Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất ngô ngọt đóng lon 20 tấn/ca (ĐH Bách Khoa HN)

Tham khảo đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất ngô ngọt đóng lon 20 tấn/ca của ĐH Bách Khoa HN. Tài liệu trình bày đầy đủ quy trình và tính toán thiết bị.

• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hưng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Thực Phẩm
• Đề tài: Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Ngô Ngọt Nguyên Hạt Đóng Lon Năng Suất 20 Tấn Sản Phẩm/Ca
• Loại tài liệu: Đồ Án Chuyên Ngành
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về ngành sản xuất ngô ngọt đóng lon

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất ngô ngọt đóng lon là một dự án quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm. Ngô ngọt nguyên hạt đóng lon đã trở thành sản phẩm được ưa chuộng trên thị trường toàn cầu với giá trị xuất khẩu liên tục tăng. Tại Việt Nam, sản xuất ngô ngọt phát triển mạnh mẽ kể từ những năm 2000, với nhu cầu nguyên liệu hàng chục nghìn tấn mỗi năm. Dự án này tập trung vào thiết kế một phân xưởng công suất 20 tấn/ca, áp dụng công nghệ hiện đại để đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn thực phẩm và hiệu quả kinh tế. Việc xây dựng một nhà máy sản xuất ngô ngọt đóng lon cần phải có lập luận kinh tế kỹ thuật rõ ràng, từ lựa chọn vị trí địa lý, quy trình công nghệ cho đến thiết bị máy móc phù hợp.

1.1. Thị trường toàn cầu và cơ hội phát triển

Theo thống kê FAO, sản lượng ngô đường đông lạnh toàn thế giới từ 7 triệu tấn (1992) tăng lên 9 triệu tấn (2010). Hoa Kỳ dẫn đầu với xuất khẩu trị giá 59,452 triệu đô la, tiếp theo là Trung Quốc, Thái Lan và Malaysia. Khối ASEAN đạt 24 triệu đô la mỗi năm. Tại Việt Nam, ngô ngọt xuất khẩu tăng từ 270,930 đô la lên giá trị gấp 4 lần, chứng tỏ tiềm năng thị trường lớn và nhu cầu sản xuất gia tăng liên tục.

1.2. Giá trị kinh tế của sản xuất ngô ngọt tại Việt Nam

Trồng ngô đường cho thu nhập cao: 90 triệu đồng/vụ/ha hoặc 3,5-4,2 triệu đồng/sào/vụ. Thời gian sinh trưởng khoảng 70 ngày/vụ, cho phép 4 vụ/năm. Ngoài ra còn thu thêm 25-30 tấn thân lá xanh/ha. Ngô ngọt đóng hộp không chỉ là thực phẩm sạch, an toàn mà còn tạo giá trị cao cho chuỗi sản xuất và xuất khẩu, đóng góp đáng kể vào thu nhập nông dân và kinh tế quốc gia.

II. Lựa chọn địa điểm và cơ sở hạ tầng nhà máy

Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất ngô ngọt đóng lon là bước quan trọng ảnh hưởng đến tính khả thi và hiệu quả của dự án. Các nguyên tắc chính bao gồm: gần vùng nguyên liệu ngô ngọt để giảm chi phí vận chuyển, thuận lợi giao thông đường thủy và đường bộ, gần nguồn nước, có hệ thống thoát nước hợp lý. Tại Việt Nam, các khu vực phù hợp như Hải Dương, Nam Định, Hưng Yên đã có nhiều nhà máy chế biến ngô đường với nhu cầu hàng chục nghìn tấn/năm. Vị trí chiến lược giúp tối ưu hóa logistics, giảm tác động môi trường và đảm bảo nguồn cung ứng ổn định cho phân xưởng sản xuất 20 tấn/ca.

2.1. Vị trí địa lý và vùng nguyên liệu

Vùng trồng ngô ngọt tập trung ở miền Bắc Việt Nam, đặc biệt là Hải Dương, Nam Định, Hưng Yên. Nhà máy nên nằm gần các khu vực sản xuất để đảm bảo nhập kho nguyên liệu tươi trong thời gian ngắn nhất. Giảm thời gian vận chuyển giúp bảo vệ chất lượng ngô ngọt và giảm chi phí vận hành. Khu vực miền Bắc cũng thuận lợi về khí hậu, điều kiện sản xuất và có nhiều kinh nghiệm trong chế biến ngô đường.

