Tài liệu Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi với năng suất 32 triệu lít nguyên liệunăm gồm 2 dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương dâu với năng suất 17 nghìn lít sản phẩmca và sữa cô đặc không đường

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 VỚI NĂNG SUẤT 32 TRIỆU LÍT NGUYÊN LIỆU/NĂM GỒM HAI DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT: SỮA CHUA UỐNG HƯƠNG DÂU VỚI NĂNG SUẤT 17000 LÍT SẢN PHẨM /CA VÀ SỮA CÔ ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG. Người hướng dẫn: T.S MẠC THỊ HÀ THANH Sinh viên thực hiện: LÊ THỊ HOÀI Số thẻ sinh viên: 107150146 Lớp: 15H2B Đà Nẵng, 12/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi với năng suất 32 triệu lít nguyên liệu/năm gồm 2 dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu với năng suất 17 nghìn lít sản phẩm/ca và sữa cô đặc không đường”. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoài Số thẻ SV: 107150146 Lớp: 15H2B Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm có 9 chương: Chương 1: Lập luận về kinh tế - kỹ thuật: Tìm hiểu sự cần thiết xây dựng nhà máy và chọn địa điểm xây dựng nhà máy, tìm hiểu về đặc điểm thiên nhiên, đặc 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. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc KHOA: HÓA NHIỆM VỤ ÐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Thị Hoài Lớp: 15H2B Khoa: Hóa Số thẻ sinh viên: 107150146 Ngành: Công nghệ thực phẩm 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi với năng suất 32 triệu lít nguyên liệu/năm gồm 2 dây chuyền sản xuất: Sữa chua uống hương dâu với năng suất 17 nghìn lít sản phẩm/ca và sữa cô đặc không đường. 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 đầu: - Nguyên liệu sữa tươi có hàm lượng chất khô 13%, hàm lượng chất béo 3,8%. - Sản phẩm sữa chua uống hương dâu có hàm lượng chất khô 17%, hàm lượng chất béo 3,2%, và hàm lượng đường 4,5%. - Sản phẩm sữa cô đặc không đường có hàm lượng chất khô 31%, và hàm lượng chất béo 9%. 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 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 nhiệt - hơi - nước 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 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 kĩ thuật quy trình công nghệ (A0) Bản vẽ số 2: Mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0) Bản vẽ số 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (A0) Bản vẽ số 4: Bản vẽ đường ống hơi - nước (A0) Bản vẽ số 5: Tổng mặt bằng nhà máy (A0) 6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / 8. Ngày hoàn thành đồ án: / /2019 /2019 Đà nẵng, ngày… tháng … năm 2019 Trưởng Bộ môn Công Nghệ Thực Người hướng dẫn Phẩm PGS. TS. Đặng Minh Nhật TS. Mạc Thị Hà Thanh LỜI NÓI ĐẦU Bách Khoa không chỉ là ngôi trường đại học hàng đầu về kỹ thuật với chương trình đào tạo rèn luyện tư duy và sự kiên trì. Bách Khoa trong tôi còn là một hành trình hơn 4 năm trải nghiệm đầy thú vị và nhiều màu sắc. Nơi đây có những thầy cô tận tình giảng dạy, khuyến khích sinh viên chủ động, sáng tạo; là những ngày ôn thi căng thẳng quên hết thời gian; hay là những ngày tình nguyện với nhiệt huyết của tuổi trẻ. Ở Bách Khoa, tôi học được giá trị của cuộc sống, học được sự mạnh mẽ cần thiết, là con gái học Bách Khoa vất vả nhưng chưa bao giờ tôi hối hận, mà còn cảm thấy biết ơn vì cũng là một nữ sinh của Bách Khoa. Đáng quý hơn, Bách Khoa còn cho tôi những người bạn, những người thầy, người cô thân thiết, những mối quan hệ mà có lẽ sẽ theo tôi trong suốt cuộc đời. Thật lòng cảm ơn Bách Khoa. Khép lại những năm tháng đó chính là mùa đồ án cuối cùng của đời sinh viên - đồ án tốt nghiệp. Chắc hẳn tôi sẽ không thể nào hoàn thành tốt nếu không có sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, đặc biệt là cô Mạc Thị Hà Thanh, người đã trực tiếp theo sát tôi trong quá trình hoàn thành đồ án. 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. Tôi xin chúc các thầy cô giáo trong Khoa Hóa dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp. Đà Nẵng, ngày 9 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực hiện Lê Thị Hoài i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả tính toán trong đồ án tốt nghiệp này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào . 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. Bố cục trình bày bài thuyết minh, bản vẽ và các giấy tờ quy định cũng được thực hiện theo đúng quy định của nhà trường. Đà Nẵng, ngày 9 tháng 12 năm 2019. Sinh viên thực hiện Lê Thị Hoài ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ÐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................................... i CAM ĐOAN ............................................................................................................................ii MỤC LỤC .............................................................................................................................. iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ........................................................................... vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT....................................................... 2 1.1. Sự cần thiết xây dựng nhà máy................................................................................. 2 1.2. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................................ 2 1.2.1. Vị trí địa lý................................................................................................................ 2 1.2.2. Địa hình..................................................................................................................... 2 1.2.3. Khí hậu ...................................................................................................................... 3 1.3. Vùng nguyên liệu.......................................................................................................... 3 1.4. Thị trường tiêu thụ ...................................................................................................... 3 1.5. Nguồn cung cấp nước.................................................................................................. 3 1.6. Nguồn cung cấp điện ................................................................................................... 3 1.7. Nguồn cung cấp hơi nước........................................................................................... 3 1.8. Nguồn cung cấp nhiên liệu ......................................................................................... 3 1.9. Hệ thống thoát nước .................................................................................................... 4 1.10. Xử lý nước thải ........................................................................................................... 4 1.11. Giao thông vận tải...................................................................................................... 4 1.12. Khả năng cung cấp nguồn nhân lực ...................................................................... 4 1.13. Sự hợp tác hóa ............................................................................................................ 4 1.14. 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............................................................................................16 2.2.1. Sữa cô đặc không đường.......................................................................................16 2.2.2. Sữa chua uống hương dâu.....................................................................................18 2.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm sữa ở trong nước và trên thế giới ..................................................................................................................................................20 iii 2.3.1. Tình hình tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa ở Việt Nam .............................20 2.3.2. Tình hình tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa trên thế giới ............................21 CHƯƠNG 3. CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ..............22 3.1. Chọn phương án thiết kế ..........................................................................................22 3.1.1. Đối với sản phẩm sữa chua uống hương dâu .....................................................22 3.1.2. Đối với sản phẩm sữa cô đặc không đường .......................................................22 3.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ....................................................................................24 3.3. Thuyết minh quy trình..............................................................................................26 3.3.1. Thuyết minh các công đoạn chung cho hai dây chuyền ...................................26 3.3.2. Thuyết minh cho dây chuyền sữa chua uống hương dâu..................................28 3.3.3. Thuyết minh cho dây chuyền sữa cô đặc không đường....................................31 CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ..............................................................34 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy .............................................................................34 4.1.1. Kế hoạch nhập nguyên liệu ..................................................................................34 4.1.2. Kế hoạch sản xuất của nhà máy ...........................................................................34 4.2. Tính cân bằng vật chất .............................................................................................35 4.2.1. Tính cân bằng vật chất cho công đoạn chung của hai dây chuyền..................35 4.2.2. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương dâu .36 4.2.3. Tính cân bằng vật chất dây chuyền sản xuất sữa cô đặc không đường ..........42 4.3. Tính tỉ trọng của sữa tươi nguyên liệu ..................................................................46 4.3.1. Tính tỉ trọng của sữa tươi nguyên liệu ................................................................46 4.3.2. Tính tỉ trọng của sữa đi vào dây chuyền sữa chua uống hương dâu ...............47 4.3.3. Tỷ trọng của sữa cô đặc không đường ................................................................47 4.4. Bảng tổng kết ..............................................................................................................48 CHƯƠNG 5. CHỌN VÀ TÍNH THIẾT BỊ ....................................................................50 5.1. Tính toán và chọn thiết bị ........................................................................................50 5.1.1. Cách tính và chọn thiết bị .....................................................................................50 5.1.2. Tính toán và chọn thiết bị chung cho cả hai dây chuyền..................................51 5.1.3. Tính toán thiết bị cho dây chuyền sữa chua uống hương dâu ..........................53 5.1.4. Tính và chọn thiết bị dây chuyền sản xuất sữa cô đặc không đường ..............62 5.2. Tính và chọn bơm ......................................................................................................70 5.2.1. Bơm vận chuyển sữa tươi nguyên liệu qua các công đoạn ..............................70 5.2.2. Bơm vận chuyển sữa khi cô đặc ..........................................................................70 5.2.3. Bơm vận chuyển syrup và cream.........................................................................71 5.3. Băng tải vận chuyển sữa hộp qua đóng thùng ....................................................71 5.3.1. Sữa chua uống hương dâu.....................................................................................71 iv 5.3.2. Sữa cô đặc không đường.......................................................................................71 5.4. Bảng tổng kết các thiết bị .........................................................................................71 CHƯƠNG 6. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT – HƠI – NƯỚC.........................................73 6.1. Cân bằng nhiệt............................................................................................................73 6.1.1. Tính nhiệt cho thiết bị gia nhiệt sơ bộ chung cho hai dây chuyền ..................73 6.1.2. Tính cân bằng nhiệt cho dây chuyền sữa chua uống hương dâu .....................74 6.1.3. Tính nhiệt cho dây chuyền sữa cô đặc không đường ........................................78 6.2. Tính hơi và nhiên liệu ...............................................................................................83 6.2.1. Tính chi phí hơi ......................................................................................................84 6.2.2. Tính nhiên liệu .......................................................................................................85 6.3. Tính cấp – thoát nước ...............................................................................................86 6.3.1. Cấp nước .................................................................................................................86 6.3.2. Thoát nước ..............................................................................................................87 CHƯƠNG 7: TÍNH TỔ CHỨC NHÂN SỰ - XÂY DỰNG ........................................89 7.1. Tính tổ chức nhân sự.................................................................................................89 7.1.1. Sơ đồ tổ chức..........................................................................................................89 7.1.2. Chế độ làm việc .....................................................................................................89 7.1.3. Tính nhân lực..........................................................................................................89 7.2. Tính xây dựng .............................................................................................................91 7.2.1. Đặc điểm khu đất xây dựng nhà máy ..................................................................91 7.2.2. Các công trình xây dựng .......................................................................................91 7.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy ......................................................................... 104 7.3.1. Diện tích khu đất................................................................................................. 104 7.3.2. Tính hệ số sử dụng Ksd ....................................................................................... 104 CHƯƠNG 8. KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM ......................................... 105 8.1. Mục đích kiểm tra sản xuất và sản phẩm.......................................................... 105 8.2. Kiểm tra nguyên liệu .............................................................................................. 105 8.3. Kiểm tra công đoạn trong quá trình sản xuất .................................................. 106 8.4. Kiểm tra thành phẩm............................................................................................. 107 CHƯƠNG 9 : AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY ........................ 108 9.1. An toàn lao động ..................................................................................................... 108 9.1.1. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra tai nạn trong quá trình sản xuất ............... 