Thiết kế dây chuyền sản xuất sữa tươi tiệt trùng có đường năng suất 25 triệu lít sản phẩmnăm

ĐẶT VẤN ĐỀ
Những năm qua ngành sữa Việt Nam phát triển khá nhanh. Nếu như trước
năm 1990 chỉ có từ một tới hai nhà sản xuất, phân phối sữa thì hiện nay thị trường
sữa Việt Nam tăng lên 72 doanh nghiệp.
Sữa là một trong những thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao nhất. Trong sữa
có đầy đủ tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết và dễ được cơ thể hấp thu. Ngoài
các thành phần chính là protein, lactoza, lipit, muối khoáng còn có tất cả các loại
vitamin chủ yếu, các enzyme, các nguyên tố vi lượng không thể thay thế. Đối với
trẻ em, canxi của sữa là nguồn canxi không thể thay thế. Trong số các thức ăn tự
nhiên của con người không có sản phẩm nào mà hỗn hợp các chất cần thiết lại
được phối hợp một cách có hiệu quả như sữa. Do đó sữa và các thành phần từ sữa
từ lâu đã được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi. Thêm vào đó, những năm gần đây
chất lượng cuộc sống được nâng cao nên nhu cầu về sữa càng lớn.
Nắm bắt được xu thế đó của thị trường, các công ty lớn về sữa như
Vinamilk, TH True Milk đẩy mạnh sản xuất, định hướng phát triển nâng cao năng
suất sản xuất, xây dựng quy trình khép kín đảm bảo chất lượng nguồn nguyên
liệu. Song theo thống kê từ Hiệp hội thức ăn gia súc Việt Nam thì sữa trong nước
sản xuất chỉ đáp ứng được 22% nhu cầu tiêu dùng. Thêm vào đó, do chứa nhiều
chất dinh dưỡng nên sữa là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của sinh vật. Để
khắc phục được những điểm trên mà ta phải có các phương pháp như tiệt trùng,
thanh trùng, lên men...nhằm kéo dài thời gian bảo quản, tăng giá trị cảm quan.
Sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trên thị trường Việt Nam là
sữa tiệt trùng. Do vậy tôi quyết định chọn đề tài: “Thiết kế dây chuyền sản xuất
sữa tươi tiệt trùng có đường năng suất 25 triệu lít sản phẩm/năm.”

1


PHẦN 1: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
1.1.

NGUYÊN LIỆU CHÍNH:
Sữa bò tươi, trong sữa có đầy đủ các chất cần thiết cho việc tạo thành các tổ
chức cơ thể và cơ thể có khả năng hấp thụ sữa rất cao, đầy đủ các chất dinh
dưỡng như chất béo, đường lactoza, các vitamin, chất khoáng, các enzym,...
Ngoài ra trong sữa còn có đầy đủ các axit amin không thay thế. Đây là các axit
amin rất cần thiết cho cơ thể.
1.1.1. Thành phần hóa học và cấu trúc hóa lí của sữa tươi.
Sữa gồm hai thành phần chính là nước và chất khô.
Chất khô bao gồm lactose, protein, muối khoáng, enzyme và các chất béo.
Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp
chất chứa nitơ phi protein, vitamin, các chất màu và khí.
Thành phần hóa học ở sữa của các loài động vật khác nhau là khác nhau.
Sữa của các loài động vật khác nhau là rất khác nhau, sữa cừu có hàm lượng
protein và chất béo cao nhất, tiếp đến là sữa trâu, hàm lượng lactoza trong sữa
người mẹ cao hơn hẳn so với sữa của các loài động vật khác. Phụ thuộc vào
nhiều yếu tố mà thành phần hóa học đó không giống nhau như chủng vật nuôi,
tình trạng sinh lí của từng con vật, điều kiện chăn nuôi (thành phần thức ăn gia
súc, chế độ ăn, thời tiết...).
Bảng 1.1. Thành phần hóa học sữa của một số loại sữa (% khối lượng) [4,2]
Protein
tổng

Casein

Chất béo

Carbonhydrat
e

Khoáng

Bò

3,5

2,8

3,7

4,8

0,7

Dê

3,6

2,7

4,1

4,7

0,8

Cừu

5,8

4,9

7,9

4,5

0,8

Ngựa

2,2

1,3

1,7

6,2

0,5

Người

1,2

0,5

3,8

7,0

0,2

Động vật

Hàm lượng các thành phần cơ bản của sữa có thể dao động trong một phạm
vi khá rộng, phụ thuộc vào sự khác biệt về giống, về điều kiện tự nhiên và điều
kiện chăn nuôi.

2


Bảng 1.2. Thành phần cơ bản của một lít sữa bò(% khối lượng )[3,6]
Các thành phần chính

Khoảng biến
thiên

Giá trị trung bình
(% khối lượng)

Nước

85,5 – 89,5

87

Tổng các chất khô

10,5 – 14,5

12,9

Lactose

3,6 – 5,5

4,8

Protein

2,9 – 5,0

3,4

Chất béo

2,5 – 6,0

3,9

Khoáng

0,6 − 0,9

0,8

Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8–10g/l. Các muối trong sữa
ở dạng hòa tan hoặc dung dich keo (kết hợp với casein). Trong các nguyên tố
khoáng có trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là canci, phospho va magie.
Các nguyên tố khác nhau như Zn, Fe, Cu, Mo... cần thiết cho quá trình dinh
dưỡng của con người.

Bảng 1.3. Thành phần một số nguyên tố khoáng trong sữa.[4,24]
Nguyên tố

Hàm lượng

Nguyên tố

(mg/l)

Hàm lượng
(mg/l)

Kali

1500

Kẽm

4

Canci

1200

Nhôm

0,5

Natri

500

Sắt

0,4

Magie

120

Đồng

0,12

Phospho

3000

I ốt

0,06

Clo

1000

Asen

0,04

Vitamin trong sữa bao gồm cả hai nhóm tan trong nước (vitamin nhóm B,
C) và tan trong chất béo (A,D,E). Nếu xử lí nhiệt thời gian ngắn và không có
không khí xâm nhập vào thì nhiệt độ nhỏ hơn hay bằng 100°C không làm giảm
đáng kể lượng vitamin, trừ vitamin C rất nhảy cảm với nhiệt. Khi thanh trùng
đúng chế độ thì lượng vitamin C giảm đi 17%. Nhiệt độ cao hơn 100°C làm phá
hủy một phần hoặc hầu hết các loại vitamin. Khi để lọt không khí, có tác dụng
của ánh sáng, bao bì hoặc thiết bị bẩn đều làm giảm lượng vitamin các loại.
Vitamin C bị phá hủy hoàn toàn trong điều kiện trên.

3


Bảng 1.4. Hàm lượng một số vitamin trong sữa [4,23]
Vitamin

Hàm
lượng

Vitamin

Hàm
lượng

Vitamin

Hàm
lượng

(mg/l)
A

0,3 mg/l

B1

0,4

B12

0,005

B

0,001 µg/l

B2

1,7

C

20

E

1,4 µg/l

B6

0,5

Biotin

0,04

1

Acid
pantothenic

3

Acid folic

0,05

Nicotinamit

1.1.2. Một số tính chất của sữa bò.
Sữa là một chất lỏng có màu trắng đục hay vàng nhạt, có độ nhớt lớn hơn 2
lần so với nước có vị đường nhẹ và có mùi ít rõ nét.
Bảng 1.5. Một số chỉ tiêu vật lí quan trọng của sữa bò tươi [3,5]
Đại lượng

Đơn vị đo

Giá trị

–

6,5 – 6,6

Độ acid

°D

16 –18

Tỉ trọng

g/cm ³

1,028 – 1,036

°C

0,55

Sức căng bề mặt ở 20°C

dynes/cm

50

Nhiệt dung riêng

Cal/g.°C

0,933 –0,954

Ph

Nhiệt độ đông đặc

1.1.3. Hệ vi sinh vật trong sữa bò.
1.1.3.1. Nguồn gốc hệ vi sinh vật trong sữa.
Hệ vi sinh vật trong sữa rất đa dạng, có nhiều nguồn gốc khác nhau như từ
một số nguồn sau đây:
-

Bầu vú động vật cho sữa.

-

Người và thiết bị cho sữa.

-

Thiết bị chứa sữa.

-

Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa.

1.1.3.2. Hệ vi sinh vật trong sữa. [3,24]
4


Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng trong sữa luôn luôn thay đổi và phụ
thuộc vào mức độ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vắt sữa.

+ Loài Streptococus thermophilus: tác nhân của sự hình thành acid.
+ Vi khuẩn lactic: chung nhất là Streptococus lactic và S.cremoris tác nhân
của sự đông tụ tự nhiên.
+ Loài Leuconostoc: là loài vi khuẩn lactic lên men không định hình, tạo ra
một loại acid lactic.
+ Nấm men (yeast): một số nấm men có thể sử dụng đường lactose chuyển
thành rượu. Chúng phát triển trong sữa và gây ra những biến đổi về thành phần
hóa học trong quá trình bảo quản sữa. Một số chủng nấm men là Sacharomyces,
mycorderma.
+ Nấm sợi (moulds): một số loài nấm sợi thường nhiễm vào sữa như
mucor, rhizopus, penicillium, apergillus ..
Ngoài ra còn có hệ vi sinh vật gây bệnh. Đặc trưng là samonella typhi,
samonella para typhi, shigella dysenterial.
Hầu hết các loài nấm men và nấm sợi đều bị tiêu diệt trong quá trình thanh
trùng sữa ở 75°C trong thời gian từ 10-15 giây.
1.2. NGUYÊN LIỆU PHỤ
1.2.1. Chất tạo ngọt
Sử dụng đường saccharose dưới dạng siro có hàm lượng chất khô 70

%.

Vai trò:
-

Tạo vị ngọt cho sữa, làm tăng giá trị cảm quan.
Cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể.
Dể dàng tiêu hóa.
1.2.2. Chất nhũ hóa.
Sử dụng E 471 (mono-diglycerides của acid béo) với liều lượng sử dụng là
2,5-15 g/kg nguyên liệu. Làm giảm sức căng bề mặt của các giọt phân tán từ đó

làm giảm được năng lượng hình thành các giọt trong hệ. Tạo sự ổn định của hệ
keo phân tán trong pha liên tục.

1.2.3. Nước

5


Là nguồn nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất các sản phẩm
sữa nói chung. Ngoài ra sản xuất sữa tươi tiệt trùng có đường còn sử dụng nước
để hòa trộn đường RE và chất ổn định để duy trì trạng thái đồng nhất của sản
phẩm sữa. Các tiêu chuẩn về nước sản xuất được quy định rõ ở QCVN 01:2009/
BYT.

6


PHẦN 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TIỆT
TRÙNG CÓ ĐƯỜNG.
Sữa nguyên liệu
Kiểm tra chất lượng
Gia nhiệt 1
Ly tâm
Tiêu chuẩn hóa
Chất nhũ hóa

Phối trộn

Siro

Gia nhiệt 2
Bài khí
Đồng hóa
Tiệt trùng UHT
Làm nguội
Bao gói

Bao bì giấy vô trùng

Kiểm tra chất lượng

Sản Phẩm
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình sản xuất sữa tiệt trùng có đường
7


2.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.2.1. Thu nhận và làm lạnh sữa.
Sữa vắt ra được làm lạnh ngay, tránh được mọi biến đổi xấu với sữa. Sữa
nguyên liệu sau khi được thu nhận bằng thiết bị thu nhận sữa tươi của Tetra Pak
loại M42-2293 và làm lạnh tại nhà máy sẽ được đưa vào sản xuất. Yêu cầu của
sữa nguyên liệu:
Sữa được lấy từ những con bò khỏe mạnh, không chứa vi khuẩn gây bệnh.
Sữa có mùi vị tự nhiên, không có mùi vị lạ, không chứa chất kháng sinh, chất
tẩy rửa.
- Sữa có thành phần tự nhiên.
-

-

Sữa phải tươi và được làm lạnh ngay đến 4 - 60C. Mục đích:
Làm lạnh bằng thiết bị gia nhiệt dạng tấm Alfa Laval hạn chế vi sinh vật
làm hư hỏng sữa tươi nguyên liệu và hạn chế sự phân hủy chất dinh dưỡng của
sữa dưới tác dụng của hệ enzyme có sẵn trong sữa tươi, tăng hiệu quả thanh
trùng, tăng thời gian bảo quản cho sữa.
2.2.2. Kiểm tra chất lượng.
Với những chuyên gia, hay với người có kinh nghiệm. Sau khi mở cửa xe
lạnh chứa sữa, họ có thể ngửi mùi để xác định chất lượng sữa. Tiếp đó sữa sẽ
được kiểm tra tổng số vi sinh vật qua phản ứng mất màu chất chỉ thị, kiểm tra
các chỉ tiêu độ tươi, hóa lý, cảm quan.
2.2.3. Gia nhiệt 1.

 Mục đích:

Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ly tâm, tiêu diệt một số vi sinh vật
gây hại.
 Tiến hành:

Để nâng nhiệt người ta thường sử dụng thiết bị gia nhiệt dạng tấm bản.
Nước được đun nóng bằng hơi bão hòa, nước đi từ trên xuống còn dịch sữa đi từ
dưới lên trao đổi nhiệt gián tiếp cho nhau. Nhiệt độ của sữa được nâng lên 65 oC.
Gia nhiệt xong sữa được đưa qua thiết bị ly tâm tách béo.
 Thiết bị: chọn thiết bị gia nhiệt kiểu tấm bản MS 10-SR của Alfa Laval

2.2.4. Ly tâm.
 Mục đích:
- Tách béo, điều chỉnh hàm lượng chất béo của sữa
- Tách vi sinh vật.
8

- Tách tạp chất.
 Tiến hành:

Sữa nguyên liệu được đưa vào qua ống trục giữa của thiết bị ly tâm. Chảy
theo các rãnh vào khe của các đĩa rồi phân bố thành lớp mỏng giữa các đĩa. Khe
hở giữa các đĩa của thùng quay khoảng 0,4mm. Sữa trong thùng quay chuyển
động với tốc độ 2 - 3 cm/s. Dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ phân chia sữa. Các
cầu mỡ nhẹ hơn nên dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ chuyển động về phía trục
quay tập trung xung quanh trục giữa. Các cầu mỡ có kích thước lớn tập trung ở
gần tâm. Càng xa tâm thì lượng cream càng giảm dần.
Sữa gầy nặng hơn nên có xu hướng tiến về phía ngoại vi. Sữa nguyên liệu
tiếp tục được đưa vào gây áp suất đẩy sữa gầy và cream đến phía trên rồi ra
ngoài qua hai đường khác nhau. Hàm lượng chất béo trong sữa gầy là 0,05%,
còn trong cream là 40%.
Thiết bị: Chọn thiết bị ly tâm diyingix xuất xứ Trung Quốc.
2.2.5. Chuẩn hóa
 Mục đích:
Quá trình chuẩn hóa nhằm đưa hàm lượng chất béo trong sữa về hàm lượng
tiêu chuẩn quy định.
Đối với sữa tươi tiệt trùng hàm lượng chất béo là: 3,5%.
 Tiến hành:
Sử dụng hệ thống điều chỉnh chất béo hoàn toàn tự động Tetra FlexDos TM.
Sữa gầy và cream đi từ ly tâm sẽ được chuẩn hóa đến hàm lượng béo thích hợp
3,5%.
 Thiết bị: Chọn hệ thống điều chỉnh chất béo hoàn toàn tự động Tetra FlexDosTM
2.2.6. Quá trình phối trộn
 Mục đích:
- Tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng, thời gian bảo quản và cảm quan

cho sản phẩm.
- Hòa tan các chất ổn định, đường vào sữa triệt để.
 Bổ sung: -Chất ổn định và chất nhũ hóa: Sử dụng với hàm lượng 0,1% khối
lượng nguyên liệu
-Chất tạo ngọt: Đường saccharose được cho vào dưới dạng siro
có hàm lượng chất khô là 70%.
 Thực hiện: bơm sữa sau khi đã tiêu chuẩn hóa vào bồn trộn, sau đó bơm tiếp
nguyên liệu sau khi gia nhiệt chứa ở thùng chứa sau gia nhiệt vào bồn trộn, cho
bồn trộn ổn định dòng sữa, nhiệt độ từ 400C- 450C. Tiến hành đổ từ từ chất ổn
định, chất nhũ hóa, siro theo như tiêu chuẩn. Cánh khuấy hòa trộn từ 10-15 phút
thì cho sữa qua gia nhiệt.
 Thiết bị: Tetra Pak Mixer RJCI.
9


2.2.7. Gia nhiệt 2
 Mục đích:

Nâng nhiệt độ của sữa lên nhiệt độ thích hợp cho quá trình bài khí và đồng
hóa diễn ra tốt hơn. Làm giảm độ nhớt của khối sữa và tiêu diệt một phần vi sinh
vật.
 Tiến hành:

Sử dụng thiết bị gia nhiệt bản mỏng nâng nhiệt độ dịch sữa lên 90 oC. Quá
trình tương tự như gia nhiệt 1.
 Thiết bị: Chọn thiết bị gia nhiệt bản mỏng MS 10-SR của Alfa Laval.






-

2.2.8. Bài khí
Mục đích:
- Làm giảm lượng oxy phân tán, hòa tan trong sữa tránh sự hao hụt chất
lượng, oxy hóa chất béo, tăng hệ số truyền nhiệt.
- Ổn định lưu lượng do đó tăng độ chính xác của kết quả đo và duy trì tuổi
thọ của bơm.
Tiến hành:
Sữa sau khi được gia nhiệt lên 90oC sẽ được tiến hành bài khí. Bài khí
trong môi trường chân không bởi bơm chân không. Một áp lực chân không thích
hợp sẽ được tạo ra làm cho các khí ở dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi
nước cùng các hợp chất dễ bay hơi thoát ra khỏi thiết bị. Toàn bộ hỗn hợp này
sẽ được đưa vào bộ phận ngưng tụ được đặt trên đỉnh thiết bị bài khí. Nước và
một số cấu tử sẽ chuyển sang dạng lỏng và chảy xuống đáy thiết bị còn khí và
các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút ra ngoài. Nhiệt độ sữa
80oC.
Thiết bị: chọn thiết bị khử khí chân không INVD-3000 từ Trung Quốc.
2.2.9. Quá trình đồng hóa
 Mục đích:
Làm giảm kích thước cầu mỡ, làm cho chúng phân bố đều chất béo trong sữa,
làm cho sữa được đồng nhất.
Đồng hóa có thể làm tăng độ nhớt của sữa lên chút ít nhưng làm giảm được đáng
kể quá trình oxy hóa, làm tăng chất lượng sữa và các sản phẩm sữa.
 Thực hiện: Đồng hóa hai cấp.
Thông số kĩ thuật: Nhiệt độ sữa trước khi đồng hóa 65°C.

+ Cấp 1: 150 -160 bar: phá vỡ các cầu béo thành các cầu béo nhỏ hơn
+ Cấp 2: 50-40 bar: giúp các cầu béo không liên kết lại với nhau

10


Thiết bị đồng hóa là một bơm pittông 3 cấp. Trên ống tăng áp người ta đặt
van đồng hóa van này ép sát bằng lò xo vào lỗ có đường kính 5 – 10 mm gọi là
đế van.

Đầu tiên, sữa đi vào có áp suất 230 Pa, nhiệt độ sữa 65 0C. Các pittông
chuyển động trong xylanh ở áp suất cao. Lúc này tốc độ chuyển động của hệ
nhũ tương sẽ tăng lên và quá trình đồng hóa sẽ diễn ra với áp suất 200 bar. Sau
khi qua khe hẹp thứ nhất, các hạt trong pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích
thước,thực hiện đồng hóa cấp 1. Theo Barabanovxki, các hạt cầu mỡ bị chia nhỏ
là kết quả của sự thay đổi đột ngột tốc độ của sữa khi đi qua van. Sữa sau đồng
hóa cấp 1 có áp suất 48 bar. Tuy nhiên, chúng có thể kết dính lại với nhau tạo
thành chùm hạt, việc thực hiện giai đoạn đồng hóa cấp 2 giúp cho các hạt cầu
béo ổn định và phân tách ra thành những hạt cầu béo riêng biệt, tránh hiện tượng
tách pha của hệ nhũ tương trong quá trình bảo quản sau này. Sữa sau đồng hóa
cấp 2 có áp suất 4 bar, nhiệt độ 700C.
Thiết bị đồng hóa LPH APV Gaulin 1321MC18-3TPS Homogeniser.
2.2.10. Quá trình tiệt trùng UHT
Mục đích: Vô hoạt toàn bộ hệ vi sinh vật và enzyme có trong sữa.
Phương pháp thực hiện: 4 công đoạn chính
+

Nâng nhiệt sơ bộ.

+

Tiệt trùng.

+

Hạ nhiệt sơ bộ.

+

Hạ nhiêt đến nhiệt độ yêu cầu
Tại ngăn đầu, sữa trao đổi nhiệt với nước nóng nâng nhiệt độ lên 85 0C.
Tiếp đó sữa qua ngăn tiệt trùng, nâng nhiệt độ 137 0C, giữ trong vòng 3-4s, áp
11


suất 6 bar tạo khí nén áp lực dương bên trong bồn để đẩy sang máy rót. Sữa sẽ
tiếp tục làm nguội bằng cách trao đổi nhiệt với sữa lạnh đi vào kết quả hạ nhiệt
độ xuống 30°C rồi tiếp tục trao đổi nhiệt với nước lạnh hạ nhiệt độ 20-25 0C rồi
vào bồn trữ vô trùng hoặc rót sản phẩm. Từ bồn trữ vô trùng, sữa sẻ được bơm
đưa qua thiết bị đóng gói.
Thông số kĩ thuật: Nhiệt độ:137°C, thời gian: 4 giây, áp suất 6 bar.
Thiết bị tiệt trùng UHT: Tetra Therm Aseptic Flex 1
2.2.11. Bao gói
Rót hộp, ghép ống hút
 Mục đích:

Nhằm tạo hình dáng cho sản phẩm, định lượng sản phẩm, tạo điều kiện
thuận lợi trong quá trình vận chuyển và cách ly sản phẩm với môi trường bên
ngoài kéo dài thời gian sử dụng.
 Tiến hành:

Dịch sữa để ổn định dòng cho thiết bị rót được chứa trong bồn chứa gồm 2
lớp vỏ, hệ thống nước tuần hoàn để làm mát bồn, áp dương duy trì > 0,5
bar.
Quá trình rót hộp phải được tiến hành trong điều kiện vô trùng. Các cuộn
giấy sẽ được chạy qua bể H2O2 để tiệt trùng giấy nồng độ 32-48%.
Để đạt được môi trường rót vô trùng thì buồng rót được tiệt trùng trước khi
rót bằng cách thổi khí nóng ở nhiệt độ 170 oC vào buồng rót. Sau đó, phun H 2O2
vào buồng vô trùng, H2O2 ngưng tụ trên thành 1 phút sau đó đươc sấy khô. Thể
tích mỗi hộp sữa sau khi rót là: 180ml, là loại hộp giấy có hình dáng ưa chuộng
nhất hiện nay (cấu tạo bao bì của hộp gồm 7 lớp). Quá trình rót hộp được thực
hiện trên máy rót và bao gói tự động Tetra Pak.
Lớp 1: màng HDPE chống thấm, bảo vệ lớp in và tránh bị trầy xước.
Lớp 2: giấy in ấn dùng trang trí và in nhãn.
Lớp 3: giấy carton tạo hình hộp, độ cứng và chịu đựng các va chạm cơ học.
Lớp 4: màng PE như là lớp keo kết dính giữa giấy carton và màng Al.
Lớp 5: lớp nhôm chống oxy hóa, ánh sang, nhiễm mùi, tạo nhiệt mối hàn.
Lớp 6: Ionomer lớp keo kết dính giữa màng nhôm và màng PE trong cùng.
Lớp 7: LDPE giúp bao bì dễ hàn, tạo lớp tiếp xúc với sản phẩm bên trong

12


Khi tiến hành rót, hộp được hút chân không đồng thời được nạp khí nitơ, để
cấu trúc hộp vững chắc, tạo khoảng không cho sữa dãn nở và sản phẩm khi uống
có cảm giác đồng đều.
Trong khi rót hộp, khoảng 45 phút một lần hoặc sau khi hết cuộn giấy,
nhân viên vận hành máy phải kiểm tra xem hộp có kín không, có vuông cạnh
không. QA thường xuyên kiểm tra quá trình đóng hộp quá trình lấy mẫu đầu quá
trình rót, cuối quá trình rót và 20 phút/lần.
Kết thúc quá trình rót, hộp được chuyển sang công đoạn ghép ống hút và

bao màng co để hoàn thiện sản phẩm.
 Thiết bị: Chọn loại máy rót hiệu Tetra Pak TBA19 180 ml Slim.

Xếp thùng, bảo quản
 Mục đích:
Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển.
 Tiến hành:
Sữa hộp thành phẩm được xếp vào thùng carton, sau đó được xếp vào pallet
và lưu kho. Thời gian bảo quản tối đa 6 tháng.
Sữa tươi tiệt trùng bảo quản nơi thoáng mát không cần bảo quản lạnh. Sau
mỗi mẻ sản xuất đều phải có lưu mẫu. Quá trình lưu mẫu nhằm kiểm tra sản
phẩm, đề phòng khi sản phẩm gặp sự cố trên thị trường.

PHẦN 3. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy
3.1.1. Kế hoạch thu mua nguyên liệu

Bảng 3.1. Biểu đồ nhập nguyên liệu
Tháng
Sữa tươi
nguyên liệu

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

X

Y

X

X

X

X

X

X

Y

X

X

X
13


X: Nhập nguyên liệu cả tháng.
Y: Nhập nguyên liệu nửa tháng.
Dựa vào biểu đồ nhập nguyên liệu, ta thấy tất cả các tháng đều nhập
nguyên liệu trừ nửa tháng 2, tháng 9. Đối với tất cả các loại máy móc thiết bị,
nhà xưởng... sau một thời gian sản xuất đều phải được vệ sinh, tu sửa. Mặt khác,
tháng 2 và tháng 9 gần các dịp lễ nên cần có thời gian tổng kết hoạt động và lên
kế hoạch sản xuất cho một năm tiếp theo.
3.1.2. Kế hoạch sản xuất của nhà máy.
Một năm nhà máy sản xuất 11 tháng. Nhà máy hoạt động liên tục chỉ nghỉ ,
các dịp lễ Tết và tháng 2 để bảo dưỡng thiết bị. Các ngày nghỉ trong năm là:
01/01, tháng 2, 30/04, 01/05, 10/03 âm lịch, 02/09. Bên cạnh đó, trong quá trình
sản xuất mỗi tháng có 1 ngày nghỉ để vệ sinh, bảo dưỡng thiết bị cũng như dự
phòng khi có sự cố xảy ra.
Bảng 3.2. Biểu đồ kế hoạch sản xuất
Tháng
Ngày

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

Sản xuất
Số ngày sản xuất 29 15 30 27 29 29 30 30 13 30 29 30
Số ca/ ngày

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

Số ca/tháng

87 45 90 81 87 87 90 90 39 90 87 90

3.2. Tính cân bằng vật chất
3.2.1. Số liệu ban đầu

Nguyên liệu:

+
+

+


+
+
+
+
+
3.2.2.

Sữa tươi:
Chất béo 3,78%
Tổng chất khô: 12,6%
Đường RE:
Hàm lượng chất khô ít nhất là 99,8%
Sữa tươi tiệt trùng có đường:
Chất khô của sữa: 14%
Chất béo: 3,5%
Hàm lượng saccharose: 3,5%
Hàm lượng chất ổn định: 0,1%
Dung tích hộp: 200ml/hộp, thể tích hộp sau khi rót là 180ml/hộp.
Tỷ trọng sữa
Ở 15,5oC tỷ trọng của sản phẩm sữa được tính theo công thức:
14


d=

100
F
SNF
+

+W
( g / cm 3 )
0,93 1,608

[4,29]

−

Trong đó:
F: hàm lượng chất béo có trong sữa (% khối lượng)
SNF: hàm lượng chất khô không béo trong sữa (% khối lượng)
W: hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng)
Sữa tươi tiệt trùng có đường :
W = 100 − 14 − 3,5 − 0,1 = 82, 4%
d=

100
= 1, 0417
3,5 (14 − 3,5)
+
+ 82, 4
( g / cm 3 )
0,93
1, 068

− Năng suất của dây chuyền tính theo lít/ca là:
− Quy đổi sang kg/ca:
25960, 54.1, 0417 = 27043, 09 (kg / ca )

25000000

= 25960,54
963

(l/ca)

15


3.2.3. Ước lượng tổn thất qua từng công đoạn (tính theo % khối lượng)

Bảng 3.4. Bảng tiêu hao nguyên liệu
STT

3.2.3.1.

Tên công đoạn

Tiêu hao %

1

Kiểm tra chất lượng

0,01

2

Gia nhiệt 1

0,1

3

Ly tâm

0,5

4

Tiêu chuẩn hóa

0,1

5

Phối trộn

0,1

6

Gia nhiệt 2

0,1

7

Bài khí

0,1

8

Đồng hoá

0,2

9

Tiệt trùng UHT

0,2

10

Làm nguội

0,2

11

Bao gói

0,3

12

Kiểm tra chất lượng

0,01

13

Bảo quản

0

Tính cân bằng vật chất đối với sữa tiệt trùng có đường
Áp dụng công thức:
T=

S × 100
100 − X

[6,29]
Với: S là lượng nguyên liệu cuối trong một đơn vị sản phẩm.
X là tổng nguyên liệu hao phí qua từng công đoạn.
− Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn bảo quản:
A0 = 27043, 09.

100
= 27043, 09
(kg / ca )
100 − 0

− Lượng dịch sữa trước kiểm tra chất lượng 2:
A1 = 27043, 09.

100
= 27045,8

(kg / ca )
100 − 0, 01

− Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn bao gói:
A2 = 27045,8.

100
= 27127,176
(kg / ca )
100 − 0,3

− Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn làm nguội:

16


A3 = 27127,176.

100
= 27181,54
(kg / ca )
100 − 0, 2

− Lượng dịch sữa trước khi vào công đoạn tiệt trùng:
A4 = 27181,54.

100
= 27236, 011
(kg / ca )
100 − 0, 2

− Lượng dịch sữa trước khi đi vào công đoạn đồng hóa:
A5 = 27236, 011.

100
= 27290, 6
(kg / ca )
100 − 0, 2

− Lượng dịch sữa trước khi bài khí:
A6 = 27290, 6.

100
= 27317,9
(kg / ca )
100 − 0,1

− Lượng dịch sữa trước khi vào gia nhiệt 2:
A7 = 27317,9.

100
= 27345, 26
(kg / ca )
100 − 0,1

− Tổng lượng dịch sữa, dịch chất ổn định và đường trước khi phối trộn:
A8 = 27345, 26.

100
= 27372, 63

(kg / ca)
100 − 0,1

+ Lượng dịch sữa sau khi phối trộn chính là lượng dịch sữa trước khi gia nhiệt 2:
A7 = 27345, 26 (kg / ca )
+ Tính lượng dịch chất ổn định bổ sung

Ta quy ước nồng độ của dịch chất ổn định là 5%
Gọi:
a là lượng dịch sữa sau khi phối trộn có hàm lượng chất ổn định 0,1% và
3,5% đường
b là lượng dịch chất ổn định 5%
c là lượng dịch đường hàm lượng 70% cần phối trộn
Theo số liệu thực tế tại nhà máy thì lượng chất ổn định bổ sung chiếm 0,1%
lượng dịch sữa trước khi phối trộn.
Ta có phương trình:
Ta có:
3,5% a = 70%c

 0,1%.a = 5%.b ⇒

0,1% × a = 5% × b

 0,1a = 5b

3,5.a = 70c ⇒

a = 27345, 26

 b = 546,9052

Vậy c= 1367,263
Gọi d là lượng dịch sữa trước phối trộn có a= c+ b+ d
Vậy d=25431,09 (kg/ca)

− Lượng đường RE cần dùng là:

17


1367, 263.

70
= 957, 084
(kg / ca)
100

Theo số liệu nhà máy thì lượng đường tiêu hao khoảng 2% và đường có
hàm lượng chất khô 99,8%. Vậy lượng đường RE thực tế cần dùng:
957, 084.

100 100
.
= 978, 57
(kg / ca)
100 − 2 99,8

− Lượng nước nấu siro:

1367,263- 978,57=388,693(kg/ca)

− Hao hụt 20% nên lượng nước cần dùng là:
388, 693.

100
= 485,86
(kg / ca )
100 − 20

− Lượng chất ổn định bổ sung:
546,9052.

5
= 27,345
(kg / ca )
100

− Lượng nước công nghệ 70oC dùng để pha chất ổn định:
546,9052 − 27,345 = 519,56 (kg / ca )

− Vậy lượng dịch sữa trước khi đem đi phối trộn:
25431, 09.

100
= 25456,55
(kg / ca)
100 − 0,1

− Lượng sữa trước khi đi vào quá trình rót hộp là 27127,176(kg/ca), đổi ra thể tích

là:

27127,176
= 26041, 26
(l / ca )
1, 0417

− Lượng hộp cần phải dùng là (thể tích mỗi hộp là 180ml):
26041, 26
= 144673, 6
180.10−3

(hộp)
Chọn hao hụt số hộp giấy là 0,05%, do đó số hộp giấy thực tế phải dùng là:
144674.

100
= 144747
100 − 0, 05

(hộp)

18


3.2.3.2. Tính cân bằng vật chất chung cho giai đoạn chuẩn hóa, ly tâm.
 Tính cân bằng vật chất cho giai đoạn chuẩn hóa:

Theo phương pháp đường chéo hình vuông của Peason R.A (1904)
3,78 3,78

3,45

x (kg)

3,5
0,05
0,28
y (kg)
x: là lượng sữa có hàm lượng chất béo 3,78% (sữa nguyên liệu)
y: là lượng sữa có hàm lượng chất béo 0,05% (sữa gầy - sữa sau khi tách
chất béo)
Hàm lượng chất béo của sữa thành phẩm là: 3,5%
Ta có:
x 3, 45
=
y 0, 28

(1)

25456,55.

Lượng dịch sữa trước chuẩn hóa:
Mặt khác:
Từ (1) và (2)

x + y = 25482, 03 (kg / ca )
x = 23569,17 (kg / ca)

100
= 25482, 03
100 − 0,1

(kg/ca)

(2)

y = 1912,86 (kg / ca)

Tóm lại:
Lượng sữa nguyên liệu sử dụng trong quá trình chuẩn hóa là:
23569,17(kg/ca).
Lượng sữa gầy sử dụng trong quá trình chuẩn hóa là: 1912,86 (kg/ca).
 Tính cân bằng vật chất cho quá trình ly tâm:
+ Sơ đồ của quá trình ly tâm như sau:

19


M (kg/ca)
3,78%

X (kg/ca)
3,78%

T (kg/ca)
40%

Y (kg/ca)
3,78%

Z (kg/ca)

0,05%

Sữa tiêu chuẩn hóa (kg/ca)
3,5%

Hình 3.1. Sơ đồ quá trình ly tâm
Y = 23569,17 (kg/ca)
Z = 1912,86 (kg/ca)
X: lượng sữa tươi cần phải ly tâm tách béo (kg/ca).
Y: lượng sữa tươi không ly tâm tách béo (kg/ca).
Z: lượng sữa gầy thu được sau khi ly tâm tách béo (kg/ca).
T: lượng cream thu được sau khi tách béo có hàm lượng chất béo 40%
(kg/ca).
Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:
M = Z + T + Y = 1912,86+ 23569,17+ T
M = 25482,03+ T
Mặt khác: T là lượng cream thu được sau khi tách béo có hàm lượng chất
béo 40%. Nên ta có phương trình:
M.3,78=T.40 + Y.3,78 + Z.0,05
Vậy:

T = 196,99 (kg/ca)
M = 25679,02 (kg/ca)

Tóm lại:
Lượng sữa đi vào quá trình ly tâm là: 25679,02 (kg/ca)
Lượng chất béo thu được sau quá trình ly tâm là: 196,99 (kg/ca)
20

− Tổng lượng sữa trước khi đi vào quá trình ly tâm:
25679, 02.

100
= 25808, 06
(kg / ca)
100 − 0,5

− Tổng lượng sữa trước khi đi vào quá trình gia nhiệt:
25808, 06.

100
= 25833,89
(kg / ca)
100 − 0,1

− Lượng sữa trước kiểm tra chất lượng 1:
25833,89.

100
= 25836, 47
(kg / ca )
100 − 0, 01

Vậy lượng sữa cần cho mỗi ca sản xuất là: 25836,47 kg
Qua quá trình tính toán ta có bảng tổng kết khối lượng nguyên liệu, được
thể hiện ở bảng 3.5
Bảng 3.5. Bảng tổng hợp nguyên liệu.
STT

Công đoạn

Tiêu

Nguyên

Nguyên liệu

hao(%)

liệu(kg/ca)

phụ

1

KTCL 1

0,01

25836,47

2

Gia nhiệt 1

0,1

25833,89

3

Ly tâm

0,5

25808,06

4

Tiêu chuẩn hóa

0,1

23569,17

Lượng sữa gầy bổ sung
5

Phối trộn

1912,86
0,1

25456,55

Lượng chất ổn định

27,345

Nước pha chất ổn định

519,56

Lượng đường RE

978,57

Nước pha đường RE

388,693

6

Gia nhiệt 2

0,1

27345,26

7

Bài khí

0,1

27317,9
21

8

Đồng hóa

0,2

27290,6

9

Tiệt trùng UHT

0,2

27236,011

10

Làm nguội

0,2

27181,54

11

Bao gói

0,3

27127,176

12

KTCL 2

0,01

27045,8

Tổng

1,92
PHẦN 4
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

4.1.

Tính và chọn thiết bị trong dây chuyền sản xuất
Việc tính toán và lựa chọn thiết bị phù hợp sẽ đảm bảo cho nhà máy hoạt
động liên tục và hiệu quả nhất. Trong quá trình sản xuất, một ngày nhà máy làm
việc 3 ca nên ta lấy năng suất là 3 ca để tính và chọn thiết bị.
Số lượng thiết bị sử dụng được tính theo công thức sau: [5,28]
n=

4.1.1.
-

Năng suất của công đoạn
Năng suất thiết bị

(n: số lượng thiết bị)

Mỗi ca làm việc 8 giờ.
Thiết bị thu nhận sữa tươi
Chọn bộ thu nhận sữa tươi của tetra pak bao gồm:
Bình chứa có cửa quan sát bằng kính và CIP
Bơm ly tâm liên tục
Ống và van gồm ống lọc, van kiểm tra
Tủ điều khiển và hệ thống Salt Con OP45 và điều khiển chung.
Thông số kĩ thuật:
Công suất bơm: 2,2 Kw
Năng suất bơm: 5000-15000 (l/h)
HxRxD= 1500x 650x 1330 (mm)
Nhiệt độ làm việc max: 100oC
Áp suất làm việc lớn nhất: 400 Kpa
Áp suất khí yêu cầu thiết bị: 500-700 Kpa
Nguồn điện 240/4000V, AC, 50/60 Hz
Lượng sữa trước khi KTCL: 25836,47 kg/ca là 3229,56 (kg/h)
Là 3100,27 (l/h). Giả sử chọn năng suất lớn nhất của thiết bị là 5000(l/h)
n=

3100, 27
= 0, 62
5000

Số thiết bị cần chọn:
22

Vì 0,62<1 nên chọn một thiết bị tiếp nhận sữa sữa tươi của tetra pak.
4.1.2. Thiết bị làm lạnh sau tiếp nhận [6]
Lượng sữa cần làm lạnh là lượng sữa trước gia nhiệt 25833,89 (kg/h)
Là 3099,97 (l/h)
-

Chọn thiết bị dạng tấm Flfa Laval brazed B3-52A xuất xứ Trung Quốc, nhãn
hiệu Wassermann
Năng suất: 4000 l/h
Tấm vật liệu: 316l hoặc 304 thép không gỉ.
Vật liệu hàn: 99,9% đồng
Áp suất: 3Mpa-4,5 Mpa
Nhiệt độ làm việc: -195oC-220oC
n=

3099,97
= 0, 775
4000

Số thiết bị cần thiết:
Vậy chọn một thiết bị làm lạnh dạng tấm Flfa Laval brazed B3-52A.
4.1.3. Thùng chứa sữa nguyên liệu [7]
Lượng sữa nguyên liệu: 25836,47 (kg/ca)
Đổi sang thể tích ta được:
25836, 47.10−3
= 24,802 3
(m / ca)
1,0417

Chọn thùng hệ số chứa đầy 0,9.

Thể tích 1 thùng chứa:
V=

24,802
= 27,557 3
(m )
0,9

Thùng chứa sữa nguyên liệu hai vỏ có cánh khuấy, thân hình trụ đứng, đáy
chỏm cầu, vỏ thùng làm bằng thép không gỉ.

23


Hình 4.1. Thùng chứa sữa
Vậy chọn một thiết bị Tetra Alsafe có dung tích 30000(l)
H=5,6(m)
D=3,6(m)
Áp suất làm việc tối đa 3000Kpa
Thiết bị gồm các valve, bộ lọc không khí vô trùng, thiết bị an toàn, thiết bị
đo áp lực, bảng điều khiển, hệ thống CIP.
4.1.4. Thiết bị gia nhiệt 1( heat exchanged) [8]
Chọn thiết bị gia nhiệt kiểu tấm bản MS 10-SR Alfa Laval
 Thông số kỹ thuật
-

Hãng sản xuất: Alfalaval.

-

Năng suất: 60 lít/h trên một bề mặt truyền nhiệt. Thiết bị gồm 122 tấm (plates)
nên có 61 bề mặt truyền nhiệt nên năng suất của thiết bị 60.61=3660(l/h)

-

Nhiệt độ làm việc: 1100C

-

Áp suất làm việc: 6 bar

-

Kích thước: H × R × D= 1150 × 460 × 1500 mm.

24


Hình 4.2. Thiết bị gia nhiệt bản mỏng
Ta có:
Lượng sữa vào gia nhiệt là: 25833,89 (kg/ca)=3099,97(l/h) [CBVC]
Số lượng thiết bị:
n=

3099,97
= 0,847 < 1
3660

Vậy chọn 1 thiết bị gia nhiệt bản mỏng.
4.1.5. Thùng chứa sữa sau gia nhiệt [7]

Lượng sữa sau khi gia nhiệt: 25833,89 kg/ca.
Đổi sang thể tích ta được:

[CBVC]

25833,89
= 24, 799
(m 3 / ca )
1, 0417.103

Hệ số chứa đầy của thùng chứa là 0.9.
Thể tích 1 thùng chứa:
V=

24, 799
= 27,55
(m 3 )
0,9

Vậy chọn một thiết bị Tetra Alsafe có dung tích 30000(l)
H=5,6(m)
D=3,6(m)
Áp suất làm việc tối đa 3000Kpa
Thiết bị gồm các valve, bộ lọc không khí vô trùng, thiết bị an toàn, thiết bị
đo áp lực, bảng điều khiển, hệ thống CIP.
4.1.6. Thiết bị ly tâm (Centri) [9]
Chọn thiết bị ly tâm làm sạch diyingix của Trung Quốc
 Thông số kỹ thuật
-

Năng suất: 5000 l/h.
25