2.2. Hệ thống giao thông nước và môi trường

Nhà máy cần nằm gần đường giao thông chính để vận chuyển nguyên liệu, vật liệu đóng gói và sản phẩm. Nguồn cung cấp nước sạch phải dồi dào cho rửa, đãi, nấu dịch và vệ sinh. Hệ thống xử lý nước thải phải đạt tiêu chuẩn môi trường, tránh ảnh hưởng đến cộng đồng. Các tiêu chí này là yêu cầu bắt buộc trong thiết kế và vận hành phân xưởng sản xuất ngô ngọt đóng lon.

III. Quy trình công nghệ sản xuất ngô ngọt đóng lon

Quy trình sản xuất ngô ngọt nguyên hạt đóng lon bao gồm các công đoạn liên tiếp từ nguyên liệu tươi đến sản phẩm cuối cùng. Các công đoạn chính: lựa chọn và phân loại bắp, chặt cuống và tách vỏ, cắt tách hạt, rửa và đãi hạt, phân loại hạt theo kích cỡ, nấu dịch chứa đường và muối, đóng lon, bài khí, ghép nắp, dán nhãn và đóng gói. Mỗi công đoạn được thiết kế tối ưu để đạt năng suất 20 tấn/ca và duy trì chất lượng sản phẩm cao. Cân bằng vật chất được tính toán chi tiết để xác định nhu cầu nguyên liệu, hao hụt từng công đoạn và sản lượng sản phẩm cuối cùng.

3.1. Các công đoạn xử lý và chuẩn bị nguyên liệu

Lựa chọn và phân loại bắp ngô tươi để loại bỏ hạt hỏng, chặt cuống, tách vỏ và râu. Bước cắt tách hạt tách hạt từ cuống bắp bằng máy chuyên dụng. Sau đó rửa và đãi hạt để loại bỏ cặn bã, cuối cùng phân loại hạt theo kích cỡ để đảm bảo sản phẩm đồng nhất. Các công đoạn này quyết định chất lượng ngô ngọt đóng lon cuối cùng.

3.2. Công đoạn nấu đóng hộp và hoàn thiện sản phẩm

Nấu dịch chứa đường và muối ở nhiệt độ và thời gian xác định. Hạt ngô được cho vào lon cùng dịch nấu, sau đó bài khí để loại bỏ không khí, ghép nắp để kín hérmetic. Lon được dán nhãn với thông tin sản phẩm, cuối cùng đóng gói thành sản phẩm hoàn thiện. Quy trình đảm bảo an toàn thực phẩm và độ bền sản phẩm trong bảo quản lâu dài.

IV. Tính toán thiết bị và cân bằng vật chất sản xuất

Tính toán thiết bị và cân bằng vật chất là bước kỹ thuật quan trọng trong đồ án thiết kế phân xưởng. Dựa trên kế hoạch sản xuất 20 tấn/ca, phải tính nhu cầu nguyên liệu, xác định hao hụt từng công đoạn và sản lượng sản phẩm cuối cùng. Hao hụt bình thường bao gồm: tổn thất trong lựa chọn, chặt cuống, tách vỏ (5-10%), cắt tách hạt (2-3%), rửa và đãi (1-2%). Cân bằng vật chất giúp xác định chính xác nhu cầu ngô tươi nhập kho và lượng sản phẩm đóng lon có thể đạt được. Lựa chọn thiết bị máy móc phù hợp bao gồm: máy lựa chọn phân loại, máy chặt cuống, máy cắt hạt, máy rửa, máy phân loại, máy nấu, máy ghép nắp, máy dán nhãn. Mỗi thiết bị được chọn dựa trên công suất yêu cầu 20 tấn/ca và đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.

4.1. Cân bằng vật chất và nhu cầu nguyên liệu

Kế hoạch sản xuất 20 tấn/ca bắt đầu từ ngô tươi thô. Với hao hụt từng công đoạn: lựa chọn (7%), chặt cuống (3%), rửa (1.5%), tách hạt (88% hiệu suất), phân loại (2%), nấu (5%), cần khoảng 28-30 tấn ngô tươi thô/ca. Thiết kế sản phẩm lon 425g cho đến lon 850g, mỗi loại có công thức dịch chứa riêng. Cân bằng vật chất chính xác đảm bảo không lãng phí và tối ưu hiệu quả kinh tế.

4.2. Lựa chọn thiết bị chính của phân xưởng

Thiết bị lựa chọn phân loại: máy sàng lưới, máy phân loại theo kích cỡ. Máy chặt cuống, tách vỏ: máy tách vỏ xoay hoặc máy cắt chuyên dụng. Máy cắt tách hạt: máy cắt tương tác cao. Máy rửa: máy rửa tromben hoặc máy rửa phun nước. Máy phân loại hạt: sàng rung có thẻ phân loại. Máy nấu dịch: nồi nấu có điều khiển nhiệt độ. Máy ghép nắp: máy ghép nắp tự động. Máy dán nhãn: máy dán nhãn chính xác. Tất cả thiết bị được chọn đảm bảo công suất 20 tấn/ca và tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ngô ngọt trên thế giới và Việt Nam:.1 Trên thế giới:.3 Địa điểm xây dựng nhà máy.3 Vị trí địa lý.5 Hệ thống giao thông vận tải.6 Vùng nguyên liệu.7 Thị trường tiêu thụ sản phẩm dự kiến.8 Nguồn cung cấp điện, hơi nước.9 Nguồn nhân lực.10 Xử lí môi trường.11 Giá thuê đất và các khoản phí:. CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.9 Quy trình sản xuất ngô ngọt đóng hộp.16 Chọn các công đoạn chế biến.4 Lựa chọn, phân loại.5 Chặt cuống, tách vỏ, râu.7 Cắt tách hạt.9 Phân loại hạt.12 Bài khí, ghép nắp. CÂN BẰNG VẬT CHÂT.25 Kế hoạch sản xuất.25 Thiết kế sản phẩm.25 Hao hụt từng công đoạn sản xuất ngô ngọt nguyên hạt đóng lon.26 Nhu cầu nguyên liệu.

TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ.31 Cơ sở lựa chọn thiết bị.31 Tính chọn thiết bị phân xưởng sản xuất ngô ngọt nguyên hạt đóng hộp.1 Thiết bị lựa chọn, phân loại.2 Chặt cuống, tách vỏ, râu.4 Thiết bị cắt tách hạt.5 Thiết bị rửa, đãi hạt.6 Thiết bị phân loại hạt.8 Thiết bị nấu dịch.10 Thiết bị ghép nắp.12 Thiết bị dán nhãn. LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT Tình hình sản xuất và tiêu thụ ngô ngọt trên thế giới và Việt Nam: 1.1 Trên thế giới: Theo thống kê, tổng diện tích ngô đường trên toàn thế giới đạt khoảng 1 triệu ha. Mỹ là nước đứng đầu trong số nước sản xuất ngô đường vào năm 2006, diện tích 26,250ha, sản lượng đạt hơn 4 triệu tấn, năng suất bình quân 15,2 tấn bắp tươi/ha (2006) và cho thu nhập trên 600 triệu đô la Mỹ. Trong thời gian gần đây, tốc độ phát triển rất nhanh: Theo thống kê của FAO, tổng sản lượng ngô đường đóng hộp đông lạnh trên toàn thế giới vào năm 1992 đạt khoảng 7 triệu tấn, đến năm 2010 tăng lên 9 triệu tấn (FAO, 2010).

Trên thế giới theo số liệu của FAO, trong tổng giá trị xuất khẩu ngô đường đông lạnh (hạt rời) vào năm 2005 (231,784 triệu đô la Mỹ), Hoa Kỳ đạt 59,452 triệu, Trung Quốc 5,823 triệu, Thái Lan 4,196 triệu, Malysia 3,67 triệu và toàn khối ASEAN đạt 24,016 triệu đô la Mỹ.2 Ở Việt Nam: Ở Việt Nam, cây ngô từ lâu đã trở thành cây lương thực quan trọng, nhưng chỉ sau những năm 2000 mới phát triển ngô đường. Hiện nay, nhiều giống ngô đường nhập nội: Sugar 75, Hoa Trân, Arizona, Golden 93 v. đang phổ biến trong sản xuất và được bán trên thị trường với giá rất cao từ 350 -650 ngàn đ/kg hạt giống. Hiệu quả cao của việc trồng ngô đường (thu nhập 90 triệu đồng/ vụ/) đã thúc đẩy nhu cầu sản xuất trong nước tăng nhanh.

Ngoài lượng bắp tươi để phục vụ tiêu dùng trong nước hàng ngày, sau 5 năm nhập ngoại, nước ta đã xuất khẩu hàng triệu USD ngô đường đóng hộp (năm 2005 giá trị xuất khẩu đạt 1.083,93 nghìn USD, tăng gấp 4 lần so với năm 2000- FAOSTAT, 11/07). Kết quả điều tra tại Công ty xuất nhập khẩu Đồng Giao tháng 6, năm 2008 cho thấy hàng năm công ty đã sử dụng 2.800 kg hạt giống để sản xuất phục vụ đóng hộp xuất khẩu 4. Ngoài ra tại khu vực miền Bắc còn có nhiều nhà máy chế biến ngô đường ở Hải Dương, Nam Định, Hưng Yên, với nhu cầu ngô đường để xuất khẩu hàng 5 chục nghìn tấn/năm. Điều đó chứng tỏ thị trường sản xuất, chế biến, tiêu thụ ngô đường rất rộng mở.

Sự trùng hợp giữa nhu cầu ngày càng tăng cùng với hiệu cao quả do sản xuất ngô đường, những năm gần đây có chiều hướng phát triển rất nhanh. Đến nay, ước tính mỗi năm lượng giống ngô đường nhập nội khoảng 30-40 tấn (tương đương khoảng 4000 ha). Sản xuất ngô đường lai là một trong những hướng nâng cao hiệu quả diện tích đất nông nghiệp. Ví dụ: Hiệu quả của trồng ngô đường (thu nhập 90 triệu đồng/ vụ/ha- Báo điện tử Thanh Hoá) hoặc ngay trên địa bàn các huyện ngoại thành Hà Nội, giá bán ngô đường bắp tươi từ 2500- 3500 đồng/ bắp sẽ cho thu nhập 3,5 – 4,2 triệu đồng/ 1 sào bắc bộ/vụ.

Việt Nam bắt đầu xuất khẩu ngô đường từ năm 2000, giá trị tăng từ 270.930 đô la (2005), tăng gấp 4 lần (Faostat 2008), chứng tỏ nhu cầu sản xuất đang có chiều hướng tăng nhanh. Ngô đường, không chỉ là nguồn thực phẩm sạch, an toàn, giàu dinh dưỡng cho con người, còn là cây trồng mang lại lợi nhuận cao cho người sản xuất, thời gian sinh trưởng ngắn xung quanh 70 ngày/vụ. Nhờ vậy có thể chuyển đổi cơ cấu mùa vụ trên diện tích gieo trồng tới 4 vụ/năm. Ngoài ra còn thu thêm 25-30 tấn thân lá xanh/ha phục vụ chăn nuôi.

Vì vậy cây ngô đường không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất trên đơn vị diện tích mà còn có thể kết hợp với công nghệ chế biến tạo ra sản phẩm chế biến sẵn như ngô ngọt đóng hộp đem lại giá trị lớn. Địa điểm xây dựng nhà máy Các nguyên tắc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy:  Gần vùng nguyên liệu và nhiên liệu.  Thuận lợi về giao thông đường thủy và đường bộ để dễ dàng vận chuyển nguyên liệu, vật liệu và sản phẩm.  Gần nguồn cung cấp nước, có hệ thống thoát nước hợp lí để không ảnh hưởng đến môi trường, sức khỏe của người dân trong vùng.

6 Từ các nguyên tắc trên kết hợp với quá trình khảo sát thị trường, em quyết định lựa chọn địa điểm thiết kế : Phân xưởng được xây dựng khu công nghiệpMỹ Thuận – huyện Vụ Bản – Nam Định.3 Vị trí địa lý  Thuộc huyện Vụ Bản nằm ở phía tây bắc tỉnh Nam Định, cách thành phố Nam Định 13 km, cách thủ đô Hà Nội 103 km và có vị trí địa lý:  Phía bắc giáp huyện Bình Lục, tỉnh Hà Nam và huyện Mỹ Lộc  Phía đông giáp thành phố Nam Định và huyện Nam Trực  Phía tây và tây nam giáp huyện Ý Yên.4 Khí hậu Khu công nghiệp nằm trong tiểu vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa chia thành 2 mùa, mùa mưa (từ tháng 5 – tháng 10) và mùa khô (từ tháng 11 – tháng 4 năm sau). Nhiệt độ trung bình từ 22 - 24⁰C, độ ẩm trung bình 68-72%. Lượng mưa trung bình trong năm từ 1. Mùa mưa nhiều nhất từ tháng 5 đến tháng 10, mùa ít mưa từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau.

Độ ẩm tương đối trung bình: 80 – 85%.5 Hệ thống giao thông vận tải Xây dựng nhà máy gần trục đường chính để thuận lợi cho hoạt động sản xuất, kinh doanh và rút ngắn thời gian vận chuyển nguyên liệu đến nhà máy cũng như thời gian phân phối, tiêu thụ sản phẩm. Nhìn chung, nhà máy nằmg trong khu công nghiệp Khu công nghiệp được xây dựng tại xã Hiển Khánh – huyện Vụ Bản nằm liền kề thành phố Nam Định, có hệ thống giao thông huyết mạch thủy, bộ liên hoàn, thuận tiện với 4 tuyến Quốc lộ 10, 21, 37B, 38B; tuyến đường sắt Bắc - Nam và sông Đào đi qua địa bàn. Ngoài ra, huyện còn có khu di tích lịch sử - văn hóa Phủ Dầy với Lễ hội Phủ Dầy được công nhận là lễ hội cấp quốc gia và có Di sản văn hóa phi vật thể đại diện nhân loại được UNESCO công nhận; một địa chỉ trong tour du lịch tâm linh của vùng. 7 Mặt khác, hệ thống giao thông nội bộ của khu công nghiệp được thiết kế hợp lý đảm bảo việc giao thông trong khu công nghiệp được thông suốt, đảm bảo tốt khả năng di chuyển trong khu công nghiệp.

Khu công nghiệp Mỹ Thuận được định hướng là Khu công nghiệp đa ngành sử dụng công nghệ cao, dự kiến thu hút các loại hình công nghiệp như cơ khí, điện, điện tử, chế biến nông sản thực phẩm, sản xuất vật liệu xây dựng và một số ngành khác.6 Vùng nguyên liệu Hiện nay, hàng năm, diện tích sản xuất ngô của huyện Vụ Bản – Nam Định đạt khoảng 120-150ha, tập trung chủ yếu ở các xã, thị trấn: Liên Minh, Tân Khánh… với năng suất trung bình đạt khoảng 5,5 tấn/ha/vụ, sản lượng đạt hơn 825 nghìn tấn ngô hạt/năm. Những năm gần đây, sản xuất ngô trên địa bàn huyện Vụ Bản đạt nhiều chuyển biến tích cực, năng suất, sản lượng, chất lượng nông sản ngày càng tăng, bước đầu hình thành được vùng sản xuất lớn cho hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên các sản phẩm chế biến từ ngô thì chưa được ứng dụng mà chủ yếu nguyên liệu ngô dạng thô sau thu hoạch được đem đi xuất khẩu với số lượng lớn. Bởi vậy, chúng ta có thể đa dạng hóa các loại sản phẩm của ngô trong đó có ngô ngọt đóng hộp.7 Thị trường tiêu thụ sản phẩm dự kiến Sản phẩm sản xuất ra chủ yếu được xuất khẩu ra nước ngoài, các thị trường Thái Lan, Hàn Quốc, Nga, Campuchia, Singapo, Nhật Bản, Đài Loan… Bên cạnh đó, sản phẩm của nhà máy còn được cung cấp cho các cửa hàng và các khu du lịch để làm quà đặc sản của vùng miền.8 Nguồn cung cấp điện, hơi nước Nguồn điện: Sử dụng điện lưới của mạng lưới điện quốc gia.

Tuy nhiên, để đề phòng trường hợp sự cố điện không mong muốn có thể xảy ra, gây gián đoạn cho việc sản xuất nên nhà máy sẽ chủ động bố trí một trạm biến áp và sử dụng thêm máy phát điện dự phòng. Nhà máy có bộ phận chống cháy nổ, bình cứu hỏa, cửa thoát hiểm. Nguồn nước: Khu công nghiệp được xây dựng hệ thống xử lý nước thải hiện đại theo công nghệ các nước G7 với công suất xử lý đạt 4. Hệ 8 thống điện, nước sạch ổn định, đáp ứng nhu cầu sản xuất kinh doanh.

Trong nhà máy, nước được dùng vào các mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nước nấu nguyên liệu, nước rót dịch, nước chần nguyên liệu, nước rửa chai, nước vệ sinh,. Nước sử dụng cần đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu công nghệ sản xuất. Nguồn nhiên liệu: Nhiên liệu được sử dụng trong nhà máy nhằm tạo ra nhiệt cho nồi hơi, phục vụ cho các mục đích khác nhau như như nấu nguyên liệu, chần – hấp, thanh trùng… Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than. Người vận hành nồi hơi phải là người có trình độ chuyên môn cao, phải thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị, sửa chữa và thay đổi phụ tùng ngay khi cần thiết.9 Nguồn nhân lực Nét nổi bật của thị trường lao động đã hình thành vùng nguyên liệu tập trung, người dân chịu thương, chịu khó chỉ thiếu những mô hình mẫu, hiệu quả để người dân có thể học tập, làm theo.

Các cán bộ, kĩ sư có trình độ tổ chức chuyên môn phải được đào tạo đủ trình độ quản lý, điều hành.