108 9.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động ..................................................... 108 9.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động...................................................... 108 9.2. Vệ sinh công nghiệp ................................................................................................ 109 9.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân ......................................................................... 109 v 9.2.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị .................................................................................. 109 9.2.3. Xử lý nước thải ................................................................................................... 109 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lý của sữa bò ...........................................................................5 Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong sữa của con người và một số động vật (% khối lượng) ................................................................................................................................6 Bảng 2.3 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) ..............................................6 Bảng 2.4 Chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi nguyên liệu .................................................... 10 Bảng 2.5 Chỉ tiêu hóa lí của sữa tươi nguyên liệu ............................................................ 10 Bảng 2.6 Hàm lượng kim loại nặng trong sữa tươi nguyên liệu ..................................... 10 Bảng 2.7 Các chỉ tiêu vi sinh vật trong sữa tươi nguyên liệu .......................................... 10 Bảng 2.8 Chỉ tiêu chất lượng của cream ............................................................................ 12 Bảng 2.9 Tiêu chuẩn chất lượng đường RE TCVN 6959:2001 ...................................... 12 Bảng 2.10 Các chỉ tiêu chất lượng của nước TCVN 5501:1991 ..................................... 13 Bảng 2.11 Chỉ tiêu chất lượng của Lecithin ...................................................................... 14 Bảng 2.12 Đặc điểm, tính chất của disodium phosphate.................................................. 14 Bảng 2.13 Chỉ tiêu vi sinh của sữa đặc không đường ...................................................... 17 Bảng 2.14 Chỉ tiêu hóa lý của sữa đặc không đường ....................................................... 17 Bảng 2.15 Phụ gia thực phẩm cho phép trong sữa đặc không đường............................. 18 Bảng 2.16 Chỉ tiêu cảm quan của sữa chua uống hương dâu .......................................... 19 Bảng 2.17 Chỉ tiêu hóa lí của sữa chua .............................................................................. 19 Bảng 2.18 Chỉ tiêu hàm lượng kim loại nặng trong sữa chua ......................................... 19 Bảng 2.19 Chỉ tiêu vi sinh của sữa chua ............................................................................ 20 Bảng 4.1 Bảng nhập nguyên liệu của nhà máy.................................................................. 34 Bảng 4.2 Bảng sản xuất theo ca của nhà máy.................................................................... 34 Bảng 4.3 Bảng kế hoạch sản xuất của nhà máy ................................................................ 35 Bảng 4.4 Tiêu hao qua các công đoạn chung của hai dây chuyền .................................. 35 Bảng 4.5 Tiêu hao qua các công đoạn của dây chuyền sữa chua uống hương dâu ...... 37 Bảng 4.6 Tiêu hao qua các công đoạn sữa cô đặc không đường..................................... 42 Bảng 4.7 Tổng kết nguyên liệu và bán thành phẩm ở từng công đoạn .......................... 48 Bảng 4.8 Bảng tổng kết nguyên liệu phụ ở các công đoạn .............................................. 49 Bảng 4.9 Bảng tổng kết bao bì sản phẩm ........................................................................... 49 vii Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị lọc túi................................................................. 52 Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật của lưu lượng kế ................................................................... 52 Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật của thiết bị gia nhiệt bản mỏng .......................................... 53 Bảng 5.4 Thông số kỹ thuật của thiết bị bài khí................................................................ 54 Bảng 5.5 Thông số kỹ thuật của thiết bị đồng hóa ............................................................ 54 Bảng 5.6 Thông số kỹ thuật của thiết bị thanh trùng và làm nguội ................................ 55 Bảng 5.7 Thông số kỹ thuật của thiết bị lên men .............................................................. 56 Bảng 5. 8 Thông số kỹ thuật nồi nấu siro........................................................................... 57 Bảng 5. 9 Thông số kỹ thuật của gàu tải ............................................................................ 58 Bảng 5. 10 Thông số kỹ thuật của Vít tải........................................................................... 58 Bảng 5. 