính cân bằng vật chất cho công đoạn chung của hai dây chuyền........................... 38 4.2.3. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa chua truyền thống ................. 40 4.2.4. Tính tỉ trọng bán thành phẩm và thành phẩm ........................................................... 43 4.3. Tính số hộp và số thùng cho công đoạn hoàn thiện sản phẩm .............................. 44 4.3.1. Đối với sữa chua truyền thống ................................................................................. 44 4.3.2. Đối với sữa chua uống men sống ............................................................................. 44 4.4. Tổng kết ...................................................................................................................... 45 Chương 5: Tính và chọn thiết bị ..................................................................................... 48 5.1. Các thiết bị dùng trong dây chuyền sản xuất của nhà máy ................................... 48 5.2. Chọn và tính toán thiết bị ......................................................................................... 49 5.2.1. Nguyên tắc chọn ....................................................................................................... 49 5.2.2. Cách tính toán thiết bị............................................................................................... 49 5.2.3. Tính toán và chọn thiết bị chung cho cả hai dây chuyền ......................................... 50 5.2.4. Tính toán và chọn thiết bị cho dây chuyền sữa chua truyền thống .......................... 56 5.2.5. Tính toán và chọn thiết bị cho dây chuyền sữa chua uống men sống ...................... 59 5.2.6. Tính bơm cho dây chuyền ........................................................................................ 64 5.2.7. Chọn băng tải ............................................................................................................ 65 5.2.8. Tính kích thước phòng ủ lên men sữa chua truyền thống ........................................ 67 5.2.9. Tổng kết các thiết bị ................................................................................................. 68 Chương 6: Tính hơi – nước – nhiên liệu......................................................................... 70 6.1. Tính hơi ...................................................................................................................... 70 6.1.1. Thiết bị trao đổi nhiệt ............................................................................................... 70 iv 6.1.2. Thiết bị hoạt hóa giống ............................................................................................. 73 6.1.3. Nồi nấu siro .............................................................................................................. 75 6.1.4. Thiết bị lên men chính .............................................................................................. 76 6.1.5. Thùng nấu nước công nghệ ...................................................................................... 78 6.1.6. Thiết bị thanh trùng sữa chua uống men sống .......................................................... 80 6.1.7. Tổng kết .................................................................................................................... 81 6.2. Tính nước ................................................................................................................... 82 6.2.1. Nước cấp ................................................................................................................... 82 6.2.2. Thoát nước ................................................................................................................ 85 6.3. Tính nhiên liệu ........................................................................................................... 86 6.3.1. Dầu DO (diesel) ........................................................................................................ 86 6.3.2 Xăng cho vận tải, dầu nhờn bôi trơn thiết bị ............................................................. 87 Chương 7: Tính tổ chức và xây dựng ............................................................................. 88 7.1. Sơ đồ tổ chức hành chính .......................................................................................... 88 7.2. Chế đồ làm việc .......................................................................................................... 88 7.3. Tính nhân sự .............................................................................................................. 88 7.3.1. Nhân lực lao động theo giờ hành chính .................................................................... 88 7.3.2. Nhân lực lao động theo ca ........................................................................................ 89 7.4. Tính xây dựng ............................................................................................................ 90 7.4.1. Đặc điểm khu đất xây dựng nhà máy ....................................................................... 90 7.4.2. Các công trình xây dựng........................................................................................... 90 7.4.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy ............................................................................. 104 Chương 8: Kiểm tra sản xuất và sản phẩm ................................................................. 106 8.1. Mục đích kiểm tra sản xuất và sản phẩm ............................................................. 106 8.2. Kiểm tra nguyên liệu ............................................................................................... 106 8.3. Kiểm tra công đoạn trong quá trình sản xuất ...................................................... 107 8.4. Kiểm tra thành phẩm .............................................................................................. 109 Chương 9: An toàn lao động và vệ sinh xí nghiệp ....................................................... 111 9.1. An toàn lao động ...................................................................................................... 111 9.1.1. Các nguyên nhân chủ yếu gây tai nạn trong sản xuất ............................................ 111 9.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động ............................................................ 111 9.1.3. Những yêu cầu về an toàn lao động ....................................................................... 112 9.2. Vệ sinh xí nghiệp ...................................................................................................... 113 v 9.2.1. Vệ sinh cá nhân ...................................................................................................... 113 9.2.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị ....................................................................................... 114 9.2.3. Vệ sinh xí nghiệp .................................................................................................... 114 9.2.4. Xử lý nước thải ....................................................................................................... 114 KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 116 vi DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần hóa học chủ yếu trong 100g sữa bò tươi ........................................... 7 Bảng 2.2 Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò ........................................................ 8 Bảng 2.3 Chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi nguyên liệu ......................................................... 9 Bảng 2.4. Chỉ tiêu hóa lí của sữa tươi nguyên liệu .............................................................. 9 Bảng 2.5. Chỉ tiêu an toàn thực phẩm trong sữa tươi nguyên liệu ..................................... 10 Bảng 2.6 Một số tính chất của men trong lên men sữa chua .............................................. 13 Bảng 2.7 Tiêu chuẩn đối với đường tinh luyện .................................................................. 13 Bảng 2.8 Tiêu chuẩn chất lượng của pectin theo IPPA ...................................................... 14 Bảng 2.9 Chỉ tiêu cảm quan của sữa bột gầy ..................................................................... 15 Bảng 2.10 Các chỉ tiêu chất lượng quan trọng của sữa bột gầy ......................................... 15 Bảng 2.11 Một số chỉ tiêu quan trọng của nước ................................................................. 16 Bảng 2.12 Chỉ tiêu thành phần của sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống ... 19 Bảng 4.1 Kế hoạch nhập sữa tươi của nhà máy ................................................................. 31 Bảng 4.2 Kế hoạch sản xuất theo ca của nhà máy ............................................................. 32 Bảng 4.3 Kế hoạch sản xuất của nhà máy .......................................................................... 32 Bảng 4.4 Tiêu hao nguyên liệu từng công đoạn dây chuyền sữa chua uống men sống ..... 33 Bảng 4.5 Tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn chung ............................................... 38 Bảng 4.6 Tiêu hao nguyên liệu từng công đoạn của dây chuyền sữa chua truyền thống .. 41 Bảng 4.7 Tổng kết quá trình cân bằng vật chất .................................................................. 45 Bảng 4.8 Tổng kết nguyên liệu và bán thành phẩm vào thiết bị theo từng công đoạn ...... 46 Bảng 4.9 Tổng kết nguyên liệu phụ.................................................................................... 47 Bảng 4.10 Tổng kết bao bì sản phẩm ................................................................................. 47 Bảng 5.1 Các thiết bị dùng trong dây chuyền sản xuất của nhà máy ................................. 48 Bảng 5.2 Tổng kết các thiết bị trong dây chuyền sản xuất ................................................. 68 Bảng 6.1 Tổng kết chi phí hơi sử dụng của các thiết bị ..................................................... 81 Bảng 7.1 Nhân lực giờ hành chính ..................................................................................... 88 Bảng 7.2 Nhân lực lao động theo ca................................................................................... 89 Bảng 7.3 Nguyên liệu phụ cần dùng .................................................................................. 93 Bảng 7.4 Tổng kết các công trình xây dựng ..................................................................... 103 vii Bảng 8.1 Chỉ tiêu và chế độ kiểm tra nguyên liệu đầu vào .............................................. 106 Bảng 8.2 Chỉ tiêu và chế độ các công đoạn sản xuất ....................................................... 107 Bảng 8.3 Chỉ tiêu và chế độ kiểm tra thành phẩm ........................................................... 109 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Cấu trúc micelle của casein ................................................................................... 6 Hình 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phát triển của vi sinh vật trong sữa nguyên liệu ... 11 Hình 2.3 Streptococcus thermophilus ................................................................................ 12 Hình 2.4 Lactobacillus bulgaricus ...................................................................................... 12 Hình 2.5 Sản phẩm đóng gói men sống Lactobacillus Casei 431R .................................... 16 Hình 2.6 Sản phẩm sữa chua Dalatmilk ............................................................................. 18 Hình 2.7 Sản phẩm sữa chua uống men sống TH true milk ............................................... 18 Hình 2.8 Tốc độ tăng trưởng của thị trường sữa Việt Nam giai đoạn 2010 – 2020........... 20 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống .... 22 Hình 5.1 Cấu tạo thùng chứa .............................................................................................. 50 Hình 5.2 Lưu lượng kế ....................................................................................................... 51 Hình 5.3 Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng ......................................................................... 52 Hình 5.4 Thiết bị phối trộn ................................................................................................. 53 Hình 5.5 Thiết bị bài khí chân không ................................................................................. 53 Hình 5.6 Thiết bị đồng hóa ................................................................................................. 54 Hình 5.7 Ống lưu nhiệt xếp dích dắc .................................................................................. 55 Hình 5.8 Bồn khuấy sữa tròn .............................................................................................. 56 Hình 5.9 Thiết bị phối trộn ................................................................................................. 56 Hình 5.10 Nồi nấu siro ....................................................................................................... 57 Hình 5.11 Thiết bị rót và ghép mí ...................................................................................... 58 Hình 5.12 Thiết bị đóng thùng ........................................................................................... 59 Hình 5.13 Bồn lên men ...................................................................................................... 60 Hình 5.14 Băng tải trục vít ................................................................................................ 61 Hình 5.15 Bồn chờ rót ........................................................................................................ 63 Hình 5.16 Thiết bị chiết rót và ghép mí.............................................................................. 64 Hình 5.17 Bơm ly tâm ........................................................................................................ 65 Hình 5.18 Bơm áp lực ........................................................................................................ 65 Hình 5.19 Băng tải dây xích ............................................................................................... 66 Hình 5.20 Băng tải xích ...................................................................................................... 67 viii Hình 5.21 Sơ đồ vị trí các pallet trong phòng ủ lên men.................................................... 68 Hình 6.1 Nồi hơi ................................................................................................................. 82 Hình 7.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy ........................................................................................ 88 Hình 7.2 Thiết bị làm lạnh .................................................................................................. 92 Hình 7.3. Bồn trữ sữa ......................................................................................................... 93 ix Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống MỞ ĐẦU Sữa là nguồn thực phẩm bổ sung dinh dưỡng quan trọng và phổ biến của con người. Đây chính là nguồn cung cấp protein, lipid, khoáng, vitamin,… dồi dào và đa phần đều ở dạng dễ hấp thu. Tầm quan trọng của sữa được thể hiện rõ qua việc sữa chính là nguồn dinh dưỡng duy nhất sử dụng khi chúng ta vừa chào đời. Với sự phát triển trong đời sống xã hội, thì nhu cầu về thực phẩm, dinh dưỡng của người tiêu dùng cũng tăng cao và có những yêu cầu khắt khe hơn. Người tiêu dùng quan tâm nhiều hơn đến sức khỏe, thể lực nên thực phẩm chứa probiotics là một trong những thứ mà họ hướng đến. Trên thực tế, probiotics là các vi khuẩn có lợi đường ruột, được bổ sung vào chế độ ăn nhằm cân bằng vi sinh đường ruột và cải thiện chức năng ruột. Bởi chính những lẽ đó mà nhà sản xuất thực phẩm đang chú trọng, đẩy mạnh tung ra thị trường các thực phẩm chứa probiotics. Và các doanh nghiệp chế biến sữa cũng không ngoại lệ, đặc biệt ở phân khúc sữa chua và sữa chua uống. Bên cạnh đó, khi nhìn lại thị trường sữa trong nước, chúng ta đang chịu sự chi phối, cạnh tranh quá mạnh của các thương hiệu sữa ngoại và thật sự các nhà sản xuất sữa nội vẫn chưa thể đáp ứng đủ nhu cầu của người tiêu dùng hiện nay. Do đó, sự ra đời của các nhà máy chế biến sữa ở Việt Nam trong thời điểm hiện tại là cần thiết. Nhà máy chế biến sữa này không những giúp đáp ứng nhu cầu sử dụng thực phẩm cải thiện sức khỏe của người tiêu dùng mà còn góp phần giải quyết vấn đề lao động, phát triển kinh tế nước nhà và dần dần chiếm lại thị trường nội địa tiềm năng từ các thương hiệu ngoại. Từ những thực tế đó, đồ án được lựa chọn thực hiện: “Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi có tổng năng suất 29,2 triệu lít nguyên liệu/năm gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống men sống có năng suất 16,8 triệu lít sản phẩm/năm và sữa chua truyền thống”. SVTH: Phan Nguyễn Hải Hậu GVHD: Mạc Thị Hà Thanh 1 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống 1) CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Trước khi thiết kế nhà máy, cần tìm hiểu toàn diện các vấn đề liên quan đến nhà máy, vì vậy đây là phân quyết định sự tồn tại của một nhà máy [1]. 1.1. Vị trí đặt nhà máy Qua nghiên cứu tìm hiểu, nhà máy chế biến sữa được chọn xây dựng tại khu công nghiệp Điện Nam - Điện Ngọc. - Tên khu công nghiệp: Điện Nam - Điện Ngọc - Địa chỉ: Xã Điện Nam và xã Điện Ngọc, Thị xã Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam. - Tổng diện tích: 390 ha trong đó có 15% đất sử dụng trồng cây xanh giúp giảm bụi và tiếng ồn. 1.2. Đặc điểm tự nhiên Quảng Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, chỉ có 2 mùa là mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa thường kéo dài từ tháng 10 đến tháng 12, mùa khô kéo dài từ tháng 2 đến tháng 8, tháng 1 và tháng 9 là các tháng chuyển tiếp với đặc trưng là thời tiết hay nhiễu loạn và khá nhiều mưa. Nhiệt độ: trung bình năm 25,6°C, nhiệt độ trung bình vùng núi thì thấp hơn. Độ ẩm trung bình trong không khí đạt 84%. Lượng mưa trung bình 2000 - 2500mm [2]. Hướng gió chủ yếu là hướng Đông Nam. Tài nguyên đất nông nghiệp lớn, phù hợp cho việc xây dựng vùng nguyên liệu là trang trại bò sữa. 1.3. Vùng nguyên liệu Quảng Nam là khu vực chưa được đầu tư và phát triển ngành nông nghiệp chăn nuôi bò sữa, nên ban đầu nguồn nguyên liệu được cung cấp từ Đà Lạt hay các tỉnh Bắc Trung Bộ như Thanh Hóa, Nghệ An. Việc chăn nuôi bò sữa nước ta chưa đủ để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu của các nhà máy chế biến sữa, do đó hằng năm lượng sữa bột nhập từ nước ngoài là rất lớn. Từ lí do đó, nếu muốn xây dựng nhà máy sữa sử dụng nguyên liệu sữa tươi, có tầm nhìn xa thì đòi hỏi doanh nghiệp phải hướng đến việc xây dựng trang trại bò sữa, vừa chủ động trong khâu nguyên liệu vừa đảm bảo chất lượng sữa tươi. Trong khi đó, tỉnh Quảng Nam còn khá nhiều đất nông nghiệp, phù hợp việc xây dựng trang trại và sử dụng đất để trồng cỏ SVTH: Phan Nguyễn Hải Hậu GVHD: Mạc Thị Hà Thanh 2 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống cung cấp thức ăn cho bò sữa nhằm tạo vùng nguyên liêu ổn định cho nhà máy. Thế nên phương án tối ưu là xây dựng nhà máy kết hợp phát triển trang trại bò sữa. 1.4. Hợp tác hóa Khu công nghiệp Điện Nam - Điện Ngọc với nhiều loại hình nhà máy khác nhau và hiện đại, nên việc hợp tác hoá giữa các nhà máy ở các khâu, từ nguyên liệu, bao bì, phân phối,… đem lại thuận lợi lớn về mặt kinh tế, tạo sự phát triển bền vững. 1.5. Nguồn cung cấp điện, hơi Điện: nhà máy sử dụng mạng lưới điện cùng với mạng lưới điện của khu công nghiệp. Khu công nghiệp sử dụng từ hệ thống lưới điện quốc gia 500KV truyền tải về khu công nghiệp bằng đường dây 110KV. Tại chân khu công nghiệp có trạm biến áp 40 MVA (110/22), mạng 22 KV trong khu công nghiệp. Hơi: nguyên liệu chủ yếu là dầu DO để đốt nóng lò hơi riêng của nhà máy phục vụ cho quá trình sản xuất. 1.6. Hệ thống cấp thoát nước Đối với nhà máy thực phẩm, nước là vấn đề rất quan trọng, đặc biệt với nhà máy chế biến sữa thì chất lượng nguồn nước phải càng được quan tâm. Nhà máy sẽ được cung cấp nước từ nhà máy nước có công suất 5000 m3 /ngày đêm trong khuôn viên khu công nghiệp. Nước thải của nhà máy được xử lí tại khu xử lý của nhà máy nhằm đạt yêu cầu trước khi đưa thải ra khu nước thải tập trung của khu công nghiệp và được nhà máy nước xử lí. 1.7. Giao thông vận tải Giao thông trong khu công nghiệp: đường trục chính rộng 51m, dài 300m, đường 15m dài 5000m, đường 10,5m dài 4300m. Nằm kề tỉnh lộ 607 nối Thành phố Đà Nẵng với phố cổ Hội An. Cách sân bay quốc tế Đà Nẵng 20km, cảng Tiên Sa 29km về phía Bắc, cách sân bay Chu Lai, cảng Kỳ Hà, khu lọc hóa dầu Dung Quất 100km [3]. Tất cả đều tạo điều kiện vô cùng thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu, nhiên liệu, sản phẩm và máy móc thiết bị. 1.8. Nguồn nhân lực Nhà máy nằm trong khu công nghiệp thuộc Thị xã Điện Bàn nằm cạnh thành phố Đà Nẵng. Đà Nẵng là trung tâm đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao đẳng, đại học của cả nước, trong đó có trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng là nơi đào tạo đội ngũ kỹ sư có chất lượng chuyên môn cao, đáp ứng được yêu cầu của các doanh nghiệp. Ngoài ra, còn có thể thu hút nguồn nhân lực từ các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên. Đối với vấn SVTH: Phan Nguyễn Hải Hậu GVHD: Mạc Thị Hà Thanh 3 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống đề nguồn lao động phổ thông, Điện Nam - Điện Ngọc nằm trong khu dân cư đông đúc là Thị xã Điện Bàn nên có được nguồn nhân công tại chỗ dồi dào. 1.9. Kết luận Với việc được xây dựng tại tỉnh Quảng Nam, có điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tương đối phù hợp cộng với việc phát triển trang trại bò sữa làm vùng nguyên liệu chủ động tại chỗ thì đặt nhà máy ở khu công nghiệp Điện Nam – Điện Ngọc là hợp lí. Hơn nữa, khu công nghiệp Điện Nam – Điện Ngọc cũng là một khu công nghiệp mới, lí tưởng cho các nhà máy thực phẩm, vì đáp ứng tốt các như cầu điện, nước, giao thông vận tải cho một nhà máy sản xuất nói chung và sản xuất thực phẩm nói riêng. SVTH: Phan Nguyễn Hải Hậu GVHD: Mạc Thị Hà Thanh 4 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống 2) CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Nguyên liệu chính 2.1.1.1. Giới thiệu Sữa là chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các dộng vật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá. Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu. Ở nước ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp thực phẩm. Và trong đồ án này, nguyên liệu sử dụng là sữa bò [4]. 2.1.1.2. Thành phần hóa học của sữa Thành phần hóa học chi tiết của sữa bò tươi được thể hiện ở bảng 2.1 (trang 7) và các thành phần hóa học chính được trình bày cụ thể như sau: ❖ Đường lactose Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành. Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới hai dạng: - Dạng 𝛼 -lactose monohydrate C12H22O11.H2O (phân tử 𝛼 -lactose ngậm một phân tử nước). - Dạng 𝛽 -lactose anhydrous C12H22O11 (phân tử 𝛽-lactose khan). Tỷ lệ hàm lượng giữa 𝛼-lactose monohydrate và 𝛽-lactose anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa. Lactose là đường khử. Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các disaccharide và monosaccharide thường gặp. Nếu như độ ngọt của saccharose được đánh giá với chỉ số 100, của maltose là 32, glucose là 74 và fructose là 173 thì độ ngọt của lactose chỉ đạt 16. Và chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên [4]. ❖ Chất béo Trong 1 ml sữa có khoảng 10÷15 tỷ hạt cầu béo. Do đó, ta có thể xem sữa là một hệ nhũ tương dầu trong nước. Các hạt cầu béo được bao bọc bởi một lớp màng lipoprotein tích điện âm. Các màng này có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa. Nếu ta không đồng hóa sữa tươi, trong thời gian bảo quản các hạt cầu béo có xu hướng kết hợp lại với nhau thành chùm nhờ một protein kém bền nhiệt là agglutinin. Do tỷ trọng SVTH: Phan Nguyễn Hải Hậu GVHD: Mạc Thị Hà Thanh 5 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống các hạt béo nhỏ hơn nước nên chúng sẽ nổi lên bề mặt sữa dưới tác dụng của lực đẩy Archimede và tạo nên váng sữa. Khi đó trong sữa tồn tại hai pha lỏng tách biệt: pha trên cùng với thành phần chủ yếu là lipid, pha dưới có tỷ trọng lớn hơn gồm nước và một số chất hòa tan trong sữa như đường lactose, khoáng, một số protein...[4]. ❖ Protein Trong sữa có 3 loại protein chủ yếu: casein chiếm khoảng 75 ÷ 85%, lactalbumin chiếm khoảng 6%, lactoglobulin chiếm khoảng 12% trong toàn bộ lượng protein có trong sữa và còn một vài loại protein khác nhưng hàm lượng không đáng kể. Casein là thành phần protein chủ yếu có trong sữa. Chúng tồn tại dưới dạng micelle. Mỗi micelle chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồm calci, magie, phosphate và citrate). Mỗi micelle do khoảng 400÷500 tiểu micelle hợp thành. Tiểu micelle có dạng hình cầu, đường kính dao động 10÷15nm bao gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau. Thành phần các casein α, β và κ trong tiểu micelle có thể thay đổi theo những tỷ lệ khác nhau. Các phận tử 𝛼 và β- casein nằm tập trung tại tâm tiểu micelle tạo nên vùng ưa béo, còn các phân tử κ -casein được bố trí tại vùng biên tiểu micelle. Trong cấu trúc micelle, các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ muối phosphate calci Ca3(PO4)2 và sự tương tác giữa các gốc kỵ nước. Các tiểu micelle ở vùng biên trong cấu trúc micelle thường chứa hàm lượng κ-casein khá cao. Do sự bố trí các đầu ưa nước của κ-casein luôn hướng ra vùng biên nên chính các phân tử κ -casein làm cho micelle hòa tan được trong sữa dưới dạng dung dịch keo và ổn định cấu trúc của micelle trong sữa [4]. A. B. C. D. E. Tiểu micelle Đầu ưa nước của κ-casein Phosphate κ-casein Tương tác kỵ nước Hình 2.1 Cấu trúc micelle của casein [5] ❖ Chất khoáng Trong số các nguyên tố khoáng có trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là calci, phosphore và magie. Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại SVTH: Phan Nguyễn Hải Hậu GVHD: Mạc Thị Hà Thanh 6 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua truyền thống và sữa chua uống men sống dưới dạng muối hòa tan trong sữa. Các nguyên tố khoáng khác như kali, natri, clore... đóng vai trò chất điện ly (electron). Cùng với lactose, chúng góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa trong bầu vú động vật với áp lực máu. Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zn, Fe, I, Cu,.... Chúng cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người. Một số nguyên tố độc hại như Pb, As... đôi khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò [4]. ❖ Vitamin Các vitamin trong sữa được chia làm hai nhóm: - Vitamin hòa tan trong nước gồm: B1, B2, B6, C. - Vitamin hòa tan trong chất béo gồm: A, D, E. Nhìn chung, hàm lượng các vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định, là do chúng được tổng hợp chủ yếu bởi các vi khuẩn trọng ngăn thứ nhất dạ dày của nhóm động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Tuy nhiên, hàm lượng vitamin tan trong chất béo bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết [4]. ❖ Enzyme Enzyme trong sữa bò do tuyến vú tiết ra hoặc do các vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên. Sự có mặt của các enzyme trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó làm giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa. Tuy nhiên, một số enzyme có trong sữa như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn. Chúng tham gia vào việc ổn định chất lượng sữa tươi trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. - Lactoperoxydase: enzyme này luôn có trong sữa động vật, nó do tuyến vú tiết ra. - Ngoài ra còn có các enzyme phổ biến khác như: catalase, lipase, phosphatase, protease, lysozyme [4]. Bảng 2.1 Thành phần hóa học chủ yếu trong 100g sữa bò tươi Các thành phần chính Thành phần Đơn vị Hàm lượng Nước g 86,2 Protein g 3,9 Lipid g 4,4 Glucid (chủ yếu là lactose) g 4,8 Tro g 0,7 SVTH: Phan Nguyễn Hải Hậu GVHD: Mạc Thị Hà Thanh 7