Tài liệu Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm 2 dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng có đường với năng suất 27000 lít sản phẩm ca và sữa chua uống hương việt quất với năng suất 15,6 triệu lít sản phẩm năm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SỮA TỪ NGUYÊN LIỆU SỮA TƯƠI GỒM HAI DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT: SỮA THANH TRÙNG CÓ ĐƯỜNG NĂNG SUẤT 27000 LÍT SẢN PHẨM/CA VÀ SỮA CHUA UỐNG HƯƠNG VIỆT QUẤT NĂNG SUẤT 15,6 TRIỆU LÍT SẢN PHẨM/NĂM Người hướng dẫn: TS. MẠC THỊ HÀ THANH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ ÁNH Số thẻ sinh viên: 107150073 Lớp: 15H2A Đà Nẵng, 12/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm 2 dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường với năng suất 27000 lít sản phẩm/ca và sữa chua uống hương việt quất với năng suất 15,6 triệu lít sản phẩm/năm”. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Ánh Số thẻ sinh viên: 107150073 Lớp: 15H2A Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 9 chương: Chương 1: Lập luận về kinh tế: Tìm hiểu sự cần thiết xây dựng nhà máy và chọn thiết địa điểm xây dựng nhà máy, tìm hiểu về đặc điểm thiên nhiên, đặc điểm vùng nguyên liệu, mạng lưới giao thông vận tải, thị trường tiêu thụ, hợp tác hóa và nguồn lực lao động trong nhà máy. Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm: Tìm hiểu về đặc điểm, thành phần hóa học, phương pháp bảo quản, các tính chất và tiêu chuẩn về nguyên liệu, sản phẩm. Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ: Đưa ra cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ, lựa chọn phương án thiết kế và thuyết minh 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. 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 Ánh Số thẻ sinh viên: 107150073 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 gồm 2 dây chuyền sản xuất: - Sữa thanh trùng có đường với năng suất 27000 lít sản phẩm/ca - Sữa chua uống hương việt quất với năng suất 15,6 triệu lít sản phẩm/năm. 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 12,8%, hàm lượng chất béo 2,8% - Sản phẩm: + Sữa thanh trùng có đường: Hàm lượng chất béo 3,5%, hàm lượng đường saccaroza 4%. + Sữa chua uống hương việt quất: Hàm lượng chất khô 18%, hàm lượng đường saccaroza 4%. 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): Bản vẽ số 1: Sơ đồ kỹ thuật 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 Bản vẽ số 4: Bản vẽ đường ống hơi - nước (A0) (A0) Bản vẽ số 5: Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy 6. Họ tên nguời huớng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh (A0) 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 26/08/2019 8. Ngày hoàn thành đồ án: 06/12/2019 Đà nẵng, ngày… tháng … năm 2019 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Trong suốt quãng đời sinh viên của mình, được học tập tại trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng là một trong những niềm vui và tự hào đối với tôi. Được trang bị kiến thức, kĩ năng cũng như những hành trang cần thiết sau khi bước ra trường là một điều tôi luôn thấy may mắn khi được học tập tại ngồi trường này.Với sự giúp đỡ, giảng dạy của đội ngũ giảng viên ưu tú, nhiệt huyết cùng với những bạn sinh viên tài năng chăm chỉ đã giúp tôi có những kiến thức, kĩ năng cần thiết cũng như những kỉ niệm đẹp như ngày hôm nay. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và tập thể thầy cô trong khoa HÓA nói riêng – là những người đã giúp tôi có nền tảng kiến thức cũng như những kĩ năng cần thiết cho tương lai sau khi tôi hoàn thành khóa học tại trường. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới cô Mạc Thị Hà Thanh là giảng viên trực tiếp hướng dẫn đồ án tốt nghiệp của tôi. Với sự nhiệt huyết, tận tình cô đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất. Cuối cùng tôi xin chúc toàn thể quý thầy cô trong khoa Hóa luôn khỏe mạnh và thành công trong sự nghiệp của mình. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thị Ánh i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bài làm đồ án tốt nghiệp này do chính bản thân tôi thực hiện. Tất cả các kết quả tính toán là hoàn toàn trung thực. Mọi thông tin về hình ảnh, số liệu, thiết bị đều được trích dẫn chính xác từ các tài liệu đã được nêu trong mục tài liệu tham khảo Bố cục trình bày bài thuyết minh, bản vẽ và các giấy tờ quy định cũng được thực hiện đúng theo biểu mẫu quy định của nhà trường. Tôi xin chịu trách nhiệm với bài làm đồ án tốt nghiệp của mình. Đà nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Ánh ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn i Cam đoan Mục lục ii iii Danh sách các bảng và hình vẽ vi MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT .......................................................2 1.1. Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy .............................................................. 2 1.2. Vị trí đặt nhà máy................................................................................................... 2 1.3. Điều kiện tự nhiên................................................................................................... 