Tài liệu Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm 2 dây chuyền sản xuất sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SỮA TỪ NGUYÊN LIỆU SỮA TƯƠI GỒM 2 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT: SỮA GẦY TIỆT TRÙNG KHÔNG ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 15,5 TRIỆU LÍT NGUYÊN LIỆU/NĂM VÀ KEM HỘP VỚI NĂNG SUẤT 30000 LÍT SẢN PHẨM/NGÀY Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Huệ Số thẻ SV: 107150149 Lớp: 15H2B Đà Nẵng – Năm 2019 i TÓM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm 2 dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày”. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Huệ Số thẻ SV: 107150149 Lớp: 15H2B Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm có 9 chương: Chương 1: Lập luận về kinh tế: Tìm hiểu sự cần thiết xây dựng nhà máy và chọn địa điểm xây dựng nhà máy, tìm hiểu về đặc điểm thiên nhiên, đặ c điểm về vùng nguyên liệu, mạng lưới đường giao thông, thị trường tiêu thụ, hợp tác hóa cũng như là nhân công lao động trong nhà máy. Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm: Tìm hiểu về các đặc điểm, tính chất của nguyên liệu và sản phẩm. Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ: Đưa ra cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ, lựa chọn quy trình và thuyết minh về quy trình. Chương 4: Cân bằng vật chất: Đưa ra kế hoạch sản xuất và tính cân bằng vật chất. Chương 5: Tính và chọn thiết bị. Chương 6: Tính nhiệt - hơi - nước: Tính lượng nhiệt, lượng hơi, lượng nước dùng trong sản xuất và sinh hoạt. Chương 7: Tính tổ chức và xây dựng nhà máy. Chương 8: Kiểm tra sản xuất và đánh giá chất lượng sản phẩm. Chương 9: An toàn lao động và vệ sinh nhà máy. ii ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA: HÓA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ÐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Huệ Lớp: 15H2B 1. Tên đề tài đồ án: Khoa: Hóa Số thẻ sinh viên: 107150149 Ngành: Công nghệ thực phẩm Thiết kế nhà máy sản xuất sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm 2 dây chuyền sản xuất: - Sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm - Kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày. 2. Ðề 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 dầu: - Nguyên liệu: Sữa tươi có hàm lượng chất khô 13%, hàm lượng chất béo 3,2%. - Sản phẩm: + Sữa gầy tiệt trùng không đường: Hàm lượng chất béo 0,1%, hàm lượng chất khô 12,6%. + Kem hộp: Hàm lượng chất béo 10%, hàm lượng chất khô 25%, hàm lượng đường saccaroza 15%. 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 dây chuyền công nghệ Chương 4: Tính cân bằng vật chất Chương 5: Chọn và tính thiết bị Chương 6: Tính nhiệt - hơi - nước Chương 7: Tính tổ chức và xây dựng nhà máy 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 thuớc bản vẽ ): iii Bản vẽ số 1: Sơ đồ quy trình công nghệ Bản vẽ số 2: Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0) (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 nguời huớng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / /2019 8. Ngày hoàn thành đồ án: / /2019 Đà nẵng, ngày… tháng … năm 2019 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn iv LỜI CẢM ƠN Sau hơn 3 tháng làm đồ án với nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất sữa đến nay tôi đã hoàn thành đồ án của mình. Trong quá trình làm đồ án, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô Mạc Thị Hà Thanh người trực tiếp hướng dẫn tôi đã luôn tận tình chỉ dạy và giúp đỡ. Bên cạnh đó, tôi xin chân thành cám ơn toàn thể các thầy cô trong Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và các thầy cô giáo trong Khoa Hóa nói riêng đã dạy dỗ và truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức bổ ích và những bài học kinh nghiệm quý báu, các thầy cô đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi được hoàn thành khóa học tại trường. Tuy nhiên, do kiến thức bản thân, sự am hiểu về thực tế còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót, do đó tôi mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Cuối cùng, tôi xin chúc cô cùng các thầy cô giáo trong Khoa Hóa dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp. Xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thị Huệ iv CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu thống kê, số liệu nghiên cứu, các kiến thức, nhận định, các thông tin về 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 giấy tờ quy định của nhà trường đã được tôi chuẩn bị đầy đủ. Bố cục và trình bày bài thuyết minh, bản vẽ, các giấy tờ quy định cũng được thực hiện theo đúng hướng dẫn của nhà trường. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thị Huệ v MỤC LỤC TÓM TẮT .................................................................................................................................i NHIỆM VỤ ÐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ iii LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... iv CAM ĐOAN ............................................................................................................................v LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT .........................................................2 1.1. Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy sữa..........................................................2 1.3. Vùng nguyên liệu.......................................................................................................3 1.4. Hợp tác hóa.................................................................................................................3 1.5. Nguồn cung cấp điện.................................................................................................3 1.6. Nguồn cung cấp hơi...................................................................................................3 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước ..........................................................4 1.8. Thoát nước ..................................................................................................................4 1.9. Giao thông vận tải......................................................................................................4 1.10. Cung cấp nhân công ................................................................................................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 ......................................................................................... 15 2.2.1. Sữa gầy tiệt trùng không đường.................................................................... 15 2.2.2. Kem .................................................................................................................. 15 2.3. Tình hình tiêu thụ kem và sữa gầy tiệt trùng tại Việt Nam và trên thế giới .... 18 2.3.1. Tại Việt Nam ................................................................................................... 18 2.3.2. Trên thế giới .................................................................................................... 19 CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ............. 20 3.1. Phương án thiết kế .................................................................................................. 20 3.1.1. Phương án thiết kế đối với khu tiếp nhận và xử lý nguyên liệu ............... 20 3.1.2. Phương án thiết kế đối với sản phẩm sữa gầy tiệt trùng không đường.... 20 vi 3.1.3. Phương án thiết kế đối với sản phẩm kem hộp ........................................... 21 3.2. Sơ đồ quy trình công nghệ..................................................................................... 23 3.3. Thuyết minh quy trình công nghệ......................................................................... 24 3.3.1. Thuyết minh cho dây chuyền chung............................................................. 24 3.3.2. Thuyết minh quy trình sản xuất sữa gầy tiệt trùng ..................................... 25 3.3.3. Thuyết minh quy trình sản xuất kem............................................................ 26 CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ............................................................. 29 4.1. Kế hoạch sản xuất nhà máy ................................................................................... 29 4.1.1. Năng suất nhà máy ......................................................................................... 29 4.1.2. Phân tích kế hoạch sản xuất của nhà máy.................................................... 29 4.2. Tính cân bằng vật chất ........................................................................................... 30 4.2.1. Các thông số tính toán .................................................................................... 30 4.2.2. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa gầy tiêt trùng không đường .......................................................................................................................... 30 4.2.3. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất kem hộp ....................... 34 4.2.4. Tính chung cho cả hai dây chuyền ............................................................... 37 4.2.5. Tính số hộp, số thùng ..................................................................................... 38 4.3. Lập bảng tổng kết ................................................................................................... 39 4.3.1. Tổng kết cân bằng vật chất............................................................................ 39 4.3.2. Tổng kết nguyên liệu phụ .............................................................................. 40 4.3.3. Tổng kết bao bì ............................................................................................... 40 4.3.4. Tổng kết nguyên liệu qua từng công đoạn .................................................. 40 CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ................................................................... 42 5.1. Các thiết bị sử dụng trong dây chuyền sản xuất của nhà máy .......................... 42 5.2. Chọn và tính thiết bị ............................................................................................... 43 5.2.1. Tính thùng chứa .............................................................................................. 43 5.2.2. Tính các thiết bị cho công đoạn chung ........................................................ 48 5.2.3. Tính các thiết bị cho dây chuyền sản xuất sữa gầy tiệt trùng không đường ...................................................................................................................................... 51 5.2.4. Tính các thiết bị cho dây chuyền sản xuất kem .......................................... 54 5.2.5. Các thiết bị khác.............................................................................................. 59 5.2.5.4. Thiết bị nghiền đường...................................................................................... 62 5.3. Tổng kết ................................................................................................................... 62 CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT - HƠI - NƯỚC ................................................................. 65 6.1. Tính nhiệt................................................................................................................. 65 6.1.1. Cân bằng nhiệt cho thiết bị gia nhiệt sơ bộ ................................................. 65 vii 6.1.2. Cân bằng nhiệt cho thiết bị tiệt trùng và làm nguội sữa gầy ..................... 66 6.1.3. Cân bằng nhiệt cho thiết bị gia nhiệt, thanh trùng và làm nguội hỗn hợp68 6.1.4. Tính cân bằng nhiệt cho thiết bị ủ chín ........................................................ 69 6.2. Tính hơi và nhiên liệu ............................................................................................ 70 6.2.1. Tính tổng lượng hơi sử dụng ......................................................................... 71 6.2.2. Tính nhiên liệu ................................................................................................ 72 6.3. Tính nước ................................................................................................................. 72 6.3.1. Cấp nước .......................................................................................................... 72 6.3.2. Thoát nước ....................................................................................................... 73 CHƯƠNG 7. TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG NHÀ MÁY ................................. 75 7.1. Sơ đồ tổ chức ........................................................................................................... 75 7.1.1 Tính nhân lực.................................................................................................... 75 7.2. Tính xây dựng ......................................................................................................... 77 7.2.1. Các công trình xây dựng ................................................................................ 77 7.2.2. Tính các phòng trong phân xưởng sản xuất chính...................................... 85 7.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy ........................................................................... 87 7.3.1. Diện tích khu đất............................................................................................. 87 7.3.2. Tính hệ số sử dụng Ksd ................................................................................... 88 CHƯƠNG 8: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM .......................................... 89 8.1. Kiểm tra sản xuất .................................................................................................... 89 8.1.1. Kiểm tra nguyên liệu đầu vào ....................................................................... 90 8.1.2. Kiểm tra trong quá trình sản xuất ................................................................. 91 8.2. Kiểm tra thành phẩm .............................................................................................. 92 CHƯƠNG 9: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP ......................... 93 9.1. An toàn lao động..................................................................................................... 93 9.1.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn trong nhà máy ..................................... 93 9.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động ................................................. 93 9.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động.................................................. 94 9.2. Vệ sinh công nghiệp ............................................................................................... 95 9.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân ..................................................................... 95 9.2.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị .............................................................................. 95 9.2.3. Vệ sinh xí nghiệp ............................................................................................ 96 9.2.4. Xử lý nước thải ............................................................................................... 96 KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 98 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò .......................................................5 Bảng 2.2 Hàm lượng các chất trong sữa................................................................................6 Bảng 2.3 Các chỉ tiêu chất lương của sữa tươi ................................................................. 11 Bảng 2.4 Các chỉ tiêu chất lượng của đường ..................................................................... 12 Bảng 2.5 Chỉ tiêu chất lượng của E471 .............................................................................. 13 Bảng 2.6 Các chỉ tiêu chất lượng của gelatin .................................................................... 14 Bảng 2.7 Bảng chỉ tiêu chất lượng của kem theo .............................................................. 17 Bảng 4.1 Biều đồ nhập nguyên liệu .................................................................................... 29 Bảng 4.2 Biểu đồ sản xuất trong năm ................................................................................. 29 Bảng 4.3 Tỷ lệ hao hụt dây chuyền sản xuất sữa gầy tiệt trùng không đường .............. 31 Bảng 4.4 Tỷ lệ hao hụt dây chuyền sản xuất kem hộp ..................................................... 34 Bảng 4.5 Bảng tổng kết cân bằng vật chất ......................................................................... 39 Bảng 4.6 Bảng tổng kết nguyên liệu phụ ........................................................................... 40 Bảng 4.7 Bảng tổng kết bao bì cho hai dây chuyền.......................................................... 40 Bảng 4.8 Bảng tổng kết nguyên liệu qua từng công đoạn................................................ 40 Bảng 5.1 Bảng dự kiến thiết bị sử dụng trong dây chuyền sản xuất............................... 42 Bảng 5.2 Thông số kĩ thuật bồn chờ rót vô trùng.............................................................. 47 Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm.................................... 48 Bảng 5.4 Thông số kỹ thuật của thiết bị bài khí................................................................ 49 Bảng 5.5 Thông số kỹ thuật của thiết bị lọc ...................................................................... 50 Bảng 5.6 Thông số kỹ thuật của thiết bị định lượng......................................................... 50 Bảng 5.7 Thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm................................................................. 51 Bảng 5.8 Thông số kỹ thuật của thiết bị tiệt trùng UHT .................................................. 52 Bảng 5.9 Thông số kỹ thuật của máy đóng hộp ................................................................ 53 Bảng 5.10 Thông số kĩ thuật của thiết bị phối trộn........................................................... 54 Bảng 5.11 Thông số kỹ thuật của thiết bị gia nhiệt, thanh trùng..................................... 55 Bảng 5.12 Thông số kỹ thuật của thiết bị đồng hóa.......................................................... 56 Bảng 5.13 Thông số kĩ thuật của thiết bị ủ ....................................................................... 57 Bảng 5.14 Thông số kỹ thuật của thiết bị lạnh đông sơ bộ .............................................. 58 Bảng 5.15 Thông số kỹ thuật của thiết bị chiết rót ........................................................... 58 Bảng 5.16 Thông số kỹ thuật của thiết bị lạnh đông cuối................................................ 59 Bảng 5.17 Thông số kĩ thuật của bơm li tâm ..................................................................... 59 ix Bảng 5.18 Thông số kĩ thuật của bơm áp lực .................................................................... 60 Bảng 5.19 Bảng tổng kết thiết bị......................................................................................... 62 Bảng 5.20 Thiết bị vận chuyển............................................................................................ 64 Bảng 6.1 Lượng hơi thiết bị sử dụng .................................................................................. 71 Bảng 6.2 Thông số kỹ thuật của nồi hơi............................................................................. 71 Bảng 7.1 Bảng tổng kết nhân lực làm việc trực tiếp......................................................... 76 x DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sự phân bố của các cầu béo trong sữa...................................................................7 Hình 2.2 Cấu trúc micelle của casein ....................................................................................8 Hình 2.3 Một số hình ảnh về sữa tách béo trên thị trường] ............................................. 15 Hình 2.5 Một số sản phẩm kem sữa trên thị trường.......................................................... 16 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ................................................................................... 23 Hình 5.1 Thùng chứa trung gian.......................................................................................... 44 Hình 5.2 Thùng chứa đường ................................................................................................ 46 Hình 5.3 Bồn chờ rót vô trùng ............................................................................................. 47 Hình 5.4 Thiết bị gia nhiệt bản mỏng ................................................................................. 48 Hình 5.5 Thiết bị bài khí chân không ................................................................................. 49 Hình 5.6 Thiết bị lọc ............................................................................................................. 50 Hình 5.7 Lưu lượng kế.......................................................................................................... 50 Hình 5.8 Thiết bị ly tâm dạng đĩa........................................................................................ 51 Hình 5.9 Thiết bị tiệt trùng UHT dạng tấm........................................................................ 52 Hình 5.10 Thiết bị chiết rót, đóng hộp................................................................................ 53 Hình 5.11 Thiết bị phối trộn sữa ......................................................................................... 54 Hình 5.12 Thiết bị thanh trùng ............................................................................................ 56 Hình 5.13 Thiết bị đồng hóa ................................................................................................ 56 Hình 5.14 Thiết bị ủ chín...................................................................................................... 57 Hình 5.15 Thiết bị lạnh đông sơ bộ..................................................................................... 58 Hình 5.16 Thiết bị chiết rót kem ......................................................................................... 58 Hình 5.17 Máy bơm ly tâm .................................................................................................. 59 Hình 5.18 Máy bơm áp lực .................................................................................................. 60 Hình 5.19 Băng tải nhựa....................................................................................................... 60 Hình 5.20 Băng tải PVC ....................................................................................................... 60 Hình 5.21 Thiết bị nghiền đường ........................................................................................ 62 Hình 6.1 Lò hơi...................................................................................................................... 71 Hình 7.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy ......................................................................................... 75 Hình 8.1 Sơ đồ thống kê kiểm tra của nhà máy ................................................................ 89 xi Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ kéo theo nhu đời sống tinh thần, vật chất của con người ngày càng tăng cao, trong đó không thể thiếu nhu cầu về dinh dưỡng. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại thực phẩm cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho con người, trong đó sữa là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và chất lượng. Sữa là thức ăn tự nhiên được vắt từ vú các động vật cái khỏe mạnh, nuôi dưỡng tốt và không phải làm việc nặng. Sữa chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho con người như protein, lipit, các vitamin, các muối khoáng, do đó nó cũng là môi trường dinh dưỡng rất tốt cho các loài sinh vật sinh trưởng và phát triển. Để làm đa dạng và phong phú sản phẩm sữa, đồng thời để bảo quản người ta đã tạo ra nhiều sản phẩm như: sữa gầy, kem, sữa chua, sữa đặc, phô mai, bơ,… Trong các sản phẩm từ sữa, kem và sữa gầy là hai dòng sản phẩm đang có tiềm năng phát triển rất cao. Theo thống kê, người Việt Nam tiêu thụ khoảng 72,8 tấn kem mỗi ngày, chứng tỏ đây là mặt hàng được người tiêu dùng ưa thích. Ngoài việc quan tâm đến gía trị dinh dưỡng, người tiêu dùng còn quan tâm đến sức khỏe. Ước tính năm 2014, toàn thế giới có khoảng 600 triệu người trưởng thành bị béo phì [1], để phòng thừa cân, béo phì thì việc lựa chọn các sản phẩm ít béo đang được ưu tiên. Dòng sản phẩm sữa gầy được tạo ra để đáp ứng yêu cầu này. Trước nhu cầu thực tế đó, việc xây dựng “Nhà máy sản xuất sữa gồm 2 dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày” thật sự rất cần thiết. 1 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy sữa Nước ta hiện nay có nhu cầu tiêu dùng sữa tươi và các sản phẩm từ sữa là rất lớn, nhu cầu mỗi ngày một tăng. Bởi vì sữa là một thực phẩm giàu dinh dưỡng, việc sử dụng sữa hoặc các sản phẩm từ sữa mỗi ngày sẽ đóng góp tích cực vào sự phát triển toàn diện về thể lực cho trẻ em và người dân Việt Nam, đồng thời đảm bảo sự cân bằng dinh dưỡng trong cơ thể. Vì vậy, việc xây dựng nhà máy sữa hiện nay là một nhu cầu cần thiết nhằm đáp ứng được phần nào nhu cầu của người tiêu dùng trong nước đồng thời hướng đến xuất khẩu. Hơn nữa, xây dựng nhà máy còn góp phần giải quyết việc làm cho người lao động, nâng cao tiềm lực kinh tế của nhà nước. Ðịa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch và đảm bảo sự phát triển chung về kinh tế ở địa phương. Việc lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy sữa có ảnh hưởng rất lớn đến sự tồn tại của nhà máy vì vậy khi xây dựng nhà máy sữa cần phải đảm bảo những yêu cầu về: - Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm - Giao thông vận tải thuận lợi - Cung cấp điện và nhiên liệu dễ dàng - Cấp thoát nước thuận lợi - Nguồn nhân lực dồi dào - Thuận lợi cho việc liên hiệp hóa. Dựa vào những yêu cầu trên, qua khảo sát và nghiên cứu thì khu công nghiệp Tiên Sơn, Bắc Ninh được chọn làm địa điểm đặt nhà máy sữa. 1.2. Đặc điểm thiên nhiên của vị trí xây dựng 1.2.1. Điều kiện tự nhiên của Bắc Ninh Về tọa độ địa lí, Bắc Ninh hiện nay có vị trí từ 20°58' đến 21°16' vĩ độ Bắc và 105°54' đến 106°19' kinh độ Đông. Phía Bắc giáp tỉnh Bắc Giang, phía Đông và Đông Nam giáp tỉnh Hải Dương, phía Nam giáp tỉnh Hưng Yên và phía Tây giáp thủ đô Hà Nội [2]. Các tỉnh tiếp giáp và vị trí các huyện của Bắc Ninh được thể hiện trong hình 1.1. Về khí hậu, Bắc Ninh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa. Nhiệt độ trung bình năm là 24°C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất là 29,4°C (tháng 7), nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất là 17,4°C (tháng 1). Độ ẩm tương đối trung bình của Bắc Ninh khoảng 81%. Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1500 mm và phân bố không đều trong năm. Hàng năm có hai mùa gió chính: gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam. Gió 2 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày mùa Đông Bắc thịnh hành từ thàng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, gió mùa Đông Nam từ tháng 4 đến tháng 9 mang theo hơi ẩm [2]. 1.2.2. Thông tin về khu công nghiệp Khu công nghiệp (KCN) Tiên Sơn được thành lập theo Quyết định số 1129/QĐ – TT ngày 18 tháng 12 năm 1998 của Thủ tướng Chính phủ có diện tích 449 ha, trong đó có 30 ha đất đô thị. KCN Tiên Sơn nằm ở vị trí thuận lợi giữa Quốc l ộ 1 và Tỉnh lộ 295B, cách thủ đô Hà Nội khoảng 22 km, cách sân bay Quốc tế Nội Bài khoảng 33 km, cách cảng biển Hải Phòng khoảng 122 km, cách cửa khẩu Lạng Sơn 136 km [3]. Đây là điều kiện thuận lợi cho việc lưu thông, buôn bán với các tỉnh trong nước cũng như thuận lợi trong vận chuyển nguyên liệu. 1.3. Vùng nguyên liệu Đây là khu vực chưa phát triển mạnh về việc chăn nuôi bò sữa (bò sữa đạt 732 con năm 2017), vì vậy nguồn nguyên liệu của nhà máy sẽ được cung cấp từ các tỉnh Hà Nội, Vĩnh Phúc, Thanh Hóa, Nghệ An,… Tuy nhiên, để giảm chi phí vận chuyển thì trong tương lai sẽ đầu tư trang trại nuôi bò sữa gần nhà máy. Các nguyên liệu phụ như đường, chất ổn định, chất nhũ hóa trong sản xuất kem mua tại các nhà cung cấp trong nước. Các nguyên liệu này phải được cơ quan có thẩm quyền cho phép và đạt tiêu chuẩn chất lượng được dùng để sản xuất sữa. 1.4. Hợp tác hóa Khu công nghiệp Tiên Sơn gồm nhiều loại hình nhà máy khác nhau nên có khả năng hơp tác hóa giữa các nhà máy. Nhà máy sữa hợp tác kinh tế với các nhà máy bao bì, nhựa, nhà máy sản xuất hương liệu,… nhằm đem lại thuận lợi lớn về mặt kinh tế, tạo sự phát triển bền vững. Bên cạnh đó, nhà máy liên kết với các trang trại nuôi bò sữa nhằm đảm bảo nguồn nguyên liệu ổn định và thuận tiện nhất, tiết kiệm trong chi phí bảo quản, vận chuyển. 1.5. Nguồn cung cấp điện Việc sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng điện thế sử dụng thường là 110 - 220V/360V. Ðể đạt yêu cầu phải lấy điện cao thế thường là 6 KV qua hạ thế. Nhà máy sử dụng lưới điện của khu công nghiệp ngoài ra nhà máy còn có máy phát điện dự phòng để đảm bảo sự hoạt động liên tục của nhà máy. 1.6. Nguồn cung cấp hơi Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau của từng công đoạn trong nhà máy: Gia nhiệt, thanh trùng, tiệt trùng,… kể cả làm nóng nước cho sinh hoạt. Hơi phải là hơi bão hòa và được cung cấp bởi lò hơi. 3 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Nước dùng trong nhà máy với mục đích chế biến, vệ sinh thiết bị và dùng cho sinh hoạt. Nước phải có chỉ tiêu về độ cứng và vệ sinh cao phải đạt chỉ tiêu: chỉ số coli, độ cứng, nhiệt độ, hỗn hợp vô cơ, hữu cơ trong nước… Nhà máy chế biến sữa cần một lượng nước lớn do vậy nước sẽ được cung cấp từ hệ thống cấp nước của khu công nghiệp lấy từ nguồn nước ở sông Hồng qua trạm xử lý nước đặt trong nhà máy. 1.8. Thoát nước Hệ thống thoát nước, bao gồm nước thải công nghiệp và nước mưa cũng được thiết kế thành hai hệ thống riêng biệt; trong đó nước thải công nghiệp và sinh hoạt được xử lý cục bộ tại nhà máy, xí nghiệp trước khi đấu nối vào hệ thống. Nước thải của nhà máy sau khi xử lí sẽ được thải ra ngoài đến khu xử lý nước thải của khu công nghiệp. 1.9. Giao thông vận tải Hệ thống giao thông vận tải của nhà máy được xây dựng thuận tiện cho việc lưu thông, vận chuyển nguyên vật liệu, nhiên liệu, sản phẩm,… KCN Tiên Sơn nằm ở vị trí thuận lợi giữa Quốc lộ 1 và Tỉnh lộ 295B rất thuận tiện trong lưu thông, vận chuyển. 1.10. Cung cấp nhân công Theo thống kê năm 2018, dân số tại Bắc Ninh khoảng 1,2 triệu người, trong đó lực lượng trong độ tuổi lao động là 0,7 triệu người. Hàng năm có gần 12000 người bước vào độ tuổi lao động [4]. Do đó, đây được coi là nơi có nguồn nhân lực dồi dào. Cán bộ quản lý, kỹ sư có thể tuyển tại các trường đại học như: Đại Học Công Nghiệp, Đại Học Bách Khoa, Đại Học Nông Nghiệp…và nhân tài trong cả nước. 1.10.11. Kết luận Dựa vào các lập luận trên cho thấy KCN Tiên Sơn, Bắc Ninh có vị trí địa lý thuận lợi, có hệ thống giao thông vận tải thuận tiện cho việc vận chuyển nguồn nguyên liệu chủ động với số lượng lớn cũng như thuận lợi cho việc vận chuyển, lưu thông hàng hóa. Ngoài ra, đây cũng là nơi có nguồn nhân lực dồi dào, số lượng công nhân có trình độ chuyên môn lớn. Như vậy, việc xây dựng nhà máy sữa tại đây là hoàn toàn hợp lý. 4 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày 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. Khái quát chung về sữa tươi 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. 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 [5]. Tại Việt Nam, sữa bò được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghệ thực phẩm. 2.1.1.2. Tính chất vật lý Sữa là một chất lỏng đục. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β – caroten có trong chất béo của sữa. Sữa bò có màu từ trắng đến vàng nhạt, có mùi rất đặc trưng và có vị ngọt nhẹ. Các chỉ tiêu vật lý của sữa được thể hiện ở bảng 2.1. Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò [5] Đại lượng Giá trị 1,028 ÷ 1,036 Tỷ trọng pH 6,5 ÷ 6,7 Độ chua 15 ÷ 18 Thế oxy hóa khử 0,1 ÷ 0,2 Sức căng bề mặt 50 Độ dẫn điện 0,004 ÷ 0,005 Nhiệt dung riêng 0,933 ÷ 0,954 Tỷ trọng của sữa do hàm lượng các chất khô trong sữa quyết định. Các chất béo có tỷ trọng nhỏ hơn 1 g/cm3. Hàm lượng chất béo trong sữa tỷ lệ nghịch với tỷ trọng của sữa. Điểm đông đặc thường được sử dụng để kiểm tra sữa tươi có bị pha loãng với nước hay không. Tuy nhiên, khi xử lý sữa ở nhiệt độ cao, điểm đông đặc của sữa sẽ gia tăng do sự kết tủa của một số muối phosphate có trong sữa. 2.1.1.3. Cấu trúc hóa lý Về phương diện hóa lý người ta coi sữa tươi như là một thể keo gồm các cầu béo (đường kính từ 0,1 ÷ 20 µm, làm cho sữa có tính chất của một hệ nhũ tương) và các micelle protein (đường kính gần 0,1 µm trong pha phân tán là nước) [5]. 2.1.1.4. Thành phần hóa học Sữa bao gồm 2 thành phần chính là nước và chất khô. Tổng các chất khô được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ 5 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa. Đại lượng này thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm khối lượng. Các thông số được thể hiện trong bảng 2.2. Bảng 2.2 Hàm lượng các chất trong sữa (% khối lượng) [5] Các thành phần Khoảng biến thiên Giá trị trung bình Nước 85,5 ÷ 89,5 87,5 Tổng các chất khô 10,5 ÷ 14,5 13,0 - Lactose 3,6 ÷ 5,5 4,8 - Protein 2,9 ÷ 5,0 3,4 - Chất béo Khoáng 2,5 ÷ 6,0 0,6 ÷ 0,9 3,9 0,8 Sữa bao gồm 2 thành phần chính là nước và chất khô. Tổng các chất khô được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa. Đại lượng này thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm khối lượng. ❖ Nước Trong sữa, nước được chia thành 2 dạng là nước tự do và nước liên kết. Nước tự do chiếm 96 ÷ 97% tổng lượng nước, nó tồn tại ở dạng các hạt có kích thước khác nhau, phân phối đồng đều trong sữa và có thể tách ra được trong quá trình cô đặc, sấy và không có liên kết hóa học với chất khô hoặc có thể ngưng tụ trên bề mặt. Nước liên kết chiếm tỷ lệ nhỏ khoảng 3 ÷ 4%, hàm lượng nước liên kết phụ thuộc vào các thành phần có trong hệ keo như protein, các phosphate, polysaccharide. Nhiệt độ đóng băng của nước liên kết nhỏ hơn 0 0C, không hòa tan muối, đường. Dạng đặc biệt của nước liên kết là nước kết tinh với lactose dưới dạng C12H22O11.H2O. ❖ Chất khô Chất khô bao gồm tất cả các thành phần của sữa trừ nước như lactose, chất béo, protein. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu, … • 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 2 dạng α–lactose monohydrate và β–lactose anhydrous. Lactose là đường khử, ít hòa tan hơn đường saccharose ở cùng nhiệt độ và ít ngọt hơn. Độ hòa tan của đường lactose tỷ lệ thuận theo nhiệt độ và nó bị thủy phân rất chậm theo nhiệt độ (bền dưới 100 0C). Sự có mặt của đường lactose góp phần biến màu của sữa trong công nghệ nếu quá trình chế biến ở nhiệt độ cao. Đường lactose dễ bị lên men dưới tác dụng của vi sinh vật để tạo ra các sản 6 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày phẩm khác nhau. Quan trọng nhất là tạo thành acid lactic trong sản xuất sữa lên men. • Chất béo sữa Chất béo sữa gồm 2 loại: Chất béo đơn giản và chất béo phức tạp. Chất béo đơn giản có hàm lượng 35 ÷ 45 g/l gồm acid béo no và không no như: acid butyric, acid caproic, acid palmitic, acid stearic, acid oleic, acid linoleic… Ch ất béo phức tạp thường chứa một ít P, N, S trong phân tử, các chất béo phức tạp này có tên gọi chung là phosphoaminolipid đại diện là lecithin và cephalin. Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu đường kính 0,1 ÷ 20 µm, các hạt cầu béo được bao bọc bởi một lớp màng lipo – protein tích điện âm, các màng này có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa. Trong hạt cầu béo, các phospholipid đóng vai trò là cầu nối trung gian để liên kết các glyceride với protein. Hình 2.1 cho thấy sự phân bố các hạt cầu béo trong sữa và thành phần các chất trong cầu béo. Hình 2.1 Sự phân bố của các cầu béo trong sữa [6] Nếu không đồng hóa sữa tươi, trong thời gian bảo quản các hạt cầu béo có xu hướng kết hợp lại thành chùm nhờ một protein kém bền nhiệt là agglutinin, do tỷ trọng cầu béo nhỏ hơn nước nên nó sẽ nổi lên tạo thành váng sữa, tạo ra sự tách pha, bên trên là lipid, bên dưới là các chất có tỷ trọng cao như nước, carbonhydrate, protein… • Các hợp chất chứa nitơ Casein Trong sữa, casein là thành phần chủ yếu, đóng vai trò quan trọng nhất của protid. Các casein tồn tại dưới dạng micelle với kích thước 40 ÷ 200 µm. Mỗi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (canxi, magie, phosphate, citrate). Casein là những protein có tính acid vì phân tử của chúng chứa nhiều gốc aid glutamic và acid aspartic. Các phân tử casein thường được phosphoryl hóa với những mức độ khác nhau trên gốc serine và threonine. 7 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa gầy tiệt trùng không đường với năng suất 15,5 triệu lít nguyên liệu/năm và kem hộp với năng suất 30000 lít sản phẩm/ngày Hình 2.2 Cấu trúc micelle của casein [7] Mỗi micelle do các tiểu micelle có dạng hình cầu đường kính 10 ÷ 15 nm hợp thành. Tiểu micelle gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau. Thành phần các casein αs, β, κ có thể thay đổi theo những tỷ lệ khác nhau [5]. αs1 – casein: Do sự phân bố điện tích và các phần ưa béo không đồng đều trên phân tử protein nên một đầu mạch  s1 -casein tích điện có tính ưa nước, còn đầu mạch kia có tính kị nước. αs2 - casein: Có tính ưa nước cao nhất trong các loại casein do phân tử của nó chứa nhiều nhóm photphoryl và gốc cation.  -casein: có tính ưa béo cao nhất.  - casein: chỉ chứa một gốc phosphoryl, có tính lưỡng cực. Đầu amino của phân tử protein thì ưa béo còn đầu cacboxyl, nơi liên kết với nhóm gluxit lại ưa nước. γ - casein:  1 ,  2 và 3 -casein là những sản phẩm của quá trình thuỷ phân  -casein từ máu động vật. Protein hòa tan -  - lactoglobulin: -lactoglobulin có dạng hình cầu, ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác, chiếm 2,5- 4g/l. -  -lactalbumin: có 0,8-1,5g/l, trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử caxi. Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối, điểm đẳng điện ở pH =5,1 không bị đông tụ bởi men sữa. - Peptone-protose: bao gồm những phân đoạn protein khác nhau(0,8 - 1,5 g/l) - Immunoglobulin: trong sữa bò có ba loại là IgG, IgA, IgM. Trong đó IgG có hàm lượng cao nhất, IgA có chức năng chống nhiễm trùng đường ruột (0,5 - 0,8g/l). - Serum-albumin: là protein có phân tử lượng lớn có nguồn gốc từ máu rất mẫn cảm với nhiệt độ. Ngoài ra trong sữa còn có protein màng, hàm lượng của chúng rất thấp. 8 SVTH: Nguyễn Thị Huệ GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh