Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua ăn có đường năng suất 4.7 tấn/ngày

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua có đường năng suất 4,7 tấn/ngày. Trình bày quy trình công nghệ, tính cân bằng vật chất, chọn thiết bị.

• Tác giả: Huỳnh Thị Qúy
• Người hướng dẫn: Ks. Võ Thị Thu Hằng
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm Huế
• Chuyên ngành: Cơ Khí Và Công Nghệ
• Đề tài: Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Sữa Chua Ăn Có Đường Với Năng Suất 4,7 Tấn Sản Phẩm/Ngày
• Loại tài liệu: Đồ Án Công Nghệ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Huế

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Sữa Chua Có Đường

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua có đường là một dự án công nghệ thực tiễn nhằm xây dựng một nhà máy sản xuất với năng suất 4,7 tấn sản phẩm mỗi ngày. Đây là một bài toán kỹ thuật phức tạp kết hợp giữa công nghệ sản xuất, quản lý chất lượng và tối ưu hóa quy trình. Sữa chua ăn có đường là sản phẩm giàu dinh dưỡng, được ưa chuộng trên thị trường do công dụng tăng cường miễn dịch, cải thiện tiêu hóa và làm đẹp da. Đề tài này bao gồm các nội dung chính: lập luận kinh tế, phân tích nguyên liệu, lựa chọn quy trình công nghệ, tính toán cân bằng vật chất và thiết kế thiết bị. Việc thực hiện đồ án giúp sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, phát triển kỹ năng thiết kế và quản lý dự án công nghiệp thực tế.

1.1. Mục Đích Và Ý Nghĩa Của Dự Án

Thiết kế phân xưởng sữa chua nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày cao của thị trường. Dự án có ý nghĩa kinh tế-xã hội lớn, tạo việc làm cho lao động, góp phần phát triển ngành công nghiệp thực phẩm. Sữa chua có đường là sản phẩm được ưa chuộng, đặc biệt ở phía nữ giới nhờ các lợi ích sức khỏe đã được công nhân. Đồ án cung cấp hướng dẫn chi tiết cho việc xây dựng nhà máy hiện đại, tuân thủ tiêu chuẩn ATTP và quy định pháp luật.

1.2. Phạm Vi Và Thang Lệ Của Dự Án

Dự án thiết kế một phân xưởng sản xuất với năng suất 4,7 tấn/ngày, tương đương khoảng 1.600 tấn sản phẩm mỗi năm. Phạm vi bao gồm: lựa chọn vị trí xây dựng, thiết kế qui trình sản xuất, lựa chọn và tính toán thiết bị, bế trí mặt bằng và mặt cắt phân xưởng. Đồ án được thực hiện theo tiêu chuẩn công nghiệp quốc tế, đảm bảo hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm tối ưu.

II. Lập Luận Kinh Tế Và Phân Tích Thị Trường

Lập luận kinh tế là bước quan trọng trong đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua, giúp xác định khả năng tồn tại và phát triển của dự án. Nhu cầu tiêu dùng sữa chua tại Việt Nam có xu hướng tăng hàng năm do nâng cao ý thức về sức khỏe và dinh dưỡng. Thị trường cung cấp sữa chua ăn có đường đang thiếu hụt, tạo cơ hội lớn cho các nhà sản xuất mới. Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy phải xem xét các yếu tố như: nguồn nguyên liệu sữa tươi, cơ sở hạ tầng, nhân lực, khả năng tiếp cận thị trường và chi phí vận chuyển. Phân tích kinh tế cho thấy dự án có tính khả thi cao với thời gian hoàn vốn hợp lý.

2.1. Lựa Chọn Địa Điểm Và Cơ Sở Hạ Tầng

Địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất sữa chua cần đáp ứng các yêu cầu khắt khe: gần nguồn sữa tươi, có hệ thống điện-nước ổn định, cơ sở hạ tầng giao thông thuận lợi, và khu vực thích hợp cho công nghiệp pháp lý. Vị trí lý tưởng thường nằm gần các trang trại chăn nuôi bò sữa hoặc vùng sản xuất sữa lớn để giảm chi phí nguyên liệu và đảm bảo chất lượng sữa nguyên liệu.

2.2. Nguồn Nguyên Liệu Và Thị Trường Tiêu Thụ

Sữa tươi là nguyên liệu chính, đòi hỏi đảm bảo cung cấp ổn định, chất lượng cao và giá thành cạnh tranh. Thị trường tiêu thụ sữa chua có đường rộng lớn, bao gồm các cửa hàng bán lẻ, siêu thị, quán cà phê và các kênh phân phối khác. Dự án cần xây dựng chiến lược tiếp thị hiệu quả để tối đa hóa doanh thu và thị phần.

III. Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Sữa Chua

Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua ăn có đường là cốt lõi của dự án, quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng. Quy trình bao gồm các công đoạn chính: tiếp nhận và lưu trữ sữa tươi, thanh trùng lần 1, đồng hóa, gia nhiệt, làm lạnh nhanh, ủ hoàn nguyên, thanh trùng lần 2, làm nguội, trộn nguyên liệu, lên men, rót vô trùng và lưu trữ lạnh. Mỗi công đoạn được thiết kế để đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, duy trì đặc tính dinh dưỡng và tạo ra sản phẩm cuối cùng có chất lượng ổn định. Thiết kế phân xưởng phải đảm bảo dòng chảy vật liệu tuyến tính từ nguyên liệu đến sản phẩm thành phẩm.

3.1. Các Công Đoạn Xử Lý Sữa Nguyên Liệu

Sữa tươi được tiếp nhận và lưu trữ trong bế lạnh để duy trì chất lượng. Thanh trùng lần 1 ở 72-75°C/15-20 giây loại bỏ vi sinh vật gây bệnh. Đồng hóa tạo kích thước hạt mỡ đều nhất, giúp sữa chua có kết cấu mịn. Gia nhiệt đến 43-45°C tạo điều kiện tối ưu cho lên men.

3.2. Công Đoạn Lên Men Và Làm Mát

Lên men diễn ra trong bồn ủ hoàn nguyên ở 43-45°C trong 3-4 giờ với men giống lactic. Thanh trùng lần 2 dừng quá trình lên men, tạo độ chua chuẩn. Làm mát nhanh ngăn ngừa hình thành cấu trúc không mong muốn, đảm bảo sản phẩm đạt chuẩn chất lượng.

IV. Tính Toán Thiết Bị Và Tối Ưu Hóa Hiệu Suất

Tính toán và lựa chọn thiết bị là phần quan trọng trong đồ án thiết kế phân xưởng sứa chua. Mỗi thiết bị phải được tính toán dựa trên năng suất 4,7 tấn/ngày, thời gian lưu lại trong từng công đoạn và hiệu suất hoạt động. Các thiết bị chính bao gồm: bộ lọc sữa, bồn lưu trữ, máy đồng hóa, thiết bị trao đổi nhiệt, bồn lên men, máy rót vô trùng. Việc tối ưu hóa kích thước thiết bị giúp giảm chi phí vốn, tiết kiệm năng lượng và nâng cao năng suất. Thiết kế phải tuân theo quy tắc vệ sinh, dễ bảo trì, và phù hợp với công nghệ hiện đại. Mỗi thiết bị được chọn lựa từ các nhà sản xuất uy tín, đảm bảo chất lượng và độ tin cậy lâu dài.

4.1. Thiết Bị Chính Trong Dây Chuyền Sản Xuất

Bồn lên men có dung tích tính theo công thức dựa vào thời gian ủ và năng suất sản xuất. Máy đồng hóa tạo kích thước hạt đều, áp suất hoạt động 200-250 bar. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm TX4-AN giúp nhanh chóng điều chỉnh nhiệt độ sữa. Máy rót vô trùng DGD-600F đảm bảo vô trùng và giảm ô nhiễm.

4.2. Cân Bằng Vật Chất Và Tính Toán Nguyên Liệu

Cân bằng vật chất được tính cho từng công đoạn sản xuất, xác định khối lượng nguyên liệu cần đầu vào và hao hụt. Với năng suất 4,7 tấn/ngày, cần tính toán lượng sữa, đường, men giống, các phụ gia khác. Hao hụt từ vệ sinh thiết bị, bay hơi được tính để lập kế hoạch nguyên liệu chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ 1. Tình hình kinh tế Do thuộc nhóm sản phẩm thiết yếu, nên dù trong những năm kinh doanh ảm đạm của các doanh nghiệp trong toàn bộ nền kinh tế, các doanh nghiệp ngành sữa vẫn giữ tăng trưởng mạnh với mức 2 con số. Trong những năm tới, việc dân số tăng, thu nhập người dân tăng kéo theo chi tiêu nhiều hơn và những quan tâm ngày một nhiều của người Việt Nam về các sản phẩm dinh dưỡng chăm sóc sức khỏe, ngành sản xuất các sản phẩm từ sữa nói chung và sản phẩm sữa chua nói riêng được kỳ vọng sẽ còn tiếp tục duy trì đà tăng trưởng này. Ngành sữa Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển và đang được các nhà đầu tư trong và ngoài nước chú trọng.

Để đáp ứng những nhu cầu và nâng cao chất lượng về sữa, việc xây dựng nhà máy chế biến sữa chua sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu của người tiêu dùng trong nước đồng thời hướng đến xuất khẩu. Khi nhà máy đi vào hoạt động không những góp phần giải quyết công ăn việc làm ổn định mà còn tăng thu nhập cho người lao động, mang lại nguồn lợi to lớn cho nhà đầu tư.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy - Nhà máy được xây dựng đảm bảo các yêu cầu sau: [1] + Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm. + 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. - Từ những nguyên tắc trên, sau quá trình nghiên cứu, em chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất sữa chua tại khu công nghiệp Trường Xuân, TP Tam Kỳ. Khu công nghiệp Trường Xuân với diện tích gần 480ha, nằm cách biệt khu dân cư do đó có khá nhiều thuận lợi cho việc xử lý nước thải, tiếng ồn… tránh ảnh hưởng đến đời sống nhân dân địa phương.

- Quảng Nam nằm trong phân vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều và mưa theo mùa. Trong năm có hai mùa rõ rệt, mùa mưa và mùa khô. Khái quát về nhiệt độ, độ ẩm thường như sau: [2]  Nhiệt độ không khí: Nhiệt độ trung bình năm: 25,9C. Nhiệt độ trung bình cao nhất: 28-29,7C.

(Tháng 5 - 8) Nhiệt độ trung bình thấp nhất: 21-22C. Biên độ nhiệt độ trung bình tháng : 7C.  Độ ẩm: Độ ẩm trung bình trong năm: 86%. Mùa Đông (tháng 9 đến tháng 10) : độ ẩm trung bình tháng 82%.

Mùa hè (tháng 4 đến tháng 9) : độ ẩm trung bình 75-81%.  Lượng mưa: Mùa mưa chủ yếu tập trung nhiều vào các tháng 9 đến tháng 12, lượng mưa chiếm 70-75% lượng mưa cả năm. Lượng mưa tháng trong thời kỳ này đạt 400mm, tháng 10 có lượng mưa lớn nhất: 434mm. Mùa khô từ tháng 1 đến tháng 8, lượng mưa chỉ chiếm 25-30% lượng mưa cả năm.

Lượng mưa tháng trong thời kỳ này chỉ đạt 25mm, tháng 3 có lượng mưa nhỏ nhất trong năm: 12mm. Hệ thống cơ sở hạ tầng 1. Nguồn nguyên liệu Trong quá trình sản xuất, để đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng của xã hội thì đòi hỏi các sản phẩm được sản xuất ra liên tục. Tuy nhiên, vấn đề nguyên liệu là sữa tươi ở đây còn hạn chế gây ảnh hưởng gián đoạn tới khâu sản xuất.

Chính vì thế, nguồn nguyên liệu chủ yếu được sử dụng để sản xuất sữa chua là sữa bột gầy và dầu bơ được nhập khẩu từ nước ngoài. Nguồn nhân lực Khu công nghiệp Trường Xuân – Tp Tam Kỳ, nằm ở vùng kinh tế trọng điểm miền Trung với nguồn nhân lực dồi dào từ các tỉnh Đà Nẵng, Huế, Quảng Nam, Quãng Ngãi…cùng với cán bộ, kỹ sư lành nghề được đào tạo từ các Trường Đại học có truyền thống như: Đại học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng, Đại học Nông Lâm - Đại Học Huế. Đây là một trong những thuận lợi góp phần trong việc xây dựng nhà máy sản xuất. Giao thông vận tải Khu công nghiệp nằm gần quốc lộ 1A, có tuyến đường sắt Bắc Nam chạy qua, đường tỉnh lộ nối quốc lộ 1A với cảng biển Đà Nẵng thuận lợi cho việc vận chuyển các nguồn nguyên liệu, máy móc thiết bị, vật liệu xây dựng về nhà máy.

Mặt khác, trong khu công nghiệp với diện tích lớn nên có mạng lưới giao thông thuận tiện cho việc đi lại, vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm. Sự hợp tác hóa Nhà máy có thể hợp tác với các nhà máy khác nằm trong khu công nghiệp như: công ty nhựa, công ty bao bì, nhà máy xử lí nước,… Để cùng chung phát triển cơ sở hạ tầng, điện, nước,… nhằm giảm thiểu chi phí vốn đầu tư. Nguồn cung cấp điện nước - Hệ thống cấp nước sạch, điện chiếu sáng, cảnh quan, môi trường sinh thái đô thị, hệ thống cây xanh vỉa hè, đường kiệt nội thị, thu gom xử lý rác thải được đầu tư nâng cấp mở rộng và xây dựng mới. - Nguồn nước được lấy từ hồ Phú Ninh.

Hồ với dung tích lớn W=362106m3 và chất lượng nước tốt nên được sử dụng để cung cấp cho quá trình sản xuất. Tuyến ống nước thô được lấy từ hồ đưa về nhà máy nước Tp Tam Kỳ có đường kính ống 2Φ600, năng suất 25000 m3/ngày đêm.[3] - Nguồn điện cung cấp cho thành phố Tam Kỳ do nguồn điện của mạng lưới quốc gia cung cấp. Cấp điện trực tiếp cho Thành phố do các nguồn điện sau:[2] + Trạm biến áp Tam Kỳ 110/35/22kv Công suất 2x25MVA. + Thuỷ điện Phú Ninh công suất 2x800KW cách trung tâm Thành phố 8km.

Thị trường tiêu thụ - Sản phẩm dự tính sẽ được tiêu thụ trên địa bàn các tỉnh thành như: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi,.là chủ yếu song vẫn có thể đưa tới những nơi xa hơn ở các tỉnh thành khác. - Thực hiện các chương trình quảng bá sản phẩm mới cùng với sự hợp tác với các công ty điện nước, công ty bao bì,. nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ và giảm thiểu chi phí sản xuất. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1 Giới thiệu về sản phẩm sữa chua 2.1 Định nghĩa - Tổ chức y tế thế giới (WHO) định nghĩa,sữa chua – yaourt là thực phẩm dinh dưỡng từ sữa được tạo ra bằng cách lên men lactic nhờ tác động của Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus có trong sữa.

Sữa chua yaourt “sống ” nghĩa là sữa được lên men bởi vi khuẩn và vi khuẩn này vẫn sống tiếp tục trong thời điểm cơ thể tiêu thụ. - Nguyên tắc làm sữa chua là do sự phát triển của vi khuẩn lactic làm pH giảm mạnh, cazein trong sữa bị đông tụ. Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt và có mùi vị thơm ngon. Quá trình làm sữa phải dùng hai chủng vi khuẩn lactic.

Một loại khuẩn lactic lên men nhanh làm giảm pH , một loại vi khuẩn lên men chậm và tạo thành mùi thơm đặc trưng của sữa chua. Sữa chua cô đặc (Nguồn: Báo sức khỏe đời sống) 2.2 Nguồn gốc Sữa chua là món ăn có bề dày lịch sử tại Bulgaria. Rất nhiều người dân khẳng định rằng nó được phát hiện một cách ngẫu nhiên vào 4000 năm trước, khi các bộ tộc du mục còn lang thang tại vùng đất này. Những người du mục đựng sữa trong túi làm từ da động vật, tạo ra môi trường phù hợp cho vi khuẩn phát triển, lên men và rồi sữa chua ra đời.

Trong những trường hợp tương tự khác, sữa chua được phát hiện theo cùng một cách thức ở những vị trí, thời điểm khác nhau và có thể bắt nguồn từ Trung Đông và Trung Á.1 Dựa vào bản chất vật lý của sản phẩm  Yogurt truyền thống (set type) Sản phẩm có cấu trúc gel mịn.Trong quy trình sản xuất yaourt truyền thống, sữa nguyên liệu sau khi được xử lý, cấy giống rồi rót vào bao bì. Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông(coagulum) và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm.  Yogurt dạng khuấy (stirred type) Khối đông tụ xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phân hủy một phần do sự khuấy trộn cơ học trong quy trình sản xuất yogurt dạng khuấy sữa nguyên liệu được xử lý và cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên dùng tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì. Yogurt dạng khuấy sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như sản phẩm yogurt truyền thống  Yogurt uống (drinking type)/ dạng lỏng Khối đông tụ xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên mên bị phân hủy hoàn toàn.

Sản phẩm có dạng lỏng khi sử dụng người tiêu dùng không cần dùng muỗng. Điểm khác biệt là sau quá trình lên men người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hóa để phân hủy cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm.  Yogurt đông lạnh (frozen type) Sản phẩm có dạng tương tự như kem. Qúa trình lên men sữa sẽ được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo hỗn hợp sau lên men sẽ được đem đi xử lý và lạnh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm rồi bao gói.

 Yaourt cô đặc (strained yogurt). Quy trình sản xuất bao gồm các giai đoạn quan trọng như: lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và bao gói sản phẩm trong quy trình cô đặc, người ta sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm.Yogurt cô đặc còn được gọi là concentrated Yogurt/ labneh.2 Dựa trên hàm lượng béo của sản phẩm. Lượng chất béo trong yogurt có thể dao động từ 0-10%, thông thường từ 0,5-3,5%.Theo tổ chức y tế thế giới (WHO) và tổ chức Nông sản –Lương thực thế giới (FAO), sản phẩm yogurt có thể được chia thành ba nhóm như sau: - Yaourt béo (fat yogurt): Hàm lượng chất béo trong sản phẩm không thấp hơn3%. - Yaourt “bán gầy” (partially skimmed yogurt): Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng 0,5 -3,0%.

- Yogurt gầy (skimmed yogurt): Hàm lượng chất béo không lớn hơn 0,5%.3 Dựa vào hương vị  Tự nhiên Mùi của sản phẩm được hình thành một cách tự nhiên.  Trái cây Trái cây các loại như thơm, dâu, sơri, táo. được bổ sung vào Yogurt thường ở dạng purée. Có 2 dạng purée, purée tự nhiên (không bổ sung thêm đường) và purée bổ sung thêm đường.

Hàm lượng đường trong purée thường chiếm 50–55%.  Hương liệu Một số sản phẩm Yogurt còn bổ sung thêm hương liệu và chất màu trong quá trình sản xuất. Tùy theo tình hình của mỗi quốc gia mà bảng danh mục các phụ gia hương liệu và màu được phép sử dụng trong chế biến thực phẩm với liều lượng tối đa có thể khác nhau.