3 1.3.1. Vị trí địa lý .............................................................................................................3 1.3.2. Địa hình .................................................................................................................3 1.3.3. Khí hậu ..................................................................................................................3 1.4. Vùng nguyên liệu .................................................................................................... 3 1.5. Thị trường tiêu thụ ................................................................................................. 4 1.6. Nguồn cung cấp nước ............................................................................................. 4 1.7. Nguồn cung cấp điện và hơi nước ......................................................................... 4 1.8. Nguồn cung cấp nhiên liệu ..................................................................................... 4 1.9. Hệ thống thoát nước ............................................................................................... 5 1.10. Giao thông vận tải ................................................................................................ 5 1.11. Nguồn nhân lực ..................................................................................................... 5 1.12. Sự hợp tác hóa....................................................................................................... 5 1.13. Kết luận ................................................................................................................. 5 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ............................6 2.1. Tổng quan về nguyên liệu ...................................................................................... 6 2.1.1. Nguyên liệu chính..................................................................................................6 2.1.2. Nguyên liệu phụ ..................................................................................................14 2.2. Tổng quan về sản phẩm ....................................................................................... 17 2.2.1. Sữa thanh trùng có đường....................................................................................17 2.2.2. Sữa chua uống hương việt quất ...........................................................................18 iii 2.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm sữa thanh trùng và sữa chua uống ở trong nước và trên thế giới................................................................................. 20 2.3.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sữa thanh trùng ...................................................20 2.3.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sữa chua uống. ....................................................21 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ .............22 3.1. Chọn phương án thiết kế ..................................................................................... 22 3.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ ................................................................................ 23 3.3. Thuyết minh quy trình công nghệ....................................................................... 24 3.3.1. Các công đoạn xử lý nguyên liệu ........................................................................24 3.3.2. Dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng có đường ..................................................25 3.3.3. Dây chuyền sản xuất sữa sữa chua uống hương việt quất ...................................27 Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .............................................................31 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy .......................................................................... 31 4.1.1. Kế hoạch nhập nguyên liệu .................................................................................31 4.1.2. Kế hoạch sản xuất của nhà máy ..........................................................................31 4.2. Tính cân bằng vật chất ......................................................................................... 32 4.2.1. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng có đường ......32 4.2.2. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương việt quất .....................................................................................................................................35 4.2.3. Tính cân bằng vật chất cho cả hai dây chuyền ....................................................39 4.2.4. Tính tỉ trọng của sữa ............................................................................................40 4.2.5. Tính số hộp, số thùng dùng trong sản xuất..........................................................41 4.3. Tổng kết lượng nguyên liệu và bán thành phẩm trong sản xuất ..................... 42 Chương 5: CHỌN VÀ TÍNH THIẾT BỊ ...................................................................44 5.1. Các thiết bị sử dụng trong dây chuyền sản xuất của nhà máy ......................... 