ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP-THIẾT KẾ NHÀ MÁY SỮA

Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 1 Thiết kế nhà máy sữa


MỞ ĐẦU
Sữa là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Sau sữa mẹ, sữa bò có
đầy đủ các chất dinh dưỡng như protein, glucid, lipid, chất khoáng, vitamin,… với một
tỉ lệ thích hợp, đáp ứng đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng của con người.
Ngày nay, công nghệ chế biến sữa đã phát triển mạnh mẽ, cho ra đời những
sản phẩm sữa rất đa dạng. Từ nguyên liệu sữa ngườ
i ta có thể sản xuất ra hàng loạt các
thức uống như sữa tiệt trùng, sữa bột, sữa cô đặc, fomat…và cũng là nguyên liệu cho
một số ngành sản xuất bánh, kẹo, ….
Nước ta có vị trí địa lý thuận lợi, khí hậu nhiệt đới gió mùa.
Đây là những điều
kiện rất tốt cho việc chăn nuôi gia súc mà đặc biệt là chăn nuôi bò sữa. Về mặt thị
trường, các sản phẩm sữa trên thị trường Việt Nam hiện nay là rất đa dạng, nhu cầu
tiêu dùng trong nhân dân ngày càng cao. Tuy nhiên, ngành chế biến sữa nước ta còn
non trẻ, việc chăn nuôi chưa đồng bộ, sản lượng sữa chế biến trong nước đi từ sữa tươi
chưa nhiều. Trong khi đó, nhu cầu thị trường ngày càng cao, các sản phẩm sữa ngoại
nhập đang chiếm một thị phần lớn. Từ thực tế trên, Nhà Nước và các ngành liên quan
cần có sự đầu tư thích đáng để phát triển tiềm năng từ công nghiệp sữa.
Trong giới hạn của đề tài, em chỉ thiết kế nhà máy sản xuất sữa cô đặc có
đường hiện đại đi từ
nguyên liệu sữa tươi. Sữa cô đặc có đường là một trong những sản
phẩm ra đời từ rất sớm trong ngành chế biến sữa. Do có hàm lượng đường cao nên dễ
bảo quản, dễ vận chuyển, là một nguồn dinh dưỡng thuận tiện, đồng thời đây cũng là
một trong những nguyên liệu cho một số ngành khác.

Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 2 Thiết kế nhà máy sữa

Chương I. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1 Nguyên liệu sản xuất chính & phụ:
1.1.1 Nguyên liệu chính:
Nguyên liệu chính của nhà máy đi từ sữa bò tươi. Sữa là một chất lỏng sinh lý
được tiết ra từ tuyến vú của bò. Yêu cầu về sữa nguyên liệu trong sản xuất sữa cô đặc:
- Sữa sử dụng trong sản xuất sữa cô đặc phải đạt các chỉ tiêu về cảm quan, hoá
lý và vi sinh tương tự như trong công nghệ sản xuất các sản phẩm khác t
ừ sữa.
- Hàm lượng các tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt và các bào tử vi khuẩn trong
nguyên liệu càng thấp càng tốt.
Quá trình cô đặc sữa thường được thực hiện trong điều kiện chân không ở
nhiệt độ 65÷70
0
C. Trong khoảng nhiệt độ này, các tế bào VSV chịu nhiệt không bị tiêu
diệt, chúng có thể vẫn tiếp tục trao đổi chất với môi trường. Hơn nữa, đây là khoảng
nhiệt độ lý tưởng cho sự nảy mầm của các tế bào vi khuẩn.
- Sự ổn định của các protein sữa với tác nhân nhiệt càng bền càng tốt.
Trong quá trình cô đặc bốc hơi, nhiệt độ có thể làm biến tính protein sữa, ta
cần hạ
n chế hiện tượng này. Sự ổn định của phân tử protein đối với tác nhân nhiệt phụ
thuộc vào giá trị pH, tỷ lệ hàm lượng các muối có trong sữa cũng như thành phần thức
ăn của động vật và chu kỳ tiết sữa.

1.1.2 Đường saccharose (C

12
H
22
O
11
)
Saccharose là disaccharide do hai phân tử glucose và fructose liên kết với
nhau, tách bỏ đi một phân tử nước.
Saccharose được bổ sung vào trong sản phẩm sữa đặc có đường nhằm mục
đích tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng và giá trị áp lực thẩm thấu bên trong sản phẩm.
Nhờ đó, sản phẩm sữa đặc có đường không cần qua quá trình tiệt trùng nhưng vẫn có
thể bảo quản được trong thời gian dài.
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 3 Thiết kế nhà máy sữa
Hiện nay, các nhà sản xuất sử dụng đường tinh luyện (Refined extra – Re)
trong sản xuất sữa đặc có đường. Dưới đây là ví dụ về mức giá trị cho các chỉ tiêu hoá
lý của đường saccharose:
- Độ ẩm: không lớn hơn 0.05%
- Hàm lượng saccharose: không nhỏ hơn 99.8% chất khô
- Hàm lượng tro: không lớn hơn 0.03%
- Độ màu: không lớn hơn 30
0
ICUMSA

1.1.3 Đường lactose
Thường được sử dụng dưới dạng mầm tinh thể trong qui trình sản xuất sữa đặc
có đường. Bổ sung lactose vào để điều khiển quá trình kết tinh lactose sao cho kích
thước tinh thể đạt được giá trị theo yêu cầu. Trước khi sử dụng, đường lactose được
sấy khô và nghiền nhỏ với kích thước vài µm.
Ngoài ra, có thể sử dụng một phần sữa cô đặc có chứa tinh thể lactose mịn của

mẻ sản xuất trước để gây mầm kết tinh cho mẻ sau.

