Xây dựng nhà máy sữa chua uống hương trái cây

XÂY DỰNG NHÀ MÁY SỮA CHUA
UỐNG HƯƠNG TRÁI CÂY NĂNG
SUẤT 200.000L/NGÀY


A. Quy trình công nghệ và tính cân bằng nguyên
vật liệu
I. Sơ đồ quy trình công nghệ
Sữa bột

Dầu bơ

Muối

Hoàn nguyên

Sữa chua uống

Rót sp

Lọc

Đồng hóa 2

Gia nhiệt

Thanh trùng 2

Đồng hóa 1

Thanh trùng 1

Làm lạnh

ủ hoàn nguyên

Hương liệu

Phối trộn

Cấy giống

Lên men

siro


Yêu cầu về nguyên liệu:
1. Sữa bột gầy
Tiêu chuẩn sữa bột gầy (SMP): là sản phẩm tách từ
sữa tươi bằng phương pháp sấy để tách gần như hoàn
toàn nước (4% ẩm)
Sử dụng sữa bột có ưu điểm
•
•

-

Chủ động trong sản xuất
Giảm giá thành

Đóng gói trong bao bì kín 25kg/bao, bao có khả năng
chống thấm cao


2. Dầu bơ
– Được sản xuất từ mỡ sữa và có nhiều
loại, dùng để tiêu chuẩn hóa hàm béo
trong sữa hoàn nguyên
– Có 2 loại: dầu bơ 99,5% béo và béo
nguyên chất (AMF 99,9%)
– Ta sử dụng AMF: đóng gói trong thùng
200l, được nạp khí N2 ngăn chặn sự oxi
hóa dầu mỡ
3. Đường RE đóng gói bao 50kg, bao bì 2
lớp


II. Tính cân bằng nguyên vật liệu
Bảng 1: lịch sản xuất của nhà máy

Tháng

Số ngày làm

Ca/ngày

Ca/tháng

1

25

3

75

2

21

3

63

3

27

3

81

4

25

3

75

5

25

3

75

6

26

3

78

7

27

2

54

8

0

0

0

9

25

2

50

10

26

2

52

11

26

2

52

12

27

2

54

Tổng

280

709


• Một năm sản xuất 11 tháng, nghỉ tháng 8
để sửa chữa, bảo trì thiết bị (tháng 8 là
đỉnh mùa mưa)
• Một năm làm việc 280 ngày
• Một ngày làm 3 ca, mỗi ca 8h, riêng tháng
7, 9, 10, 11, 12 làm 2 ca ( phụ thuộc vào
nguồn nguyên liệu)
• Năng suất 200.000 lít/ngày tương đương
220 tấn/ngày
• Năng suất sản phẩm theo ca: 73,33 tấn/ca


Bảng 2:Giả thiết tiêu hao qua từng công đoạn
STT

Công đoạn

Tiêu hao(%)

1

Hoàn nguyên

0,5

2

Lọc

0,2

3

Gia nhiệt

0,3

4

Đồng hóa 1

1

5

Thanh trùng 1

0,5

6

Làm lạnh

0,1

7

Ủ

1,5

8

Cấy giống

0,5

9

Lên men

2

10

Phối trộn

1,5

11

Thanh trùng 2

0,5

12

Đồng hóa 2

1

13

Rót sp

2


Tính cân bằng vật chất
- Lượng sản phẩm đầu ra là: G0 = 73,33 tấn/ca
- Lượng sữa trước khi rót hộp
G1 =G0 .

100
100
=73 ,33 .
=74 ,82
100 −2
100 −2

(Tấn/ca)

- Lượng sữa trước khi đồng hóa 2:
G2 =G1.

100
100
= 74 ,82 .
= 75 ,57 (Tấn/ca)
100 −1
100 −1

- Lượng sữa trước khi thanh trùng:
G3 =G2 .

100
100
= 75 ,57 .
= 75 ,94 (Tấn/ca)
100 −0,5
100 −0,5

- Lượng sữa trước phối trộn:
G4 =G3 .

100
100
= 75 ,94 .
= 77 ,09 (Tấn/ca)

100 −1,5
100 −1,5


- Hương liệu dùng 1,7% so với lượng sữa lên men:

1,7
77 ,09 .
=1,31
100

- Quá trình cho nguyên liệu hao hụt 1% ->lượng hương
liệu thực tế dùng là:

100
1,31 .
=1,323
100 −1

- Hương liệu bổ sung vào sữa ở dạng dung dịch 30% chất
khô
Gọi a là lượng nước cần hòa tan hương liệu, ta có:

1,323
.100 = 30 → a = 3,087
a + 1,323
- Lượng nguyên liệu lỏng cần dùng là:

3,087 + 1,323 = 4,41

- Lượng đường Saccharose có trong sữa chưa đặc là
5,3% chất khô:
5,3
=4,085
100
- Lượng nước đường 17% là:
77 ,09 .

100
4,085 .
17

=24 ,02

- Quá trình cho nước đường vào thùng tiêu hao 1% ->
lượng nước đường thực tế cần bổ sung:
100
24 ,02 .
=24 ,26
100 −1


-

Ta bổ sung nước đường 17% được pha loãng từ siro 70%.
Gọi b là lượng siro 70% cần để pha thành nước đường 17%:
70

17

17

0

53

b
=
c

Với c là lượng nước cần dùng: c= 3,177b
- Quá trình trên hao hụt 1%:
100
b + c = 24 ,26 .
= 24 ,50
→b = 5,95 (tấn/ca)
100 −1
- Lượng nước cần dùng:
c = 3,117 .5,95 =18 ,54 (Tấn/ca)
-

Lượng đường Saccharose dùng để nấu siro đường 70% là (lấy hao
hụt 5%):
70 100
100
5,95 .
.
.
= 4,39 (Tấn/ca)
100 100 − 5 100 − 0,3

- Lượng sữa trước phối trộn:

G4 = 77 ,09 − 24 ,26 − 4,41 = 48 ,42

(Tấn/ca)

• Trong đó:
24,26 (tấn/ca) nước đường 17%
4,41 (tấn/ca) hương liệu dạng lỏng
- Lượng sữa trước lên men:

100
100
G5 = G4 .
= 48 ,42 .
= 49 ,40 (Tấn/ca)
100 − 2
100 − 2

- Trong quá trình lên men, đường Lactose trong sữa lên
men lactic nên lượng chất khô bị tiêu hao:

C12 H 22 O11 .H 2O → 4CH 3 − CHOH − COOH


-

Khi acid trong sữa đạt 80-100oD thì casein trong sữa bị đông tụ

chọn độ acid là 90oD tương đương lượng acid là:

90 .10
-

Hiệu suất phản ứng là 95%
360 đvkl phân tử Lactose ngậm nước => 4.90 đơn vị Lactic
vậy lượng Lactose tiêu hao:

0,404 .
-

-

49 ,4
.
=0,404 (Tấn/ca)
1,1

−4

360 100
.
=0,404 (Tấn/ca)
4.90 95

Lượng đường Lactose 98% cần bổ sung (hao hụt 1%):

100
100

0,404 .
.
=0,416 (Tấn/ca)
100 −2 100 −1
Lượng men dùng:

4
100
49 ,4.
.
=1,98 (Tấn/ca)
100 100 −0,5

G6 =49 ,90 −1,98 =47 ,42 (Tấn/ca)


- Lượng sữa vào giai đoạn ủ:

100
100
G7 = G6 .
= 47,42.
= 48,14 (Tấn/ca)
100 − 1,5
100 − 1,5

- Lượng sữa trước làm lạnh:
G8 = G7 .

100

100
= 48,14.
= 48,19 (Tấn/ca)
100 − 0,1
100 − 0,1

- Lượng sữa trước thanh trùng lần 1:
G9 = G8 .

100
100
= 48,19.
= 48,4 (Tấn/ca)
100 − 0,5
100 − 0,5

- Lượng sữa trước đồng hóa 1:
G10 = G9 .

100
100
= 48,4.
= 48,9
100 − 1
100 − 1

- Lượng sữa trước gia nhiệt:
G11 = G10 .

(Tấn/ca)

100
100
= 48,9.
= 49,07 (Tấn/ca)
100 − 0,3
100 − 0,3


- Lượng sữa trước lọc:

100
100
G12 = G11.
= 49,07.
= 49,16 (Tấn/ca)
100 − 0,2
100 − 0,2

- Lượng sữa trước hoàn nguyên:
100
100
G13 = G12 .
= 49,16.
= 49,4 (Tấn/ca)
100 − 0,5
100 − 0,5

- Thành phần sữa hoàn nguyên gồm 6% béo, 23% sữa bột
và 71% nước

- Lượng béo cần bổ sung:
49 ,4.

6
= 2,964 (Tấn/ca)
100

23
= 11,362 (Tấn/ca)
- Lượng sữa bột nguyên liệu 49,4.
100

- Lượng nước cần cho quá trình hoàn nguyên:
49 ,4.

71
= 35,074 (Tấn/ca)
100


Bảng 3: tổng kết nguyên liệu sản xuất sữa chua uống
hương trái cây trong 1 ca ( tấn)
Nước hoàn nguyên

35,047

Nước hòa tan nguyên liệu

3,087

Nước nấu siro

18,54

Sữa bột gầy

11.362

AMF

2,964

Đường RE

4,39

Hương liệu

1,323

Lactose

0,416

Men

1,98


- Tính số lượng bao bì:

sữa chua được rót vào bao bì hộp giấy 180ml
Số hộp giấy sử dụng trong 1 ca:
1 1
200000. .
= 370370 (hộp/ca)
3 0,18

- Lượng ống hút cần dùng là:370370 (ống/ca)


B. Tính thiết bị
I. Thùng hoàn nguyên
Thùng hoàn nguyên (tank) có dạng trụ đứng,đáy chỏm cầu,vỏ bằng thép không
gỉ,phía trên thùng là động cơ gắn với cánh khuấy nằm sát đáy.
Gọi D là đường kính tank.
Ho là chiều cao của thân tank
h là chiều cao phần chỏm cầu
D
r là bán kính chỏm cầu: r = 2
H=1,3D
h=0,3D
Chiều cao toàn thiết bị là H
Gọi Vhn là thể tích thùng hoàn nguyên
Vtrụ là thể tích thân hình trụ
Vcc là thể tích chỏm cầu
⇒Vhn = Vtrụ + Vcc , trong đó
Vtrụ
Vcc

π .D 2 .H 0 3,14 .D 2 .1,3D

=
=
= 1,0205 D 3
4
4

2

π
π
D 
2
2
2
= h(h + 3r ) = .0,3D ( 0,3D ) + 3   = 0,13188 D 3
6
6
 2  



3
3
3
Vhn =1,0205 D + 0,13188 D =1,15238 D

Lấy D = 1 (m)
⇒ Vhn = 1,15238 . 1 = 1,15238 (m3)
H0 = 1,3 (m)
h = 0,3 (m)

H = 1,9 (m)
Một ca làm 8h, 1 mẻ hoàn nguyên là 20 phút
8.60
⇒ Số mẻ cần hoàn nguyên / ca : 20 = 24 (mẻ/ca)
Lượng sữa cần hoàn nguyên
là 49400 Kg/ca
49400
Đổi sang thể tích: Vd = 1,04.10−3 = 47,5 (m3/ca)
Chọn hệ số chứa đầy là 0,9 => số thùng (tank chứa) là:
n=

47 ,5
=1,9 < 2
24 .1,15238 .0,9

Để bảo đảm sản xuất và vệ sinh ta chọn 3 thùng, kích thước
1x1,9 (m)


II. Thùng chứa nước nóng dùng cho hoàn nguyên
- Chọn D = 1 (m)
=>Ho = 1,3 x D = 1,3 (m)
h = 0,3 (m)
H = 1,9 (m)
Vchứa

= 1,15238 .D 3 = 1,15238

(m3)

- Lượng nước nóng cần dùng là: 35074 (Kg/ca) = 35,074 (m3/ca)
- Trong 1 ca có thể nấu 10 mẻ nước nóng. Chọn hệ số chứa đầy là
0,9 thì số nồi:
35 ,074
n=
=3,38 < 4
1,15238 .0,9.10

=>chọn 4 nồi


III. Thùng chứa AMF
- Chọn D = 0,834 (m) => VAMF

= 0,375 .π .D 3 = 0,684 (m3)

H o =1,3D =1,0842 (m)
- h = 0,3D = 0,2502 (m)
- H = 1,9D = 1,5846 (m)
- Lượng AMF cần dùng cho 1 ca đổi từ Kg/ca sang m3/ca:
2946
= 3,257
−3
0,91 .10

(m3/ca)

Lượng AMF chứa trong thùng đủ để sử dụng trong 1/3 ca. chọn hệ số
chứa đầy là 0,9. số thùng AMF là:

n=

Chọn 2 thùng

3,257
= 1,76 < 2
0,684.0,9.3


IV. Thiết bị thanh trùng, làm nguội
Chọn thiết bị thanh trùng dạng tấm Alpha – laval
- Năng suất: 2000 lít/h
- Nhiệt độ: 90-92oC
- Thời gian thanh trùng: 5 phút
- Nhiệt độ nước mát: 8-10oC
- Tiêu thụ nước làm mát: 15 m3/h
- Tiêu thụ hơi: 120 Kg/h
- Hiệu suất sử dụng hơi: 82%
- Điện năng tiêu thụ: 12KW
- Kích thước: 1980 x 1110 x 1550 (mm)


Lượng dịch sữa cần đưa vào thanh trùng là:
- Lần 1:
48400
= 44444 ,4
1,089

Số thiết bị: n =

44444,4
= 2,77 < 3
8.2000

chọn 3 thiết bị

75940
= 69733 (lít/ca)
- Lần 2:
1,089
69733
=> n =
8.2000

=4,3

chọn 5 thiết bị


V. Thiết bị lên men: bồn dạng trụ đứng, đáy hình nón
- Chọn D = 2 (m) => Vtm = 0,375πD 3
= 9,42 (m3)
- Ta tính được kích thước thùng
– Ho = 1,3D = 2,6 (m)
– h = 0,3D – 0,6 (m)
– H = 1,9D = 3,8 (m)

- Lượng sữa lên men đổi từ Kg/ca sang lít/ca:

49400

= 44,9
3
1,098 .10

- Thùng phải đủ lớn để chứa sữa lên men trong 3h, vậy trong 1 ca
ta thực hiện 2,7 mẻ/ca. Chọn hệ số chứa đầy là 0,9; Số thùng là:

49,9
n=
= 2,17 < 3
9,42.0,9.2,7
- Chọn 3 thiết bị


VI. Thiết bị chứa men: là thiết bị hình trụ, đáy hình nón, bên trong
có cánh khuấy
Chọn D = 1 (m) => Vmen = 0,375 .π.D 3 =1,1775
Ta tính được kích thước:
Ho = 1,3D = 1,3 (m)
h = 0,3D = 0,3 (m)
H = 1,9D = 1,9 (m)
Lượng men cần sử dụng trong 1 ca:
Chọn hệ số chứa đầy là 0,9:
1,9
n=
=1,79 < 2
1,1774 .0,9
Chọn 2 thùng

1980

= 1,9(m3/ca)
3
1,032 .10