44 5.2. Chọn và tính toán thiết bị .................................................................................... 45 5.2.1. Chọn thiết bị ........................................................................................................45 5.2.2. Tính toán thiết bị .................................................................................................45 5.2.3. Cách tính thùng chứa ...........................................................................................45 5.2.4. Tính toán và chọn thiết bị chung cho cả hai dây chuyền ....................................47 5.2.5. Chọn và tính toán thiết bị cho dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng có đường…50 5.2.6. Chọn và tính toán thiết bị cho dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương việt quất. .....................................................................................................................................60 5.2.7. Tính và chọn bơm ................................................................................................69 5.3. Bảng tổng kết thùng chứa và các thiết bị ........................................................... 70 Chương 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC ................................................................73 iv 6.1. Tính nhiệt .............................................................................................................. 73 6.1.1. Cân bằng nhiệt cho thiết bị gia nhiệt sữa tươi nguyên liệu trước khi phối trộn.. 73 6.1.2. Dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng có đường ..................................................74 6.1.3. Dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương việt quất .........................................78 6.2. Tính hơi ................................................................................................................. 82 6.2.1. Tính tổng lượng hơi sử dụng ...............................................................................82 6.2.2. Tính lượng hơi dùng cho sinh hoạt, nấu ăn .........................................................83 6.2.3. Chi phí do hơi mất mát ........................................................................................83 6.3. Tính nước .............................................................................................................. 84 6.3.1. Cấp nước ..............................................................................................................84 6.3.2. Thoát nước ...........................................................................................................85 6.4. Tính nhiên liệu ...................................................................................................... 85 Chương 7: TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG NHÀ MÁY ....................................87 7.1. Sơ đồ tổ chức ......................................................................................................... 87 7.1.1. Chế độ làm việc ...................................................................................................87 7.1.2. Tính nhân lực .......................................................................................................88 7.2. Tính xây dựng ....................................................................................................... 89 7.2.1. Các công trình xây dựng......................................................................................89 Chương 8: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM ...........................................101 8.1. Mục đích kiểm tra sản xuất và sản phẩm. ....................................................... 101 8.2. Kiểm tra nguyên liệu đầu vào............................................................................ 101 8.3. Kiểm tra các công đoạn trong quy trình sản xuất ........................................... 102 Chương 9: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP ..........................105 9.1. An toàn lao động ................................................................................................. 105 9.1.1. Những nguyên nhân gây ra mất an toàn lao động .............................................105 9.1.2. Các biện pháp phòng ngừa tai nạn lao động .....................................................105 9.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động ........................................................106 9.2. Vệ sinh công nghiệp ............................................................................................ 107 9.2.1. Vệ sinh cá nhân .................................................................................................107 9.2.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị ..................................................................................107 9.2.3. Vệ sinh xí nghiệp ...............................................................................................107 9.2.4. Xử lý nước thải ..................................................................................................107 KẾT LUẬN.................................................................................................................107 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................109 v DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò ..................................................6 Bảng 2.2 Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng). .......................7 Bảng 2.3 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò. ........................................................9 Bảng 2.4 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa bò tươi . ........................................................11 Bảng 2.5 Các chỉ tiêu hóa lý của sữa tươi . ...................................................................11 Bảng 2.6 Hàm lượng kim loại nặng trong sữa tươi nguyên liệu . .................................11 Bảng 2.7 Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong sữa tươi nguyên liệu . .......................11 Bảng 2.8 TCVN 6958: 2001 đối với đường RE ...........................................................15 Bảng 2.9 Chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi thanh trùng .................................................18 Bảng 2.10 Các chỉ tiêu lý-hóa của sữa tươi thanh trùng . .............................................18 Bảng 2.11 Các chỉ tiêu vi sinh vật trong sữa tươi thanh trùng . ....................................18 Bảng 2.12 Chỉ tiêu cảm quan của sữa chua uống hương việt quất................................19 Bảng 2.13 Chỉ tiêu hóa lí của sữa chua ........................................................................20 Bảng 2.14 Chỉ tiêu hàm lượng kim loại nặng trong sữa chua . .....................................20 Bảng 2.15 Chỉ tiêu vi sinh của sữa chua . .....................................................................20 Bảng 4.1 Bảng nhập nguyên liệu của nhà máy .............................................................31 Bảng 4.2 Bảng sản xuất theo ca của nhà máy ...............................................................31 Bảng 4.3 Kế hoạch sản xuất của nhà máy .....................................................................32 Bảng 4.4 Hao hụt qua công các công đoạn trong sản xuất sữa thanh trùng ..................32 Bảng 4.5 Tiêu hao qua các công đoạn của dây chuyền sữa chua uống hương việt quất. .......................................................................................................................................35 Bảng 4.6 Hao hụt qua các công đoạn ............................................................................39 Bảng 4.7 Bảng tổng kết cân bằng vật chất ....................................................................42 Bảng 4.8 Bảng tổng kết nguyên liệu phụ qua các công đoạn ........................................43 Bảng 4.9 Tổng kết bao bì cho hai sản phẩm .................................................................43 Bảng 5.1 Bảng dự kiến thiết bị sử dụng trong dây chuyền sản xuất .............................44 Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị tiếp nhận, xử lý sữa ......................................48 Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật của thiết bị lọc .................................................................48 Bảng 5.4 Thống số kỹ thuật của lưu lượng kế ..............................................................49 Bảng 5.5 Thông số kỹ thuật của thiết bị gia nhiệt ........................................................49 Bảng 5.6 Thông số kỹ thuật của băng tải ......................................................................50 Bảng 5.7 Thông số kỹ thuật của thiết bị phối trộn ........................................................51 vi Bảng 5.8 Thông số kỹ thuật nồi nấu siro ......................................................................53 Bảng 5.9 Thông số kỹ thuật thiết bị bài khí ..................................................................55 Bảng 5.10 Thông số kỹ thuật của thiết bị đồng hóa .....................................................56 Bảng 5.11 Thông số kỹ thuật của thiết bị thanh trùng .................................................57 Bảng 5.12 Thông số kỹ thuật của bồn chờ rót ..............................................................58 Bảng 5.13 Thông số kỹ thuật máy chiết rót sữa ...........................................................58 Bảng 5.14 Thông số kỹ thuật của máy đóng thùng carton ...........................................59 Bảng 5.15 Thông số kỹ thuật của thiết bị bài khí .........................................................61 Bảng 5.16 Thông số kỹ thuật của thiết bị đồng hóa ......................................................62 Bảng 5.17 Thông số kỹ thuật của thiết bị thanh trùng và làm nguội ............................63 Bảng 5.18 Thông số kỹ thuật của thiết bị lên men .......................................................64 Bảng 5.19 Thông số kỹ thuật nồi nấu siro ....................................................................65 Bảng 5.20 Thông số kỹ thuật của thiết bị phối trộn .....................................................66 Bảng 5.21 Thông số kỹ thuật thiết bị tiệt trùng ............................................................67 Bảng 5.22 Thông số kỹ thuật của bồn chờ rót ..............................................................68 Bảng 5.23 Thông số kỹ thuật máy chiết rót ..................................................................68 Bảng 5.24 Thông số kỹ thuật của thiết bị đóng thùng ..................................................69 Bảng 5.25 Thông số kỹ thuật máy bơm CM32 – 160A ...............................................70 Bảng 5.26 Thông số kỹ thuật máy bơm CM32 – 160A ...............................................70 Bảng 5.27 Tổng kết các thiết bị .....................................................................................71 Bảng 6.1 Nhiệt dung riêng của sữa ở 5℃ và 65℃ ......................................................74 Bảng 6.2 Nhiệt dung riêng của sữa ở 68℃ và 138℃ . .................................................75 Bảng 6.3 Nhiệt dung riêng của sữa ở 20℃ và 138℃ ..................................................75 Bảng 6.4 Nhiệt dung riêng của sữa ở 65℃ và 95℃ . ...................................................78 Bảng 6.5 Nhiệt dung riêng của sữa ở 65℃ và 137℃ ..................................................81 Bảng 6.6 Nhiệt dung riêng của sữa ở 20℃ và 137℃ ..................................................82 Bảng 6.7 Lượng hơi cần sử dụng cho các thiết bị .........................................................83 Bảng 6.8 Thông số kỹ thuật của lò hơi .........................................................................83 Bảng 7.1 Bảng tổng kết nhân lực làm việc trực tiếp .....................................................88 Bảng 7.2 Bảng tổng kết xây dựng các công trình toàn nhà máy ...................................98 Bảng 8.1 Bảng tổng kết kiểm tra nguyên liệu đầu vào................................................101 Bảng 8.2 Bảng tổng kết kiểm tra trong các giai đoạn của quy trình sản xuất .............102 vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sữa bò ...............................................................................................................6 Hình 2.2 Vi khuẩn streptoccocus thermophilus . ..........................................................16 Hình 2.3 Vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus . ..............................................................16 Hình 2.4 Sản phẩm sữa thanh trùngVinamilk . .............................................................17 Hình 2.5 Sữa chua uống hương việt quất .....................................................................19 Hình 3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất .....................................................................................................23 Hình 4.1 Sơ đồ chuẩn hóa, phối trộn sữa thanh trùng có đường ...................................34 Hình 4.2 Sơ đồ công đoạn phối trộn ..............................................................................36 Hình 4.3 Sơ đồ công đoạn cấy giống.............................................................................38 Hình 5.1 Cấu tạo thùng chứa .........................................................................................46 Hình 5.2 Hệ thống tiếp nhận và xử lý . .........................................................................48 Hình 5.3 Thiết bị lọc túi ...............................................................................................48 Hình 5.4 Lưu lượng kế điện tử .....................................................................................49 Hình 5.5 Thiết bị gia nhiệt BS – 3 ................................................................................49 Hình 5.6 Băng tải ..........................................................................................................50 Hình 5.7 Thiết bị phối trộn sữa . ...................................................................................51 Hình 5.8 Nồi nấu siro ...................................................................................................52 Hình 5.9 Thùng chứa đường ..........................................................................................53 Hình 5.11 Thiết bị đồng hóa 2 cấp . ..............................................................................56 Hình 5.12 Thiết bị thanh trùng SW – P5000 . ...............................................................57 Hình 5.13 Bồn chờ rót . .................................................................................................57 Hình 5.14 Thiết bị chiết rót hộp Tetra Pak ..................................................................58 Hình 5.15 Máy in date và đóng thùng carton tự động .................................................59 Hình 5.16 Thiết bị bài khí .............................................................................................61 Hình 5.17 Thiết bị đồng hóa . ........................................................................................62 Hình 5.18 Thiết bị gia nhiệt Tetra Park ........................................................................62 Hình 5.19 Thiết bị len men]. .........................................................................................64 Hình 5.20 Nồi nấu siro .................................................................................................65 Hình 5.21 Thiết bị phối trộn .........................................................................................66 Hình 5.22 Thiết bị tiệt trùng UHT ................................................................................67 Hình 5.23 Bồn chờ rót loại Tetra Pak ...........................................................................68 Hình 5.24 Máy chiết rót đóng hộp Tetra Pak A3 . ........................................................68 Hình 5.25 Thiết bị in date và đóng thùng carton . .........................................................69 Hình 5.26 Máy bơm CM32 – A160A............................................................................70 viii Hình 5.27 Máy bơm A3P .............................................................................................70 Hình 6.1 Nồi hơi Yuanda .............................................................................................83 Hình 7.1 Sơ đồ tổ chức hành chính của nhà máy ..........................................................87 Hình 7.2 Hệ thống tiếp nhận xử lý nguyên liệu ...........................................................91 ix Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất MỞ ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển, chất lượng cuộc sống của người tiêu dùng ngày càng được nâng cao, nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm sữa ngày càng lớn. Vì vậy ngành công nghiệp chế biến sữa ở Việt Nam đang được chú trọng phát triển mạnh mẽ. Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cùng với các phương pháp bảo quản và chế biến hiện đại góp phần thúc đẩy ngành công nghệ chế biến sữa ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ, kết hợp với xu thế cải thiện sức khỏe và tầm vóc của người tiêu dùng khiến cho nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm sữa luôn giữ mức tăng trưởng cao. Vì vậy các nhà chuyên môn đánh giá rằng tiềm năng phát triển của thị trường sữa tại Việt Nam vẫn còn rất lớn. Bằng cách đánh giá vào tâm lý sử dụng sản phẩm của người tiêu dùng, các sản phẩm từ sữa phải đảm bảo được chất lượng, giá trị dinh dưỡng, cũng như đa dạng hóa về sản phẩm làm sao cho phù hợp với từng lứa tuổi, sở thích của người sử dụng, do vậy trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm chế biến từ nguyên liệu sữa tươi với sự đa dạng về hương vị, cấu trúc như: sữa tươi thanh (tiệt) trùng, sữa cô đặc, phô mai, sữa chua,…Với những cơ hội và thách thức ngành công nghiệp sản xuất sữa mang lại cho thị trường tiêu thụ Việt Nam thì việc xây dựng nhiều nhà máy sữa là cần thiết cho việc đáp ứng nhu cầu trong nước, từng bước thay thế các mặt hàng sữa nhập khẩu, bên cạnh đó đóng góp đáng kể vào nguồn ngân sách nhà nước, tạo việc làm cho người lao động, trở thành mắt xích quan trọng của nền công nghiệp Việt Nam. Hiểu rõ được tầm quan trọng đó, vì vậy đề tài đồ án tốt nghiệp là: “Thiết kế nhà máy sản xuất sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường năng suất 27000 lít sản phẩm/ca và sữa chua uống hương việt quất năng suất 15,6 triệu lít sản phẩm/năm”. SVTH: Nguyễn Thị Ánh GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh 1 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT 1.1. Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy Ngành công nghiệp sản xuất, chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa của Việt Nam thuộc nhóm sản phẩm thiết yếu, nên cho dù trong những năm kinh doanh ảm đảm của các doanh nghiệp trong toàn bộ nền kinh tế, các doanh nghiệp ngành sữa vẫn giữ tăng trưởng mạnh với mức 2 con số. Trong những năm tới, việc dân số tăng, thu nhập người dân tăng kéo theo chi tiêu cũng tăng nhanh, và những quan tâm ngày một nhiều của người Việt Nam về các sản phẩm chăm sóc sức khỏe, ngành sữa được kỳ vọng sẽ còn tiếp tục duy trì đà tăng trưởng này. Ngành sữa Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển và đang được các nhà đầu tư trong và ngoài nước chú trọng. Mặc dù vậy, sự phát triển của ngành công nghiệp sữa vẫn chưa tương xứng với tiềm năng phát triển của thị trường trong nước bởi hiện nay nhu cầu tiêu dùng đối với các sản phẩm trong ngành vẫn còn rất lớn. Vì vậy việc đầu tư xây dựng một nhà máy sản xuất sữa công nghiệp là một phương án cần thiết và có khả thi mang lại lợi nhuận lớn. 1.2. Vị trí đặt nhà máy Để xây dựng được một nhà máy sữa đạt hiểu quả kinh tế cao nhất thì việc lựa chọn địa điểm xây dựng rất quan trọng, nó phải đảm bảo các yêu cầu sau [1]. - Vị trí đặt nhà máy phải gần nguồn nguyên liệu và thị trường tiêu thụ - Giao thông vận tải thuận lợi - Việc cung cấp điện và nhiên liệu dễ dàng - Cấp và thoát nước thuận lợi - Nguồn nhân lực dồi dào. - Thuận lợi cho việc liên hiệp hóa Từ những nguyên tắc trên, qua khảo sát và nghiên cứu em chọn địa điểm để xây dựng nhà máy tại xã Nghĩa Sơn, huyện Nghĩa Đàn, Tỉnh Nghệ An, với tiềm năng của vùng đất đỏ Ba gian màu mỡ, có nguồn lực mạnh mẽ về tự nhiên – con người, huyện Nghĩa Đàn phát triển dự án chăn nuôi bò sữa và chế biến sữa tập trung theo quy mô công nghiệp hoàn thành giai đoạn 1 (350 triệu USD), đây là dự án lớn nhất khu vực Đông Nam Á, có sức lan tỏa rộng rãi cho các dự án tiếp theo trên địa bàn khu vực Bắc Trung Bộ, cùng với những điều kiện thuận lợi như vậy rất thích hợp để xây dựng một nhà máy sản xuất sữa [2]. SVTH: Nguyễn Thị Ánh GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh 2 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất 1.3. Điều kiện tự nhiên 1.3.1. Vị trí địa lý Nghĩa Đàn là một huyện nằm trong vùng sinh thái phía Tây Bắc tỉnh Nghệ An, cách thành phố Vinh 95 km về phía Tây Bắc, nằm trong tọa độ 19013’ ÷ 19033’ vĩ độ Bắc, 105018’ ÷ 105035’ kinh độ đông. Diện tích tự nhiên 617,55 km2. + Phía đông giáp huyện Quỳnh Lưu + Phía tây giáp 2 huyện Quỳ Hợp và Quỳ Châu + Phía nam giáp huyện Tân Kỳ + Phía bắc giáp huyện Như Xuân, tỉnh Thanh Hóa. Huyện Nghĩa Đàn nằm trong vùng kinh tế Phủ Qùy, cửa ngõ Tây Bắc tỉnh Nghệ An có vị trí kinh tế, chính trị, an ninh – quốc phòng quan trọng, được coi là trung tâm kinh tế, văn hóa, xã hội của vùng Tây Bắc tỉnh Nghệ An, có quốc lộ 48 và đường Hồ Chí Minh đi qua, thuận lợi cho việc phát triển, giao thương và hội nhập kinh tế [3]. 1.3.2. Địa hình Nghĩa Đàn là huyện có điều kiện địa hình khá thuận lợi so với các huyện trung du, miền núi trong tỉnh. Đồi núi không quá cao, chủ yếu là thấp và thoải dần, bao quanh huyện từ phía Tây sang phía Bắc, phía Đông và Đông Nam là những dãy núi tương đối cao. Ngoài ra, do đặc điểm kiến tạo của địa hình, Nghĩa Đàn có những vùng đất tương đối bằng phẳng, có quy mô diện tích lớn, đồi núi thấp là điều kiện thuận lợi để phát triển nông lâm nghiệp phong phú [3]. 1.3.3. Khí hậu Nghĩa Đàn nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm. Nhiệt độ bình quân hàng năm là 23oC, nhiệt độ cao tuyệt đối là 41,6oC, nhiệt độ thấp tuyệt đối là 0,2oC. Lượng mưa trung bình hàng năm là 1,694 mm, phân bố không đều trong năm. Hướng gió chủ yếu là Tây Bắc, Đông Nam, ngoài ra còn chịu ảnh hưởng của gió phơn Tây Nam (gió lào) khoảng từ tháng 5 đến tháng 8 [3]. 1.4. Vùng nguyên liệu Nhờ sự có mặt của các doanh nghiệp lớn ngành sữa, trong đó đáng kể nhất là công ty cổ phần thực phẩm sữa TH True milk, từ năm 2009, tại huyện Nghĩa Đàn TH đã đầu tư trang trại nuôi bò sữa tập trung ứng dụng công nghệ cao, quy mô công nghiệp lớn nhất Châu Á. Tới nay đàn bò sữa tại đây đã lên tới hơn 46.000 con và trang trại còn phát triển theo quy hoạch tới năm 2020, bên cạnh đó là trang trại Vinamilk khoảng 2.500 con và các hộ chăn nuôi tập trung chủ yếu ở các tỉnh khác như Thái hòa, Tân Kỳ,... SVTH: Nguyễn Thị Ánh GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh 3 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất Hình 1.1 Đàn bò hữu cơ chăn thả tự nhiên ở huyện Nghĩa Đàn [4]. Theo nghiên cứu của Cục trưởng Chăn nuôi Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, thì đến nay các thế hệ bò sữa của các trang trại bò sữa tại Nghệ An đã được sinh ra và thích nghi tốt với điều kiện địa phương, năng suất sữa đạt bình quân cao nhất trong khu vực Đông Nam Á. Vì vậy có thể thấy Nghĩa Đàn là vùng đất có nguồn nguyên liệu sữa rất dồi dào [4]. 1.5. Thị trường tiêu thụ Thị trường tiêu thụ sản phẩm chủ yếu ở trong khu vực tỉnh Nghệ An, các tỉnh khu vực phía Bắc và khu vực Trung Bộ. 1.6. Nguồn cung cấp nước Để đạt hiệu suất cao nhất trong một nhà máy sữa thì cần một lượng nước tiêu thụ rất lớn, nước sử dụng cho mục đích sản xuất và sinh hoạt. Vì vậy chất lượng nước đưa vào sản xuất đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm sữa của nhà máy. Nhà máy xây dựng hệ thống nước với nguồn cung cấp chủ yếu là nước thủy cục, ngoài ra nguồn nước còn được lấy từ các giếng khoan và được xử lý đạt yêu cầu công nghệ sản xuất. 1.7. Nguồn cung cấp điện và hơi nước Nhà máy sử dụng hệ thống cung cấp điện nằm trong mạng lưới điện cung cấp cho khu công nghiệp. Để đề phòng các sự cố mất điện, hư hỏng máy móc,…nhà máy sử dụng thêm một số máy phát điện dự phòng. Nguồn phụ trợ rất quan trọng của nhà máy sản xuất đó là hơi nước, trong nhà máy hơi được dùng với nhiều mục đích khác nhau như đun nóng, thanh (tiệt) trùng, vệ sinh khử mùi thiết bị,…Để đảm bảo cho hoạt động của nhà máy, hơi nước cấp phải là hơi nước bão hòa, được cấp bởi lò hơi. 1.8. Nguồn cung cấp nhiên liệu Để đảm bảo cho lò hơi hoạt động tốt, cho lượng nhiệt lớn, đảm bảo vệ sinh môi trường và an toàn ít độc hại đáp ứng được yêu cầu về sản xuất, nhà máy sẽ sử dụng dầu DO, FO và xăng được mua từ các nguồn công ty khác nhau. SVTH: Nguyễn Thị Ánh GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh 4 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất 1.9. Hệ thống thoát nước Trong nhà máy sữa, nước thải chủ yếu là nước vệ sinh thiết bị, máy móc. Trong thành phần nước thải chủ yếu là hóa chất, các chất hữu cơ vì vậy hệ thống thoát nước phải đảm bảo thoát hết nước, không bị ứ đọng, không làm ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình sản xuất. Nước thải của nhà máy sẽ được xử lí tại khu xử lí riêng, sau khi đạt tiêu chuẩn nước thải sẽ được đưa tới khu vực nước thải tập trung của khu công nghiêp. 1.10. Giao thông vận tải Địa điểm đặt nhà máy gần các trang trại bò sữa nên thuận tiện cho việc vận chuyển sữa tươi nguyên liệu, tiết kiệm thời gian và chi phí vận chuyển, đảm bảo cung ứng nguyên liệu. Với hệ thống giao thông thuận lợi, huyện Nghĩa Đàn có đường Hồ Chí Minh chạy dọc từ phía Bắc đến phía Nam, quốc lộ 48 chạy ngang qua hướng Đông – Tây, nối liền các huyện Quỳ Hợp, Quế Phong, Nghĩa Đàn, Thái Hòa,... thuận lợi cho việc kết nối giữa các huyện miền núi tạo thành mạng lưới giao thông đồng bộ thông suốt. 1.11. Nguồn nhân lực Huyện Nghĩa Đàn là vùng đất nổi tiếng với người dân bao đời cần cù, sáng tạo trong lao động sản xuất, thừa hưởng kinh nghiệm sản xuất từ nhân dân các huyện miền xuôi và các nông trường xung quanh, đây là nguồn nhân công tiềm năng cho nhà máy, bên cạnh đó là nguồn lực trình độ cao từ các trường đại học miền Trung, miền Bắc đáp ứng nhu cầu cho cán bộ, kỹ sư, nhân viên,… phục vụ công tác quản lý, vận hành, điều phối trong nhà máy. 1.12. Sự hợp tác hóa Với hệ thống các doanh trại chăn nuôi bò cùng với các công ty sữa tiềm năng trên địa bàn tỉnh Nghệ An thì nhà máy có cơ hội hợp tác lâu dài bền vững để đáp ứng như cầu cung ứng nguyên liệu. Ngoài ra nhà máy có thể liên kết với các doanh nghiệp hỗ trợ trong sản xuất như nhà máy nước thành phố, sở điện lực thành phố, nhà máy cung cấp bao bì, công ty môi trường,…nhằm tăng cao hiệu quả kinh tế, tiết kiệm chi phí vận chuyển, đảm bảo sự tồn tại và phát triển lâu dài cho nhà máy. 1.13. Kết luận Qua phân tích trên thấy rằng huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An có đầy đủ các yếu tố thuận lợi về điều kiện tự nhiên, nguồn nguyên liệu, nhân lực cũng như các yêu cầu tối thiểu để có thể xây dựng một nhà máy chế biến sữa. Vì vậy phương án xây dựng nhà máy chế biến sữa ở huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An là hoàn toàn khả thi và hợp lí, có khả năng thành công cao. SVTH: Nguyễn Thị Ánh GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh 5 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Nguyên liệu chính Sữa là một chất lỏng màu trắng đục được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Ở nước ta, sữa bò là nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp thực phẩm. Hình 2.1 Sữa bò [5] Nguyên liệu chính để sản xuất sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất là sữa bò tươi được mô tả ở hình 2.1 2.1.1.1. Tính chất vật lý của sữa tươi Sữa là một chất lỏng màu trắng, đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên, màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-caroten có trong chất béo. Sữa bò có mùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ, một số chỉ tiêu vật lý quan trọng được thể hiện ở bảng 2.1 dưới đây Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò [6] Đại lượng Đơn vị đo Giá trị pH - 6,5 ÷ 6,7 D 15 ÷ 18 g/cm3 1,028 ÷ 1,036 Độ chua Tỷ trọng Điểm đông đặc o C -0,54 ÷ -0,59 Thế oxy hóa khử V 0,10 ÷ 0,20 Sức căng bề mặt ở 20oC dynes/cm 50 Độ dẫn điện 1/ohm.cm 0,004 ÷ 0,005 Nhiệt dung riêng Cal/g.oC 0,933 ÷ 0,954 o 2.1.1.2. Thành phần hóa học và cấu trúc lý hóa của sữa tươi SVTH: Nguyễn Thị Ánh GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh 6 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: Sữa thanh trùng có đường và sữa chua uống hương việt quất Về phương diện hóa lý người ta coi sữa là một hệ keo gồm các cầu béo (đường kính từ 3-5 μm) và các micelle (đường kính gần 0,1 μm) [7]. Một hỗn hợp với các thành phần chính của sữa bao gồm nước, đường lactose, protein và chất béo. Ngoài ra sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chưa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí, sự thay đổi các hàm lượng các chất trong sữa bò được thể hiện ở bảng 2.2 Bảng 2.2 Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) [7]. Thành phần Khoảng biến thiên Giá trị trung bình Nước 85,5 ÷ 89,5 87,5 Tổng chất khô 10,5 ÷ 14,5 13,0 Lactose 3,6 ÷ 5,5 4,8 Protein 2,9 ÷ 5,0 3,4 Lipid 2,5 ÷ 6,0 3,9 Khoáng 0,6 ÷ 0,9 0,8 ❖ Nước Nước là thành phần đóng vai trò quan trọng và là thành phần chính của sữa, hàm lượng nước trong sữa dao động trong khoảng 85,5 ÷ 89,5%/lít sữa. Nước là dung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh hóa xảy ra. ❖ Chất béo Chất béo là một trong những thành phần quan trọng có trong sữa, chất béo của sữa gốm 2 loại: + Chất béo đơn giản (glyxerid và sterid) có hàm lượng 35 ÷ 45 g/l gồm axit béo no và không no + Chất béo phức tạp trong sữa thường có chứa một ít phospho, nito, lưu huỳnh trong phân tử. Tên gọi chung là phosphoaminolipid, đại diện là lecithin và cephalin Chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng huyền phù của các hạt nhỏ hình cầu (tiểu cầu) hoặc hình ovan với đường kính từ 2 ÷ 10 μm tùy thuộc vào giống bò sản sinh ra sữa. Các tiểu cầu được vây quanh bởi một màng (membrane) protid, gồm hai thành phần: phần có thể hòa tan được và không thể hòa tan được trong nước, các phần này rất khác nhau trong từng loại sữa. Màng tiểu cầu béo còn chứa nhiều chất khác với hàm lượng nhỏ, trong đó chủ yếu là sắt, đồng. Sự hoàn thiện về cấu trúc của các tiểu cầu là điều kiện quyết định cho sự ổn định của chất béo có trong sữa. Đặc biệt, sự biến chất của màng sẽ làm tăng cường sự hoạt động trực tiếp của một số loại vi sinh vật hoặc là sự tăng lên của chỉ số acid hoặc còn SVTH: Nguyễn Thị Ánh GVHD: TS. Mạc Thị Hà Thanh 7