1.1.4 Các phụ gia:
Để hạn chế hiện tượng đông tụ protein dưới tác dụng của nhiệt độ, các nhà sản
xuất thường bổ sung muối disodium phosphate, trisodium phosphate hoặc sodium
citrate vào sữa. Mục đích chính là làm cân bằng trở lại hàm lượng các cation và anion
có trong sữa.
Để ổn định cấu trúc sản phẩm, tránh hiện tượng tách béo, tách muối trong quá
trình bảo quản, người ta sử dụng các chất ổn định khác nhau như lecithine(chất tạ
o
nhũ), carraghenan (chất tạo độ nhớt)…
Để tăng giá trị dinh dưỡng, người ta bổ sung vào sữa cô đặc các loại vitamin
khác nhau như vitamin tan trong chất béo (A, D), vitamin tan trong nước (nhóm B)…

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu sữa tươi:
1.2.1 Một số tính chất vật lý của sữa bò
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 4 Thiết kế nhà máy sữa
Mật độ quang ở 15
0
C 1.030 - 1.034
Tỷ nhiệt 0.93
Điểm đông -0.55
0
C
pH 6.5 – 6.6
Độ axit được tính bằng độ Dornic 16 – 18
0
D
(decigam axit lactic/lit sữa)

Chỉ số khúc xạ ở 20
0
C 1.35
1.2.2 Thành phần hoá học của sữa bò
1. Đường lactose
Đường lactose trong sữa có hàm lượng trung bình 50g/l và tồn tại dưới hai
dạng ∀- và ∃-lactoza.
Khi bị thuỷ phân lactoza cho ra một phân tử đường glucoza và một phân tử
đường galactoza theo phương trình tổng quát:

C
12
H
22
O
11
+ H
2
O → C
6
H
12
O
6
+

C
6
H
12

O
6

Lactoza Glucoza Galactoza


Trong sữa, đường lactoza luôn ở trạng thái hoà tan. Những đặc điểm về khả
năng hoà tan và kết tinh của nó rất quan trọng cho phép áp dụng trong công nghiệp chế
biến sữa cô đặc có đường.
Cơ chế của sự kết tinh đường lactoza có ích lớn trong công nghiệp sữa cô đặc có
đường. Đường lactoza là một gluxit ít hoà tan hơn đường saccharoza là đường được sử
dụng để bổ sung vào trong sữa cô đặc. Khi người ta làm lạnh sản ph
ẩm này, đường
lactoza ban đầu sẽ ở trạng thái dung dịch quá bão hoà rồi sau đó chúng kết tinh. Sự kết
tinh đường này ảnh hưởng đến chất lượng của sữa cô đặc. Nếu xảy ra sự hình thành các
tinh thể lớn, sản phẩm có cấu trúc như dạng cát và không thích hợp (dân gian gọi là
“sạn đường”). Ngược lại, nếu sự kết tinh đường lactoza xảy ra dưới dạng hình thành
các tinh thể nhỏ (kích thước hạt k
ết tinh < 0.01mm), sữa cô đặc tồn tại dưới một cấu
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 5 Thiết kế nhà máy sữa
trúc và một độ bền chắc mong muốn. Điều kiện này được thực hiện trong quá trình tạo
mầm tinh thể. Với hiệu quả này, cần phải giữ sữa cô đặc có đường trong trạng thái quá
bão hoà thích hợp và khơi mào sự kết tinh nhờ bột sữa hoặc mầm kết tinh nhỏ của
đường lactoza.
Đường lactoza của sữa rất nhạy cảm với nhiệt. Giữa 110-130
0
C xảy ra dạng mất
nước của tinh thể đường. Trên 150
0