11 Thông số kỹ thuật của thiết bị phối trộn......................................................... 60 Bảng 5. 12 Thông số kỹ thuật của bồn chờ rót.................................................................. 61 Bảng 5. 13 Thông số kỹ thuật của máy rót hộp................................................................. 61 Bảng 5. 14 Thông số kỹ thuật của máy đóng thùng.......................................................... 62 Bảng 5. 15 Thông số kỹ thuật của thiết bị phối trộn......................................................... 64 Bảng 5. 16 Thông số kỹ thuật thiết bị gia nhiệt................................................................. 65 Bảng 5. 17 Thông số kỹ thuật thiết bị cô đặc .................................................................... 65 Bảng 5. 18 Thông số kĩ thuật của thiết bị đồng hóa ......................................................... 66 Bảng 5. 19 Thông số kỹ thuật thiết bị tiệt trùng ................................................................ 68 Bảng 5. 20 Thông số kỹ thuật bồn chờ rót......................................................................... 69 Bảng 5. 21 Thông số kĩ thuật của máy rót vô trùng ......................................................... 69 Bảng 5. 22 Thông số kỹ thuật của máy đóng thùng.......................................................... 70 Bảng 5. 23 Thông số kĩ thuật bơm ...................................................................................... 70 Bảng 5. 24 Thông số kỹ thuật bơm vận chuyển sữa cô đặc............................................. 70 Bảng 5. 25 Thông số kỹ thuật bơm vận chuyển cream, siro............................................ 71 Bảng 5. 26 Bảng tổng kết các thiết bị trong dây chuyền sản xuất .................................. 71 Bảng 6. 1 Bảng tổng kết chi phí hơi cho các thiết bị ........................................................ 84 Bảng 6. 2 Lượng nước lạnh và nước nóng cần dùng cho các thiết bị sản xuất ............. 86 Bảng 7. 1 Tổng kết nhân lực làm việc trực tiếp ................................................................ 90 Bảng 7. 2 Bảng tổng kết các công trình xây dựng toàn nhà máy .................................. 103 Bảng 8.1 Kiểm tra nguyên liệu.......................................................................................... 105 Bảng 8.2 Kiểm tra các công đoạn sản xuất ...................................................................... 106 viii Hình 2.1 Cấu trúc micelle của casein. ...................................................................................7 Hình 2.2 Cấu tạo vi khuẩn Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus ..... 15 Hình 2.4 Một số sản phẩm sữa cô đặc không đường ....................................................... 16 Hình 2.5 Sản phẩm sữa chua uống hương dâu . ................................................................ 18 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ của hai sản phẩm sữa chua uống hương dâu và sữa cô đặc không đường ..................................................................................................... 25 Hình 4.1 Sơ đồ các công đoạn chung của hai dây chuyền ............................................... 36 Hình 4.2 Sơ đồ dây chuyền sữa chua uống hương dâu .................................................... 37 Hình 4.3 Sơ đồ công đoạn phối trộn ................................................................................... 38 Hình 4.4 Sơ đồ công đoạn cấy giống .................................................................................. 40 Hình 5. 1 Cấu tạo thùng chứa .............................................................................................. 50 Hình 5.2 Thiết bị lọc túi tháo rời GEA KA 70-76 ........................................................... 52 Hình 5. 3 Lưu lượng kế Dong Yan ..................................................................................... 52 Hình 5.4 Thiết bị gia nhiệt sơ bộ ......................................................................................... 53 Hình 5.5 Thiết bị bài khí....................................................................................................... 54 Hình 5.6 Thiết bị đồng hóa .................................................................................................. 54 Hình 5.7 Thiết bị thanh trùng,làm nguội ............................................................................ 55 Hình 5.8 Thiết bị lên men..................................................................................................... 56 Hình 5. 9 Nồi nấu siro........................................................................................................... 57 Hình 5.10 Silo chứa đường .................................................................................................. 57 Hình 5. 11 Gàu tải ................................................................................................................. 58 Hình 5. 12 Vít tải ................................................................................................................... 58 Hình 5. 13 Thùng chứa siro đường ..................................................................................... 59 Hình 5. 14 Thiết bị phối trộn ............................................................................................... 60 Hình 5. 15 Bồn chờ rót loại Tetra Pak ................................................................................ 61 Hình 5. 16 Máy chiết rót Tetra Brik ................................................................................... 61 Hình 5. 17 Máy đóng thùng ................................................................................................. 62 Hình 5. 18 Thùng chứa cream ............................................................................................ 63 Hình 5. 19 Thiết bị phối trộn ............................................................................................... 64 Hình 5. 20 Thiết bị trao đổi nhiệt Alfa laval baseline 3 ................................................... 65 Hình 5. 21 Thiết bị cô đặc.................................................................................................... 65 Hình 5. 22 Thiết bị đồng hóa ............................................................................................... 66 Hình 5. 23 Thiết bị phối trộn ............................................................................................... 66 Hình 5. 24 Thiết bị tiệt trùng ............................................................................................... 68 Hình 5. 25 Bồn chờ rót ......................................................................................................... 69 Hình 5. 26 Máy rót vô trùng ................................................................................................ 69 ix Hình 5. 27 Máy đóng thùng ................................................................................................. 70 Hình 5. 28 Bơm vận chuyển sữa ......................................................................................... 70 Hình 7. 1 Sơ đồ tổ chức nhà máy ........................................................................................ 89 Hình 7. 2 Hệ thống lọc, kiểm tra sữa nguyên liệu............................................................. 93 Hình 7. 3 Thùng chứa sữa .................................................................................................... 93 x Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu và sữa cô đặc không đường. MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp sản xuất, chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa của Việt Nam những năm gần đây có sự phát triển năng động, cung cấp nhiều sản phẩm đa dạng cho đời sống kinh tế quốc dân, đáp ứng nhu cầu trong nước, từng bước thay thế các mặt hàng sữa nhập khẩu và tham gia xuất khẩu với sự đa dạng về mẫu mã và chủng loại. Bên cạnh đó, ngành đã có nhiều đóng góp đáng kể vào ngân sách nhà nước, tạo nhiều việc làm cho người lao động, góp phần bảo đảm đời sống nhân dân và ổn định tình hình xã hội, trở thành một mắt xích quan trọng của nền nông nghiệp Việt Nam. Sự đi lên của ngành công nghiệp chế biến sữa là động lực để phát triển ngành chăn nuôi bò sữa, một trong những ngành tạo ra thu nhập tương đối cao cho người nông dân Việt Nam. Nước ta hoàn toàn có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển ngành này nhưng để ngành chăn nuôi bò sữa thật sự là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước thì sự phát triển các ngành công nghiệp chế biến sữa phải đi trước một bước. Ngày nay, các sản phẩm từ sữa bò hết sức đa dạng và phong phú. Từ sữa bò người ta đã sản xuất, chế biến vô vàn các sản phẩm có cấu trúc, trạng thái và hương vị k hác nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và lợi ích riêng của mỗi sản phẩm mà mức độ tiêu thụ của chúng trên thị trường cũng không giống nhau. Chất lượng cuộc sống của người tiêu dùng ngày càng được nâng cao nên nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm di nh dưỡng ngày càng tăng. Người tiêu dùng có xu hướng đòi hỏi cao hơn về tính phù hợp, sử dụng sản phẩm không những ngon, bổ mà còn phù hợp với thể trạng và túi tiền. Hiện nay, trong các sản phẩm từ sữa như: sữa cô đặc, sữa lên men, sữa thanh trùng, sữa tiệt trùng ..., thì sữa cô đặc và sữa chua là dòng sản phẩm tiện ích và chiếm tỷ trọng cao nhất trong cơ cấu doanh thu trong nước của các công ty sản xuất, chế biến sữa. Trước nhu cầu thực tế đó, tôi chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất sữa từ sữa tươi với năng suất 32 triệu lít nguyên liệu/năm gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu với năng suất 17 nghìn lít sản phẩm/ca và sữa cô đặc không đường. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoài Hướng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 1 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu và sữa cô đặc không đường. CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT 1.1. Sự cần thiết xây dựng nhà máy Hiện nay, người tiêu dùng có xu hướng đòi hỏi những sản phẩm có chất lượng cao không chỉ giàu dinh dưỡng mà còn đảm bảo sự tươi sạch và an toàn, họ gia tăng nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm sữa từ nguyên liệu sữa bò tươi sạch, giảm lượng tiêu thụ các sản phẩm từ sữa hoàn nguyên truyền thống vốn có sản lượng cung ứng cao nhất trên thị trường sữa Việt Nam. Dựa trên những cơ sở đó, việc xây dựng một nhà máy chế biến sữa từ nguồn nguyên liệu sữa tươi sạch rất cần thiết hiện nay. Để xây dựng được một nhà máy sữa đạt hiệu quả kinh tế cao nhất thì yếu tố lựa chọn địa điểm đóng vai trò rất quan trọng. Qua nghiên cứu và khảo sát chọn địa điểm xây dựng nhà máy ở xã Long Khánh, huyện Bến Cầu, tỉnh Tây Ninh, một địa điểm có nhiều trang trại bò sữa quy mô lớn nhất ở khu vực Nam Trung Bộ. Địa điểm này có điều kiện tự nhiên thuận lợi với nguồn lao động dồi dào rất thích hợp để xây dựng một nhà máy chế biến sữa. 1.2. Điều kiện tự nhiên 1.2.1. Vị trí địa lý Bến Cầu là một trong chín huyện, thị thuộc tỉnh Tây Ninh, có diện tích tự nhiên 233 km2, cách thị xã Tây Ninh 30 km về phía Tây Nam và cách Thành phố Hồ Chí Minh 70 km về phía Tây Bắc. Bến Cầu nằm trên tuyến giao lưu trực tiếp giữa vùng kinh tế trọng điểm phía Nam và Cam-Pu-Chia, cách Thành phố Hồ Chí Minh và Thị xã Tây Ninh không xa, nên khá thuận lợi để phát triển một nền kinh tế toàn diện. 1.2.2. Địa hình Địa hình của huyện khá bằng phẳng, có xu hướng thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam và được chia thành ba dạng địa hình chính: dạng địa hình cao đồi gò, có độ cao trên 4m, chiếm 13,37% diện tích tự nhiên toàn huyện và được phân bổ xen kẽ ở các xã Lợi Thuận, thị trấn, Tiên Thuận, Long Giang, Long Chữ và Long Phước; dạng địa hình trũng thấp có độ cao 0,8m, chiếm 32,68% diện tích tự nhiên của huyện, phân bố tập trung dọc theo sông Vàm Cỏ Đông thuộc hai xã An Thạnh, Lợi Thuận và một phần của hai xã Tiên Thuận, Long Chữ; dạng địa hình trung bình, có độ cao từ 0,8-4m, chiếm 53,74% diện tích tự nhiên toàn huyện được phân bổ xen kẽ ở các xã, thị trấn trong huyện. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoài Hướng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 2 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu và sữa cô đặc không đường. 1.2.3. Khí hậu Huyện Bến Cầu nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với những đặc trưng chính là nắng nhiều (nhiệt độ bình quân trong năm 27,7 oC) và nằm trong khu vực có lượng mưa và số ngày mưa tương đối thấp nhưng lại phân bổ không đều giữa các tháng. Hệ thống kênh rạch đều có hướng Tây-Bắc, Đông- Nam, mật độ thưa, ngắn và dòng chảy không rõ rệt, có vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp và tiêu nước phục vụ sản xuất nông nghiệp. Có 2 hướng gió chủ yếu: Tây Nam vào mùa mưa và Đông Bắc vào mùa khô. 1.3. Vùng nguyên liệu Hiện nay ở Tây Ninh, có các trang trại chăn nuôi bò sữa quy mô lớn, hiện đại, được đầu tư bài bản của các tập đoàn lớn Vinamilk với quy mô hàng ngàn con. Trang trại bò sữa Tây Ninh đi vào hoạt động đã giúp nâng tổng đàn bò trong nước cung cấp sữa lên xấp xỉ 130.000 con, với sản lượng gần 1 triệu lít sữa tươi nguyên liệu mỗi ngày. 1.4. Thị trường tiêu thụ Thị trường tiêu thụ sản phẩm chủ yếu ở trong tỉnh Tây Ninh và các tỉnh thuộc khu vực Nam Trung Bộ. 1.5. Nguồn cung cấp nước Lượng nước tiêu thụ trong một nhà máy sữa là rất lớn. Nước sử dụng với các mục đích: nước dùng cho sinh hoạt và nước dùng để sản xuất. Do vậy chất lượng nước đưa vào sản xuất đóng vai trò vô cùng quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Nhà máy xây dựng hệ thống nước với nguồn cung cấp nước chủ yếu là nước thủy cục. Nước sử dụng cần phải được xử lý để đạt tiêu chuẩn dùng cho việc sản xuất sữa. 1.6. Nguồn cung cấp điện Hệ thống cung cấp điện cho nhà máy nằm trong mạng lưới điện cung cấp cho khu công nghiệp. Ngoài ra để đề phòng sự cố mất điện đột ngột, nhà máy dự trữ thêm một số máy phát điện để dùng khi mất điện. 1.7. Nguồn cung cấp hơi nước Hơi nước là một trong những nguồn phụ trợ rất quan trọng đối với một nhà máy sản xuất. Để đảm bảo cho hoạt động của nhà máy, hơi cấp phải là hơi nước bão hòa, được cấp bởi lò hơi có áp suất > 9,5 atm. 1.8. Nguồn cung cấp nhiên liệu Để đảm bảo cho lò hơi hoạt động tốt, cho nhiệt lớn, sạch sẽ và ít độc hại đáp ứng được yêu cầu về sản xuất cũng như đảm bảo vệ sinh môi trường, nhà máy sẽ sử dụng dầu DO, FO và xăng có thể mua từ công ty dầu khí Petrolimex. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoài Hướng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 3 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu và sữa cô đặc không đường. 1.9. Hệ thống thoát nước Trong nhà máy sữa, nước thải chủ yếu là nước rửa các thiết bị trong đó chủ yếu là hóa chất cộng với các chất hữu cơ, đây là môi trường thuận lợi cho các vi sinh vật phát triển. Do đó hệ thống thoát nước phải đảm bảo thoát hết nước, không bị ứ đọng, không ảnh hướng đến vệ sinh, môi trường trong khu sản xuất chính. 1.10. Xử lý nước thải Đối với nước thải nhà máy sữa, phương pháp xử lý tốt nhất là phương pháp xử lý kị khí kết hợp với xử lý hiếu khí. Nước thải sau khi xử lý phải đảm bảo đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường (TCVN 5945), đảm bảo vệ sinh môi trường cho khu vực nhà máy và khu công nghiệp. 1.11. Giao thông vận tải Nhà máy được đặt gần với các trang trại bò sữa nên thuận tiện cho việc vận chuyển sữa tươi nguyên liệu tới nhà máy được nhanh chóng, đảm bảo chất lượng nguyên liệu và tiết kiệm chi phí vận chuyển. 1.12. Khả năng cung cấp nguồn nhân lực Bến Cầu là huyện có nguồn nhân lực dồi dào, đây là nguồn cung cấp lượng lớn công nhân phục vụ cho quá trình sản xuất của nhà máy. Bên cạnh đó nhà máy sẽ tuyển dụng cán bộ, kỹ sư,... cho nhà máy từ các trường đại học ở Bình Dương, Đồng Nai, TP. Hồ Chí Minh ... để quản lý và giám sát quá trình hoạt động và vận hành của nhà máy. 1.13. Sự hợp tác hóa Với ngành công nghệ chế biến sữa: Nhà máy cần có sự hợp tác lâu dài bền vững với các trang trại chăn nuôi bò sữa trên địa bàn trong và ngoài khu vực để có thể đáp ứng được nhu cầu nguồn nguyên liệu. Mặt khác, nhà máy cần liên kết với các doanh nghiệp như nhà máy cung cấp bao bì, nhà máy nước thành phố, sở điện lực thành phố Tây Ninh, công ty môi trường đô thị… Từ đó giảm được chi phí đầu tư, điện nước và dễ dàng kiểm soát ô nhiễm. 1.14. Kết luận Với những điều kiện thuận lợi như vị trí đặt nhà máy 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 thoát nước thuận lợi, nguồn nhân lực dồi dào. Cho thấy rằng việc xây dựng nhà máy chế biến sữa từ nguyên liệu sữa tươi ở huyện Bến Cầu, tỉnh Tây Ninh là phù hợp và có tính thuyết phục cao. Nhà máy được xây dựng lên sẽ đáp ứng nhu cầu việc làm cho một lượng lao động đồng thời thúc đẩy dịch vụ phát triển hơn. Từ đó góp phần phát triển nền kinh tế của Tây Ninh nói riêng và của cả đất nước nói chung. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoài Hướng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 4 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu và sữa cô đặc không đường. 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 một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Sữa là thức uống có đầy đủ dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cơ thể. Những chất này có khả năng đồng hóa cao vì vậy từ lâu con người đã biết sử dụng sữa như một loại thực phẩm rất bổ dưỡng cho cơ thể, nhất là đối với trẻ sơ sinh [1]. 2.1.1.2. Tính chất vật lý của sữa Các chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò được thể hiện ở Bảng 2.1 bên dưới. Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lý của sữa bò Đại lượng Đơn vị đo Giá trị pH - 6,5 ÷ 6,7 Độ chua 0D 15 ÷ 18 Tỷ trọng g/cm3 1,028 ÷ 1,036 Điểm đông đặc 0C -0,54 ÷ -0,59 Thế oxy hóa-khử V 0,10 ÷ 0,20 Sức căng bề mặt (20 0C) dynes/cm 50 Độ dẫn điện 1/ohm.cm 0,004 ÷ 0,005 Nhiệt dung riêng Cal/g.0C 0,933 ÷ 0,954 Sữa là một chất lỏng đục, do sự có mặt của các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa chủ yếu phụ thuộc hàm lượng β-caroten trong chất béo sữa. Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt, có mùi thơm rất đặc trưng và có vị ngọt nhẹ [1]. 2.1.1.3. Thành phần hóa học của sữa Sữa có các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nito phi protein, các vitamin, hormone, các chất màu và khí. Thành phần và hàm lượng của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, độ tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống và nhiều yếu tố khác. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoài Hướng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 5 Thiết kế nhà máy sữa từ nguyên liệu sữa tươi gồm hai dây chuyền sản xuất: sữa chua uống hương dâu và sữa cô đặc không đường. Sữa là một chất lỏng hỗn hợp giàu dinh dưỡng, tỉ lệ cân đối các chất: protein, lipid, glucid, khoáng, vitamin… [1]. Thành phần hóa học trong sữa của người và một số loài động vật được thể hiện ở Bảng 2.2 và Bảng 2.3. Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong sữa của con người và một số động vật (% khối lượng) Nguồn sữa Protein tổng Casein Lipid Glucid Khoáng Người 1,2 0,5 3,8 7,0 0,2 Bò Dê 3,4 3,6 2,8 2,7 3,9 4,1 4,8 4,7 0,8 0,8 Cừu 5,8 4,9 7,9 4,5 0,8 Bảng 2.3 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) 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 Lactose Trong sữa, hàm lượng lactose trung bình đạt 50 g/l, tồn tại dưới hai dạng: + Dạng α-lactose monohydrate (ngậm một nước): góc quay cực +89,4 + Dạng β-lactose anhydrous (khan): góc quay cực +35 Tỷ lệ hàm lượng giữa hai dạng phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa [1]. Lactose rất nhạy nhiệt: 110 ÷ 130 0C xảy ra dạng mất nước của tinh thể đường, trên 150 0 C xuất hiện màu vàng và ở 170 0C là màu nâu đậm do đường bị caramen hóa. Tuy nhiên khi ở trong sữa, người ta nhận thấy lactose bị caremen hóa khi nhiệt độ không cao lắm (< 130 0 C). Ngoài ra, vì là đường khử nên lactose cũng tham gia phản ứng với các hợp chất chứa nitơ tạo nên các sản phẩm có màu do phản ứng melanoidine [2]. Protein Nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất của sữa là protein. Hàm lượng protein của các loại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm trong khoảng 2,9 ÷ 5%. Riêng đối với sữa bò hàm lượng protein khoảng 3,3 ÷ 3,5%. Các protein của sữa là những protein hoàn thiện. Trong thành phần protein của sữa có đến 19 loại acid amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các acid amin không thay thế Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoài Hướng dẫn: TS. Mạc Thị Hà Thanh 6