C, người ta nhận được màu vàng và ở 170
0
C màu
nâu đậm hình thành bởi quá trình caramen hoá. Tuy nhiên ở trong sữa, người ta nhận
thấy rằng sự xuất hiện màu vàng xảy ra ở những nhiệt độ không cao lắm (<130
0
C).
Ngoài ra các sản phẩm sinh ra do sự caramen hoá đường lactoza, cũng còn phải kể đến
phản ứng của đường với các chất chứa nitơ kéo theo sự xuất hiện các thành phần có
màu nâu được gọi là melanoidin.
2. Các hợp chất có chứa nitơ
Protein của sữa do các acid amin trùng ngưng với nhau tạo nên . Vì thế, khi
protein chịu tác dụng của enzym proteaza tạo thành đầu tiên là các peptit và cuối cùng là
các acid amin .
Các Acid amin chủ yếu có mặt trong sữa : glyxin 2, 7% (tính theo sản phẩm
khô)/lít sữa, alanin 3, 0%, valin 7, 2%, lơxin 9, 2%, izolơxin 6, 1%, prolin 11, 3%,
phenylamin 5, 0%, cystein 0, 34%, methionin 2, 8%, triptophan 1, 7%, arginin4, 1%,
histidin 3, 1%, lysin 8, 2%, acidaspartic 7, 1%, acid glutamic 22, 4%, serin 6, 3%,
treonin 4, 9%, tyrosin 6, 3% .
Các chất chứa nitơ trong một lít sữa bao gồm : protit 32-35g và các chất chứa nitơ
phi protit 0, 8-1, 2g .
Trong protit gồm có hai thành phần : proteit và acid amin .
Trong proteit có :
Cazein toàn phần 26-29g
α -lactobumin 0, 8 - 1, 5g
β -lactoglobulin 2, 5 - 4g
Imunoglobulin 0, 5 - 0, 8g
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 6 Thiết kế nhà máy sữa
Proteoze-pepton 0, 8 - 1, 5g

Một số các chất chỉ có vết.
Thành phần quan trọng nhất của các chất chứa nitơ là cazein hay có thể nói cazein là
thành tố quan trọng nhất của protit có trong sữa. Dưới kính hiển vi điện tử, cazein là các
hạt hình cầu có đường kính thay đổi từ 40-200 μm.
Cazein kết tủa dưới dạng các hạt mixen lớn nhờ quá trình acid hóa sữa đến pH=4, 6
(điểm đẳng điện của cazein) . Cazein được chia thành ba loại :
α
-cazein : 60 % cazein toàn phần .
β -cazein : 30 % cazein toàn phần .
γ -cazein : 4 – 10 % cazein toàn phần .

3. Chất béo:

Chất béo của sữa có hai loại :
Chất béo đơn giản (glyxerit và sterit) có hàm lượng 35 - 45 g/l gồm acid béo no và
không no: acid oleic (C
18
không no); acid palmitic (C
16
không no); acid stearic (C
18
không
no).
Chất béo phức tạp trong sữa thường có chứa một ít P, N, S trong phân tử. Tên gọi
chung là phosphoaminolipit, đại diện là lexitin và xephalin .
Đặc tính lí- hoá của chất béo :
Mật độ quang ở 15
o
C 0, 91-0, 95
Nhiệt độ nóng chảy 31-36

O
C
Nhiệt độ hoá rắn 25-30
O
C
Chỉ số iot ( theo Hubl ) 25-45
Chỉ số xà phòng hóa ( theo Koettstorfer ) 218-235
Chỉ số Acid bay hơi không hòa tan ( Polenske ) 1,5-3
Chỉ số Acid bay hơi hòa tan được( Reichert) 26-30
Chỉ số khúc xạ 1,453-1,462
Cấu trúc của chất béo trong sữa: chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng huyền phù
của các hạt nhỏ hình cầu (tiểu cầu) hay hình ôvan với đường kính từ 2-10
μ
m tuỳ thuộc
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 7 Thiết kế nhà máy sữa
vào giống bò sản sinh ra sữa. Dưới kính hiển vi, các tiểu cầu được vây quanh bởi một
màng (membrane) protit, gồm hai phần: phần có thể hòa tan được và phần không thể hòa
tan được trong nước. Các phần này rất khác nhau trong các loại sữa. Bề mặt bên trong của
màng có liên quan mật thiết với một lớp phụ có bản chất phospholipit có thành phần chủ
yếu là lexitinxephalin ( là các chất béo phức tạp có hàm lượng 0, 3-0, 5 g / l sữa) .
Màng tiểu cầu béo còn chứa các chất khác với hàm l
ượng nhỏ, trong đó chủ yếu là
đồng, sắt, các enzym nhất là enzym phosphataza mang tính kiềm tập trung trong phần
protit và enzym reductaza trong phần không hòa tan được .
Sự phân bố các glyxerit trong lòng các tiểu cầu mang đặc điểm sau: phần trung
tâm của tiểu cầu chứa glyxerit có điểm nóng chảy thấp, giàu acid oleic luôn ở dạng lỏng
trong điều kiện nhiệt độ môi trường. Trong khi phần ngoại vi nơi tiếp xúc với màng, chứa
các glyxerit với chỉ số iot thấ
p 5-6 nhưng có điểm nóng chảy cao có thể đông đặc lại ở

nhiệt độ môi trường .
Sự toàn diện về cấu trúc của các tiểu cầu béo 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 loài vi sinh vật hay s
ự tăng lên của chỉ số acid hay còn làm thay đổi
các tính chất vật lý một cách sâu sắc gây ra việc tiến lại gần rồi kết dính các tiểu cầu lại với
nhau dẫn đến quá trình tách chất béo làm mất tính đồng nhất của sữa.

4. Khoáng:
Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8-10 g/l. Các muối trong sữa ở dạng
hoà tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với cazein).
Trong số các nguyên tố khoáng trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là calci,
phosphore và magie. Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại
dưới dạng muối hoà tan trong sữa.
Các nguyên tố khoáng khác như kali, natri, clore… đóng vai trò chất điện ly. Cùng
với lactose. Thông thường vào cuối chu kỳ tiết sữa, đặc biệt khi con vật bị viêm vú, hàm
lượng NaCl tăng vọt làm cho sữa có vị mặn.
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 8 Thiết kế nhà máy sữa
Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zn, Fe, I, Cu, Mn… Chúng cần
thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người. Một số nguyên tố độc hại như Pb, As… đôi
khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò.

5. Vitamin
Các vitamin trong sữa được chia làm hai nhóm:
- Vitamin hoà tan trong nước: B
1
, B
2
,B

3
, B
4,
B
5
, B
6,
C…
- Vitamin hoà tan trong chất béo: A, D, E…
Nhìn chung, hàm lượng vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định, là do chúng
được tổng hợp chủ yếu bởi các vi khuẩn trong ngăn thứ nhất dạ dày của nhóm động vật
nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Tuy nhiên, hàm lượng vitamin tan
trong chất béo bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết…

6. Hormone:

Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình
sinh trưởng của động vật. Chúng được chia thành ba nhóm là proteohormone, hormone
peptide và hormone steoride, trong số đó prolactine được nghiên cứu nhiều hơn cả.
Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là 50 µg/l, trong sữa non là 230 µg/l.

7.Các hợp chất khác:

Trong sữa bò còn chứa các chất khí, chủ yếu là CO
2
, O
2
và N
2
. Tổng hàm lượng

của chúng chiếm từ 5% đến 6% thể tích sữa. Các chất khí trong sữa tồn tại ở ba dạng:
dạng hoà tan, dạng liên kết hoá học với các chất khác và dạng phân tán. Khí ở dạng hoà
tan hoặc phân tán thường gây ra một số khó khăn trong các qui trình chế biến sữa. Do
đó, sữa tươi thường được qua xử lý bài khí trước khi chế biến.



Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 9 Thiết kế nhà máy sữa
Chương II. CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

2.1 Dây chuyền công nghệ:

2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
Nguyên liệu
Sữa tiệt trùng
hương cam
Kiểm tra, lọc
Định lượng
Gia nhiệt, làm
nguội
Siro
saccharose
cấy mầm
tinh thể
lactose
Bao bì vô
trùng
Sữa đặc
có đường
Cô đặc
Làm nguội và
kết tinh
Rót sản phẩm
Ghép mí
Phối trộn
Đồng hoá
Hoàn thiện sản

phẩm
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 10 Thiết kế nhà máy sữa
2.2.1 Thu mua nguyên liệu:
Sữa tươi nguyên liệu được thu mua tại nhà máy và các trạm thu mua gần trang
trại chăn nuôi. Do sữa chứa nhiều chất dinh dưỡng, hệ vi sinh vật sữa sẽ trưởng thành
nhanh chóng tạo ra nhiều sản phẩm trao đổi chất ngoại bào làm thay đổi thành phần
hoá học và giá trị cảm quan của sữa. Để đảm bảo chất lượng sữa, trong quá trình thu
mua và vận chuyển, sữa phải được làm lạnh ở nhi
ệt độ không lớn hơn 4
o
C.
2.2.2 Kiểm tra, lọc:
Sữa trước khi đưa vào chế biến phải tiến hành lọc để loại bỏ các tạp chất ở dạng
lơ lửng trong dịch sữa. Dịch sữa được bơm qua thiết bị lọc thuỷ tĩnh có đường kính
lưới lọc 100
μ
m. Trong quá trình lọc, các tạp chất sẽ bị giữ lại trên lưới lọc và cần
được vệ sinh định kỳ.
2.2.3 Định lượng:
Sữa từ bồn chứa được bơm định lượng bơm qua đưa vào thiết bị gia nhiệt. Quá
trình định lượng nhằm để điều chỉnh năng suất nhà máy.
2.2.4 Xử lý nhiệt:
Quá trình xử lý nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật, vô hoạt enzim và làm bi
ến tính
một số phân tử protein có trong sữa. Trong quá trình xử lý nhiệt, các phân tử protein
kém bền nhiệt, đặc biệt là nhóm protein của huyết thanh sữa sẽ bị biến tính, các muối
calci kết tủa . Sự biến tính này có lợi cho chất lượng thành phẩm do nó ổn định thành
phần protein trong sữa.
Sau quá trình xử lý nhiệt, sữa được làm nguội về 70

o
C rồi đưa đi phối trộn.
2.2.5 Phối trộn:
Dịch sữa được phối trộn với sirô saccharose 70%. Saccharose được bổ sung
trong sản phẩm sữa đặc có đường nhằm mục đích tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng và
giá trị áp lực thẩm thấu bên trong sản phẩm. Nhờ đó, sản phẩm sữa đặc có đường có
thể bảo quản được trong thời gian dài.
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 11 Thiết kế nhà máy sữa
Đường saccharose sử dụng trong nhà máy là đường tinh luyện RE có hàm lượng
chất khô không nhỏ hơn 99,8%.
2.2.6 Cô đặc:
Mục đích của quá trình cô đặc là tách bớt nước ra khỏi sữa dưới tác dụng của
nhiệt độ cao. Thiết bị cô đặc trong điều kiện chân không để tránh sử dụng nhiệt quá
cao, dễ làm tổn thất các chất dinh dưỡng kém bền nhiệt có trong sữa. Nhiệt độ cô đặc
sữa không được vượt quá 65÷70
o
C.
Thời điểm kết thúc quá trình cô đặc sữa được xác định thông qua việc đo tỷ
trọng và độ nhớt của sữa.
2.2.7 Đồng hoá:
Mục đích quá trình đồng hoá là làm giảm kích thước và phân bố đều các hạt cầu
béo trong sữa đặc. Áp lực đồng hoá thường sử dụng từ 150 – 250 bar. Kích thước các
hạt cầu béo sau đồng hoá không lớn hơn 1
m
μ
.
2.2.8 Làm nguội và kết tinh
Độ ẩm và tổng hàm lượng chất khô trung bình của sữa đặc có đường là 26% và
74% tương ứng. Nhờ tạo ra được giá trị áp lực thẩm thấu cao nên các VSV nhiễm vào

sản phẩm bị ức chế, do đó ta hạn chế được sự hư hỏng sản phẩm trong quá trình bảo
quản.
Tuy nhiên, do độ ẩm thấp, chỉ có 50% lượng lactose trong sữa đặc có đường tồn
t
ại ở trạng thái hoà tan. Phần lactose còn lại tồn tại dưới dạng tinh thể. Ta phải điều
khiển quá trình sản xuất sao cho những tinh thể lactose thu được phải thật mịn và đồng
nhất. Kích thước của chúng không được vượt quá 10 µm. Có như thế, người tiêu dùng
sẽ không cảm nhận được trạng thái hạt của các tinh thể lactose khi sử dụng sữa đặc có
đường.
Để thực hiện quá trình kết tinh lactose, ta làm nguộ
i sữa cô đặc về 28÷30
o
C rồi
cấy mầm tinh thể lactose. Sử dụng các mầm tinh thể với kích thước vài µm. Trong quá
trình kết tinh, các tinh thể lactose sẽ lớn lên với kích thước tối đa 10 µm. Khi đó, trong
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 12 Thiết kế nhà máy sữa
1 mm
3
sữa có đến 300.000 tinh thể. Ngược lại, nếu để kích thước tinh thể tăng lên đến
15 µm, tổng số tinh thể trong 1 mm
3
sữa cô đặc sẽ không vượt quá 100.000. Trong
trường hợp này, khi sử dụng ta sẽ cảm nhận được trạng thái hạt của các tinh thể lactose
nơi đầu lưỡi.
Do sản phẩm có độ nhớt cao nên thiết bị sử dụng nhất định phải có cánh khuấy.
Sau cùng, sữa sẽ được làm nguội về 15÷18
o
C rồi được bơm qua thiết bị rót sản
phẩm.

2.2.9 Rót sản phẩm:
Sản phẩm được rót vào bao bì kim loại. Bao bì phải được vệ sinh và vô trùng
cẩn thận trước khi rót sản phẩm để hạn chế sự tái nhiễm VSV.
Sữa đặc có đường với tổng hàm lượng chất khô 74%, khi đó chỉ có nhóm VSV
chịu áp lực thẩm thấu cao (halophile) như một số nấm men và nấm sợi là có thể phát
tri
ển được trong môi trường này. Do đó, để khống chế hiện tượng này, ta cần thực hiện
quá trình rót sản phẩm trong điều kiện kín.
Các thiết bị rót sản phẩm hiện nay đều thực hiện trong chu trình kín và ghép mí
tự động.
2.2.10 Sản phẩm sữa cô đặc:
Người ta đánh giá chất lượng sữa cô đặc thông qua những chỉ tiêu cơ bản sau:
- Chỉ tiêu cảm quan: màu sắc, mùi, vị, trạng thái đồ
ng nhất…
- Chỉ tiêu hoá lý: độ ẩm, độ nhớt, hàm lượng chất béo và chất khô không
béo. Trên bao bì sản phẩm thường được ghi thêm các giá trị về tổng hàm lượng glucid,
protein và một số vitamin.
- Chỉ tiêu vi sinh: tổng số vi khuẩn hiếu khí, nấm men, nấm sợi và một số vi
sinh vật gây bệnh.
Sản phẩm sữa cô đặc phải được bảo quản nơi thoáng mát. Thời gian bảo quản
sữa cô đặc kéo dài đến m
ột năm.
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 13 Thiết kế nhà máy sữa
Sau mỗi mẻ sản xuất tại nhà máy, người ta lấy một số mẫu sản phẩm để kiểm tra
đánh giá các chỉ tiêu chất lượng. Một số mẫu thành phẩm được thực hiện lưu mẫu
trong một năm để có thể nhận xét khái quát về chất lượng sản phẩm.

Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 14 Thiết kế nhà máy sữa
Chương III. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Kế hoạch sản xuất nhà máy:
3.1.1 Biểu đồ nhập nguyên liệu:

Trong năm sữa được thu hoạch theo sơ đồ :

Tháng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Sữa tươi nguyên liệu
x x x x x x x x x x x x

Biểu đồ nhập nguyên liệu:

Tháng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Sữa tươi nguyên liệu
x x x x x x x x x x x

Sữa tươi nguyên liệu có thể cung ứng vào mọi thời điểm trong năm. Tuy nhiên, các
loại máy móc, thiết bị cần phải có thời gian tu sửa, đảm bảo duy trì sản xuất. Do đó, nhà
máy chọn thời điểm ngừng hoạt động để bảo trì là tháng 11. Sở dĩ thời điểm này cũng là
mùa mưa, lụt kéo dài có thể gây ảnh hưởng đến sản xuất.








Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 15 Thiết kế nhà máy sữa
3.1.2 Biểu đồ kế hoạch sản xuất của nhà máy:

Sản phẩm

Tháng
Ca
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Sữa tươi
tiệt trùng

hương cam
I X X X X X X X X X X X
II X X X X X X X X X X X
III X X X X X X
Sữa cô đặc
có đường
I X X X X X X X X X X X
II X X X X X X X X X X X
III X X X X X X


¾ Công nhân trong phân xưởng được nghỉ ngày chủ nhật và các dịp lễ Tết. Mỗi
ngày có thể làm việc 2 hoặc 3 ca tùy thuộc vào nguyên liệu, thời tiết, đặc biệt là
nhu cầu thị trường tiêu thụ.
¾ Khí hậu của Việt Nam có 2 mùa rõ rệt :mùa khô và mùa mưa. Vào mùa khô nhu
cầu tiêu dùng sữa tăng vọt, sức mua lớn nên để đáp ứng nhu cầu của người tiêu
dùng và tăng doanh thu thì nhà máy làm việc hết công suất, tức 3 ca/ngày, các
tháng còn lại có th
ể làm việc 2 ca/ngày.
¾ Tháng 11 được chọn làm tháng để tu sữa, bảo trì, bảo dưỡng máy móc thiết bị.







Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 16 Thiết kế nhà máy sữa
Biểu đồ bố trí sản xuất cho từng mặt hàng:

Tháng
Số ngày
sản xuất
Sữa tươi tiệt trùng
hương cam
Sữa cô đặc có đường
Ca/ngày Ca/tháng Ca/ngày Ca/tháng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
25
19
27
26
25
26
27
27
25
26

27
2
2
3
3
3
3
3
3
2
2

2
50
38
81
78
75
78
81
81
50
52

54
2
2
3
3

3
3
3
3
2
2

2
50
38
81
78
75
78
81
81
50
52

54
1 năm 280 718 718

3.2 Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa cô đặc có đường:
3.2.1 Các số liệu ban đầu:
Năng suất nhà máy: 12.000 lit sản phẩm/ca
Nguyên liệu sữa tươi: hàm lượng chất béo: 3,5%
tổng chất khô: 12%
Sản phẩm sữa đặc có đường: đường: 40%
tổng khô không đường: 34%
nước 26%

3.2.2 Tính cân bằng vật chất:
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 17 Thiết kế nhà máy sữa
Tỉ trọng của sữa thành phẩm:
W
SNFF
d
++
=
608,193,0
100
(g/cm
3
)
F: hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng)
SNF: hàm lượng các chất khô không béo trong sữa (% khối lượng)
W: hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng)

359,1
26
608,1
5,70
93,0
5,3
100
=
++
=d (g/cm
3
)

Năng suất tính theo khối lượng: 12.000 x 1,359 = 16.302,86 (kg/ca)

Bảng tiêu hao qua các công đoạn:

STT Công đoạn tiêu hao Hao hụt (%)
1 Nguyên liệu 0,5
2 Kiểm tra, lọc 1,5
3 Định lượng 0,5
4 Xử lý nhiệt, làm nguội 1
5 Phối trộn 1
6 Cô đặc 2
7 Đồng hoá 1
8 Làm nguội, kết tinh 1
9 Rót sản phẩm 1
10 Ghép mí 1,5
11 Hoàn thiện sản phẩm 1


Theo giả thuyết về hao hụt, lượng sữa khi vào giai đoạn hoàn thiện sản phẩm là:

=
−
×
1100
100
860,302.16
16.466,667 (kg/ca)
Lượng sữa vào giai đoạn ghép mí:
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 18 Thiết kế nhà máy sữa

=
−
×
5,1100
100
667,466.16
16.717,428 (kg/ca)
Lượng sữa vào giai đoạn rót sản phẩm:

=
−
×
1100
100
428,717.16
16.886,291 (kg/ca)
Lượng sữa vào giai đoạn làm nguội và kết tinh:

=
−
×
1100
100
291,886.16
17.056,860 (kg/ca)
Lượng sữa đi vào thiết bị đồng hoá:

=
−
×

1100
100
860,056.17
17.229,151 (kg/ca)
Tính toán cho quá trình cô đặc:
Lượng đường saccharose khô cần bổ sung:


660,891.6
100
40
151,229.17 =×
(kg/ca)
Lượng đường saccharose khô cần bổ sung tại quá trình cô đặc khi hao
hụt là 2%:

273,961.6
1100
100
660,891.6 =
−
×
(kg/ca)
Hao hụt tại nấu xirô là 1% nên lượng đường saccharose khô cần nấu
xirô là:

590,031.7
1100
100
273,961.6 =

−
×
Lượng đường sac khô 99,8% ban đầu cần là:

=×
8,99
100
590,031.7 7.045,681 (kg/ca)
Sản phẩm sữa cô đặc có tổng khô không đường chiếm 34%. Do đó lượng
khô không đường sau khi cô đặc phải đạt 34% so với sữa đi vào thiết bị đồng hoá.
Suy ra lượng chất khô không đường khi ra khỏi thiết bị cô đặc:

=×
100
34
151,229.17
5.857,911 (kg/ca)
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 19 Thiết kế nhà máy sữa
Hao hụt tại công đoạn cô đặc là 2% nên lượng chất khô không đường khi
vào thiết bị cô đặc:

=
−
×
2100
100
911,857.5
5.977,460 (kg/ca)
Hàm lượng chất khô chiếm 12% trong sữa nguyên liệu, do đó ta tính được

lượng sữa tươi đi vào thiết bị cô đặc:

=×
12
100
460,977.5
49.812,171 (kg/ca)

Theo giả thuyết hao hụt, ta tính được lượng sữa khi vào phối trộn:

=
−
×
1100
100
171,812.49
50.315,324 (kg/ca)
Lượng sữa khi vào giai đoạn xử lý nhiệt, làm nguội:

=
−
×
1100
100
324,315.50
50.823,560 (kg/ca)
Lượng sữa khi vào định lượng:

=
−

×
5,0100
100
560,823.50 51.078,955 (kg/ca)
Lượng sữa khi kiểm tra, lọc:

=
−
×
5,1100
100
955,078.51
51.856,807 (kg/ca)
Sữa nguyên liệu:

=
−
×
5,0100
100
807,856.51
52.117,394 (kg/ca)
Vậy lượng sữa tươi nguyên liệu đảm bảo năng suất cho nhà máy là 52.117,394
kg/ca
Nồng độ hỗn hợp đường - sữa trước khi cô đặc:

100
d
ct
d

m
m
x =
%
m
ct
: khối lượng chất tan trong dung dịch (kg/ca)
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 20 Thiết kế nhà máy sữa
m
d
: khối lượng hỗn hợp dung dịch (kg/ca)
Lượng dịch đường saccharose đi vào thiết bị cô đặc:

676,944.9
70
100
273,961.6 =×
(kg/ca)


%65,21100
171,812.49676,944.9
460,977.5273,961.6
=
+
+
=
d
x

Lượng nước bốc hơi trong quá trình cô đặc:
W=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
c
d
x
x
y 1

x
d
, x
c
: nồng độ hỗn hợp sữa, đường trước và sau khi cô đặc (%)
y: khối lượng dung dịch trước khi cô đặc (kg/ca)
y= 9.944,676 + 49.812,171 = 59.756,847 (kg/ca)
931,273.42
26100
65,21
1847,756.59 =
⎟
⎠

⎞
⎜
⎝
⎛
−
−=w
(kg/ca)
Lượng đường lactose bổ sung để gây mầm tinh thể:

446,3
100
151,229.17
02,0 =× (kg/ca)
(chọn lượng đường lactose chiếm 2% khi ra khỏi thiết bị cô đặc)










Bảng tổng kết cân bằng vật chất qua các công đoạn (bảng 1)
Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 21 Thiết kế nhà máy sữa

Công đoạn
Tiêu hao

(%)
Tiêu hao khối lượng
(kg/ca)
Khối lượng
nguyên liệu (kg/ca)
Nguyên liệu 0,5 260,587 52.117,394
Kiểm tra, lọc 1,5 777,852 51.856,807
Định lượng 0,5 255,395 51.078,955
Xử lý nhiệt, làm
nguội
1 508,236 50.823,560
Phối trộn 1 503,153 50.315,324
Cô đặc

2 249,061 49.812,171
42.278,635
(nước bốc hơi)
9.944,676
(đường bổ sung)
Đồng hoá 1 172,291 17.229,151
Làm nguội, kết tinh 1 170,569 17.056,860
Rót sản phẩm 1 168,863 16.886,291
Ghép mí 1,5 250,761 16.717,428
Hoàn thiện sản phẩm 1 162,807 16.466,667
Sản phẩm 16.302,860


Bảng tổng hợp nguyên liệu phụ (bảng 2)

Nguyên liệu Kg/ca Kg/h Kg/năm

Đường saccharose 7.045,681 880,710 5.058.798,958
Đường lactose 3,446 0,431 2.474,228



Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 22 Thiết kế nhà máy sữa
Bảng tổng hợp nguyên liệu sữa tính cho cả công đoạn chung với dây chuyền sữa
triệt trùng hương cam (bảng 3)

Công đoạn Kg/ca Kg/h Kg/năm
Nguyên liệu 68.171,598 8.521,450 48.947.207,36
Kiểm tra, lọc 67.830,740 8.478,842 48.702.471,32
Định lượng 66.813,279 8.351,660 47.971.934,32
Gia nhiệt, làm nguội 66.479,213 8.309,901 47.732.074,93
Phối trộn 50.315,324 6.289,415 36.126.402,63
Cô đặc 49.812,171 6.226,521 35.765.138,78
Đồng hoá 17.229,151 2.153,643 12.370.530,42
Làm nguội & kết tinh 17.056,860 2.132,107 12.246.825,48
Rót sản phẩm 16.886,291 2.110,786 12.124.356,94
Ghép mí 16.717,428 2.089,678 12.003.113,30
Thanh trùng 16.466,667 2.058,333 11.823.066,91
Hoàn thiện sản phẩm 16.302,860 2.037,857 11.705.453,48


Tính số hộp:
Sữa được rót vào hộp sắt tây có khối lượng 410 g
Năng suất trước khi vào máy rót: 16.886,291 kg/ca
Số lượng sản phẩm rót hộp:

148.5
4108
10291,886.16
3
=
×
×
(sp/h)





Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 23 Thiết kế nhà máy sữa
Chương IV. TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
4.1 Bảng kê các thiết bị dùng trong dây chuyền sản xuất sữa cô đặc có đường :

STT Tên thiết bị
1 Bể thu và làm lạnh sơ bộ sữa
2 Thiết bị kiểm tra, lọc
3 Thùng chứa sữa sau khi lọc
4 Cân định lượng
5 Thiết bị gia nhiệt và làm nguội
6 Thùng chứa sữa sau gia nhiệt
7 Thiết bị phối trộn
8 Thùng chứa sau phối trộn
9 Thiết bị cô đặc
10 Thùng chứa sữa sau khi cô đặc
11 Thiết bị đồng hoá

12 Thùng chứa sữa sau khi đồng hoá
13 Thiết bị kết tinh và làm nguội
14 Bồn chứa sữa chờ rót
15 Máy rót, ghép mí
16 Nồi nấu xirô
17 Bơm sữa tươi
18 Bơm sữa đặc





Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 24 Thiết kế nhà máy sữa
4.2 Tính và chọn thiết bị:
Số lượng thiết bị :
n = năng suất dây chuyền/năng suất thiết bị


4.2.1 Thiết bị dùng chung cho cả hai dây chuyền:
1. Bể thu và làm lạnh sơ bộ sữa:
Theo bảng 3 ta có lượng sữa nguyên liệu: 68.171,598 (kg/ca)
Đổi sang thể tích:
821,121.66
032,1
598,171.68
= l/ca
Chọn bể loại BO-1000
Thể tích : 6.400 lit
Thể tích làm việc: 6.000 lit

Công suất điện của cánh khuấy : 0,4 kW
Số vòng quay của cánh khuấy :180 vòng/phút
Nhiệt độ sữa vào :32
0
C
Nhiệt độ sữa ra: 4
0
C
Thời gian làm lạnh :2 giờ
Năng suất máy lạnh loại Uφ -56 : 3,48kW
Kích thước thiết bị : 2.775 x 1.230 x 1.720 mm
Khối lượng thiết bị : 1.180 kg
Một ca làm 4 mẻ. Do đó số bể cần chọn:

=
× 4000.6
821,121.66
2,75
Chọn 3 bể để đảm bảo năng suất nhà máy.



Đồ án công nghệ II GVHD: Nguyễn Thị Lan
SVTH: Lê Thị Thảo Vi Trang 25 Thiết kế nhà máy sữa
2.Thiết bị lọc:
Theo số liệu bảng 3 lượng sữa cần lọc 67.830,74 kg / ca.
Mỗi ca làm việc 8 giờ, tuy nhiên các thiết bị phải mất 0,5 giờ để nghỉ giữa ca, vệ
sinh thiết bị. Do đó tính thời gian hoạt động cho các thiết bị là 7,5 giờ.
Đổi sang thể tích:
661,763.8

032,15,7
74,830.67
=
×
l/h
Chọn thiết bị lọc thuỷ tĩnh GEA KA 70-76 (Ý)
Năng suất thiết bị: 3.000 l/h
Chiều dài thiết bị: 0,6m
Đường kính ngoài: 25cm
Đường kính ống lọc: 15cm
Đường kính lưới lọc:
μ
φ
76= m
Số thiết bị cần chọn:
92,2
000.3
661,763.8
==n

Vậy chọn 3 thiết bị để đảm bảo năng suất nhà máy


3.Thùng chứa sữa sau khi lọc:
Lượng sữa cần lọc: 67.830,74 kg / ca
Đổi ra thể tích m
3
/h

3

10.032,1.5,7
74,830.67
=8,763 (m
3
/h)
Chọn 2 thùng.
Thể tích mỗi thùng là: V =
3
382,4
2
763,8
m=


Chọn hệ số chứa đầy 0,8 ⇒ V =
3
478,5
8,0
382,4
m=

Thùng làm bằng thép không rỉ, thân hình trụ, đáy hình nón.
Thể tích thùng được tính theo công thức: