Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến rau quả và sản xuất nước giải khát tại Việt Nam giữ vai trò quan trọng trong việc nâng cao giá trị nông sản và đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa cũng như xuất khẩu. Tuy nhiên, đặc thù của các loại rau quả tươi sau thu hoạch là rất dễ bị hư hỏng, dập úng và xảy ra hiện tượng ứ đọng cục bộ vào chính vụ thu hoạch. Do đó, việc nghiên cứu chế biến sâu rau quả thành các dạng sản phẩm bảo quản dài ngày như nước uống đóng hộp là giải pháp cấp thiết. Trong bối cảnh mức tiêu thụ nước quả bình quân tại Việt Nam vào giai đoạn khảo sát còn khiêm tốn (khoảng 35 triệu lít/năm, tương đương 0,5 lít/người/năm), dư địa thị trường cho các dòng sản phẩm nước quả có nguồn gốc tự nhiên, giàu hoạt chất sinh học vẫn còn rất lớn. Cà rốt (Daucus carota L. Sativus) là nguồn nguyên liệu nông sản dồi dào, giá thành rẻ, giàu tiền sinh tố A (beta-carotene), pectin và khoáng chất, song các mặt hàng chế biến công nghiệp từ cà rốt trên thị trường vẫn còn hạn chế.

Đề tài đồ án tốt nghiệp "Thiết kế nhà máy sản xuất nước ép cà rốt 1000 lít sản phẩm/giờ" được sinh viên Nguyễn Thị Lợi thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Thị Ngọc Linh tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng (năm 2022) nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một cơ sở chế biến đồ hộp nước quả đục.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể theo 9 nhiệm vụ trọng tâm:

  1. Luận chứng kinh tế kỹ thuật để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy và phân tích các điều kiện hạ tầng kỹ thuật phụ trợ.
  2. Khảo sát tổng quan về nguồn nguyên liệu cà rốt, nguyên liệu phụ và các tiêu chuẩn chất lượng liên quan.
  3. Lựa chọn, thiết lập và thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước ép cà rốt dạng đục.
  4. Tính toán cân bằng vật chất toàn diện cho dây chuyền với năng suất định mức 1000 lít sản phẩm/giờ.
  5. Tính toán và lựa chọn hệ thống máy móc, thiết bị công nghệ chính và thiết bị phụ trợ.
  6. Tính toán nhu cầu năng lượng (nhiệt hơi đốt, nước sản xuất - sinh hoạt, điện động lực và chiếu sáng).
  7. Thiết kế xây dựng, bố trí mặt bằng phân xưởng sản xuất chính và quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy.
  8. Xác lập quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến thành phẩm xuất xưởng.
  9. Đề xuất các giải pháp an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và hệ thống phòng chống cháy nổ.

Đối tượng nghiên cứu là dây chuyền công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất nước ép cà rốt dạng đục đóng hộp sắt tây. Phạm vi không gian của đồ án quy hoạch nhà máy đặt tại Khu công nghiệp Đại An, tỉnh Hải Dương – trung tâm của vùng đồng bằng sông Hồng có mạng lưới giao thông thuận tiện và nguồn nguyên liệu nông sản dồi dào. Phạm vi thời gian nghiên cứu và hoàn thành đồ án vào tháng 06/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án thuộc loại hình thiết kế kỹ thuật công nghệ nhà máy chế biến thực phẩm, sử dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành và các nguyên lý cơ bản của kỹ nghệ thực phẩm:

  • Khung tiêu chuẩn chất lượng: Đồ án áp dụng Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 1695-1987 đối với đường tinh luyện; Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5516-1991 đối với acid citric dùng trong thực phẩm; Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 02:2009/BYT đối với chất lượng nước ăn uống và sinh hoạt; tiêu chuẩn xả thải loại A theo quy chuẩn môi trường Việt Nam áp dụng tại trạm xử lý nước thải Khu công nghiệp Đại An.
  • Khung lý thuyết công nghệ: Cơ sở chế biến đồ hộp nước quả dạng đục (nectar/ép nghiền) dựa trên việc tách dịch bào khỏi mô củ bằng phương pháp cơ học (chà mịn), bổ sung syrup đường, điều chỉnh pH bằng acid citric, bổ sung chất chống oxy hóa (vitamin C), đồng hóa dưới áp suất cao để làm nhỏ phần tử thịt quả và ổn định hệ huyền phù, bài khí chân không và thanh trùng nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt là vi khuẩn sinh bào tử chịu nhiệt Clostridium botulinum.
  • Phương pháp thiết kế kỹ thuật: Phương pháp tính toán cân bằng vật chất theo trình tự công nghệ từ công đoạn hoàn thiện thành phẩm (dán nhãn, đóng thùng) tính ngược về công đoạn tiếp nhận nguyên liệu ban đầu, có tính đến hệ số hao hụt khối lượng qua từng công đoạn gia công cơ học, nhiệt và phân tách pha. Phương pháp tính chọn thiết bị công nghệ dựa trên năng suất từng giờ và ca làm việc; phương pháp tính toán phụ tải nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt; phương pháp tính toán nhu cầu điện năng chiếu sáng theo diện tích sàn và phụ tải điện động lực theo công suất lắp đặt của động cơ; phương pháp quy hoạch mặt bằng nhà xưởng theo tiêu chuẩn thiết kế nhà máy công nghiệp thực phẩm.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu về thành phần hóa lý của cà rốt, chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của nguyên phụ liệu từ các tài liệu chuyên ngành công nghệ thực phẩm; dữ liệu thực tế về vị trí địa lý, khí hậu, giao thông, nguồn cấp điện từ trạm biến áp 110/22KV Đại An, nguồn cấp nước 20.000 m³/ngày đêm của Công ty nước sạch Hải Dương và trạm xử lý nước thải 5.000 m³/ngày đêm của KCN Đại An.

Thiết kế kỹ thuật và quy trình công nghệ

Hệ thống công nghệ của nhà máy được thiết kế khép kín nhằm sản xuất nước ép cà rốt dạng đục với năng suất danh định 1000 lít sản phẩm/giờ, đóng hộp sắt tây số N08. Dây chuyền công nghệ gồm 13 công đoạn nối tiếp nhau:

  1. Bảo quản tạm: Cà rốt tươi thu hoạch được lưu trữ trong kho chất đống với nhiệt độ tối ưu 0–1°C, độ ẩm tương đối của không khí 90–95%, chiều cao khối đống 2–3 m, lưu thông không khí cưỡng bức qua quạt thổi với lưu lượng 100–120 m³/h.
  2. Lựa chọn, phân loại: Thực hiện thủ công trên băng tải con lăn hai bên để loại bỏ củ thối hỏng, dập nát, sâu bệnh, cắt bỏ phần cuống còn sót lại và phân chia theo kích thước.
  3. Ngâm, rửa: Cà rốt được ngâm trong bể ngâm có hòa dung dịch CaOCl₂ nồng độ 5 mg/l trong thời gian 5 phút nhằm tiêu diệt vi sinh vật bề mặt; sau đó chuyển qua máy rửa thổi khí và xối nước áp lực cao để tách bỏ đất cát bám dính.
  4. Gọt vỏ: Sử dụng thiết bị gọt vỏ mài mòn ma sát kiểu trục quay có bề mặt lượn sóng nhám; nước xối liên tục cuốn phần vỏ mài mòn về khoang đáy để thải ra ngoài.
  5. Cắt nhỏ: Cà rốt sau gọt vỏ được cắt lát đồng đều bằng máy cắt lát kiểu đĩa có trục thẳng đứng nhằm giảm kích thước củ, tăng diện tích tiếp xúc nhiệt cho công đoạn chần tiếp theo.
  6. Chần: Thực hiện trong thiết bị chần băng tải lưới liên tục ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nước chần 95–100°C, sử dụng hơi quá nhiệt áp suất 3–4 atm. Mục đích làm mềm mô quả, vô hoạt enzyme, thủy phân một phần protopectin thành pectin hòa tan, đuổi bớt khí gian bào và hỗ trợ quá trình chà.
  7. Chà: Sử dụng máy chà kiểu cánh đập quay với tốc độ 700 vòng/phút, kích thước lỗ rây từ 0,75–1 mm. Tại công đoạn này, bổ sung 0,1% vitamin C để ngăn ngừa phản ứng oxy hóa sẫm màu dịch chà do lượng không khí bị cuốn vào buồng chà. Thu hồi phần thịt nhuyễn lọt qua rây, loại bỏ bã xơ thô.
  8. Phối chế và gia nhiệt: Nấu xirô đường nồng độ 30% trong nồi inox hai vỏ ở nhiệt độ 95°C có bổ sung khoảng 0,3% acid citric để nghịch đảo saccharose trong 30 phút, lọc nóng qua vải lọc. Dịch quả sau chà được phối trộn với xirô đường và bổ sung vitamin C tỷ lệ 0,01–0,03% trong thùng phối chế inox hai vỏ có cánh khuấy. Hỗn hợp được gia nhiệt lên 80–85°C để giảm độ nhớt và nâng nồng độ chất khô hòa tan đạt 16–18%.
  9. Đồng hóa: Dịch quả phối chế được bơm qua máy đồng hóa áp lực cao ở áp suất làm việc 150–170 at. Cấu tạo máy gồm hệ thống stator và rotor tạo sóng siêu âm kết hợp khe hẹp xé nhỏ kích thước hạt thịt quả xuống dưới 100 µm, ngăn chặn hiện tượng tách pha, phân lớp khi bảo quản.
  10. Bài khí: Tiến hành trong thiết bị bài khí chân không dạng màng rơi ở độ chân không 740 mmHg nhằm tách triệt để bọt khí hòa tan, giảm nguy cơ oxy hóa và giảm áp suất trong bao bì khi gia nhiệt thanh trùng.
  11. Rót hộp, ghép nắp: Nước quả nóng được rót định lượng vào bao bì hộp sắt tây số N08 đã được rửa sạch và tiệt trùng bằng hơi nước; tiến hành ghép nắp kín ngay sau khi rót.
  12. Thanh trùng, làm nguội: Thực hiện trên thiết bị thanh trùng băng tải phun liên tục. Công thức thanh trùng áp dụng: $$\frac{10 - 15 - 15}{100} \times 1 \text{ atm}$$ Trong đó: thời gian nâng nhiệt là 10 phút, thời gian giữ nhiệt tại 100°C là 15 phút, thời gian hạ nhiệt là 15 phút ở áp suất đối kháng 1 atm. Quá trình làm nguội chia làm hai vùng phun nước: vùng 1 có nhiệt độ 50–60°C và vùng 2 có nhiệt độ 15–20°C.
  13. Bảo ôn, dán nhãn, đóng thùng: Sản phẩm sau làm nguội được xếp lô bảo ôn ở điều kiện nhiệt độ thường từ 7–10 ngày (mùa hè) hoặc 10–15 ngày (mùa đông) để kiểm tra phát hiện đồ hộp hỏng, phồng méo; các sản phẩm đạt tiêu chuẩn được dán nhãn thân hộp và đóng thùng carton có tráng parafin cách ẩm.
Công đoạn công nghệ Thiết bị chính sử dụng Thông số kỹ thuật vận hành Mục tiêu công nghệ chính
Bảo quản tạm Kho mát thông gió $t = 0 - 1^\circ\text{C}$, $\varphi = 90 - 95%$, gió $100 - 120\text{ m}^3/\text{h}$ Duy trì độ tươi, giảm hao hụt nguyên liệu
Ngâm khử trùng Bể ngâm liên tục Dung dịch $\text{CaOCl}_2\ 5\text{ mg/l}$, thời gian 5 phút Tiêu diệt vi sinh vật bề mặt củ
Chần Thiết bị chần băng tải $t = 95 - 100^\circ\text{C}$, áp suất hơi $3 - 4\text{ atm}$ Làm mềm mô, vô hoạt enzyme, đuổi khí gian bào
Chà Máy chà cánh đập Rây $0,75 - 1\text{ mm}$, tốc độ $700\text{ vòng/phút}$, $+0,1%\text{ vit C}$ Thu hồi dịch thịt quả nhuyễn, chống biến màu
Phối chế Thùng phối chế 2 vỏ có cánh khuấy Gia nhiệt $80 - 85^\circ\text{C}$, nồng độ chất khô $16 - 18%$ Đồng nhất hương vị, giảm độ nhớt huyền phù
Đồng hóa Máy đồng hóa áp lực cao Áp suất $150 - 170\text{ at}$, hạt $< 100\ \mu\text{m}$ Phá vỡ phần tử quả, chống tách lớp lắng đọng
Bài khí Tháp bài khí màng rơi Độ chân không $740\text{ mmHg}$ Đuổi oxy hòa tan, hạn chế ăn mòn sắt tây
Thanh trùng Thiết bị thanh trùng băng tải phun $\frac{10 - 15 - 15}{100} \times 1\text{ atm}$, làm nguội 2 vùng ($50-60^\circ\text{C}$; $15-20^\circ\text{C}$) Tiêu diệt vi sinh vật, bảo toàn chất lượng đồ hộp

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Luận chứng kinh tế kỹ thuật

Chương 1 thiết lập các luận cứ thực tiễn và kỹ thuật cho việc xây dựng nhà máy. Tác giả lựa chọn địa điểm tại Khu công nghiệp Đại An, tỉnh Hải Dương – địa phương thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, có 89% diện tích đồng bằng phù sa màu mỡ và truyền thống canh tác rau màu vụ đông. KCN Đại An nằm trên trục Quốc lộ 5, cách trung tâm Hà Nội 50 km, cách cảng Hải Phòng 50 km, cách sân bay Nội Bài 80 km và cảng Cái Lân 80 km. Điều kiện hạ tầng kỹ thuật được xác lập chi tiết: nguồn điện đấu nối sẵn từ trạm biến áp 110/22KV Đại An; hơi đốt cung cấp từ lò hơi riêng của nhà máy với áp lực hơi 11 at; nước sản xuất cấp từ Nhà máy nước sạch Hải Dương với công suất mạng lưới 20.000 m³/ngày đêm; nước thải xả vào trạm xử lý nước thải tập trung nội khu công suất 5.000 m³/ngày đêm đạt chuẩn A; nguồn lao động dồi dào tại địa phương và vùng phụ cận.

Chương 2: Tổng quan đề tài

Chương này tổng kết cơ sở lý luận về phân loại nước quả (nước quả tự nhiên, hỗn hợp, pha đường, cô đặc; nước quả trong và nước quả đục) và đặc điểm thực vật học của cà rốt (Daucus carota L. Sativus). Cà rốt được phân loại theo màu sắc (vàng cam, vàng, đỏ, tía, trắng, đen), trong đó giống cà rốt ruột đỏ và cà rốt nhập của Pháp (cà rốt Tim tôm) màu đỏ ngà sang da cam được trồng phổ biến tại Việt Nam. Bảng thành phần hóa học của nguyên liệu trong 100 g cà rốt được xác lập:

Thành phần Tỷ lệ / Hàm lượng
Nước 88,5%
Protein 1,5%
Glucid 8,8%
Cellulose 1,2%
Chất tro 0,8%
Lipid 0,02 – 0,08%
Pectin 1 – 3%
Năng lượng 48 calorie

Chương cũng quy định chi tiết chỉ tiêu nước dùng trong chế biến theo QCVN 02:2009/BYT; tiêu chuẩn đường tinh luyện theo TCVN 1695-1987 (độ Pol ≥ 99,8%, độ ẩm ≤ 0,05%); tiêu chuẩn acid citric theo TCVN 5516-1991 (hàm lượng acid citric > 99,05%, chì < 10 mg/kg, asen < 3 mg/kg); tiêu chuẩn thành phẩm nước ép cà rốt đóng hộp: độ Brix ≥ 10% (ở 20°C), acid tổng số ≥ 0,3%, hàm lượng Sn ≤ 200 mg/kg, Cu ≤ 5 mg/kg, Pb ≤ 0,3 mg/kg, không có vi sinh vật gây bệnh và bào tử Clostridium botulinum.

Chương 3: Quy trình công nghệ sản xuất

Chương 3 trình bày chi tiết sơ đồ dây chuyền sản xuất nước ép cà rốt dạng đục từ nguyên liệu củ tươi đến sản phẩm đóng hộp hoàn thiện. Tác giả thuyết minh mục đích, yêu cầu kỹ thuật và cơ chế biến đổi hóa lý, sinh học của từng công đoạn: bảo quản tạm, lựa chọn phân loại, ngâm rửa dung dịch sát trùng, gọt vỏ mài mòn, cắt lát đĩa đứng, chần hơi nước, chà cánh đập bổ sung vitamin C chống sẫm màu, phối trộn xirô đường và acid citric ở 80–85°C đạt 16–18% chất khô, đồng hóa áp lực 150–170 at, bài khí chân không 740 mmHg, rót hộp sắt tây số N08, thanh trùng nhiệt và bảo ôn thành phẩm.

Chương 4: Tính cân bằng vật chất

Chương 4 thực hiện tính toán khối lượng nguyên liệu chính (cà rốt), phụ liệu (đường saccharose, acid citric, vitamin C, nước phối chế) và bán thành phẩm qua từng khâu xử lý với công suất đầu ra đạt 1000 lít nước ép thành phẩm/giờ. Tính toán cân bằng vật chất được tiến hành tuần tự ngược từ khâu dán nhãn, đóng thùng qua các khâu thanh trùng, rót hộp, bài khí, đồng hóa, phối chế, chà, chần, cắt nhỏ, gọt vỏ, rửa, lựa chọn và bảo quản tạm. Toàn bộ tỷ lệ hao hụt cơ học, hao hụt nhiệt và bã thải được lượng hóa chính xác, làm cơ sở tính phụ tải cho chương thiết bị và năng lượng.

Chương 5: Tính và chọn thiết bị

Dựa trên lưu lượng vật chất từng công đoạn, chương 5 tính toán công suất làm việc, kích thước và lựa chọn danh mục máy móc chuyên dùng:

  • Thiết bị công nghệ chính: Băng tải con lăn phân loại, bể ngâm nguyên liệu, máy rửa thổi khí kết hợp xối cao áp, máy gọt vỏ mài mòn trục quay, máy cắt lát trục đứng, thiết bị chần băng tải liên tục, máy chà cánh đập có lưới rây 0,75–1 mm, nồi nấu xirô inox hai vỏ có cánh khuấy, thùng phối chế inox hai vỏ, máy đồng hóa kiểu trục rotor-stator áp lực cao, tháp bài khí chân không màng rơi, máy chiết rót định lượng và ghép nắp tự động cho hộp sắt số N08, thiết bị thanh trùng phun băng tải liên tục và máy dán nhãn hộp.
  • Thiết bị phụ trợ: Băng tải dây đai chuyển hàng và hệ thống bơm ly tâm vận chuyển dịch quả qua các công đoạn.

Chương 6: Tính năng lượng

Chương 6 giải quyết bài toán cấp nhiệt, cấp nước và cấp điện cho toàn bộ nhà máy:

  • Tính chọn lò hơi: Tính toán lượng hơi nước bão hòa tiêu hao cho các thiết bị trao đổi nhiệt (nồi chần, nồi nấu xirô, thùng phối chế gia nhiệt, máy thanh trùng, vô trùng vỏ hộp), từ đó chọn nồi hơi công nghiệp phù hợp với áp suất làm việc định mức 11 at.
  • Tính toán lượng nước: Xác định tổng nhu cầu nước dùng cho sản xuất công nghệ (ngâm rửa, chần, làm nguội, cấp lò hơi) và nước cấp sinh hoạt cho cán bộ công nhân viên.
  • Tính phụ tải điện: Tính toán điện năng động lực cấp cho toàn bộ động cơ máy công nghệ, máy bơm, quạt gió; tính toán phụ tải điện chiếu sáng cho 14 hạng mục công trình bao gồm phân xưởng sản xuất chính, kho nguyên liệu chính, kho nguyên liệu phụ, kho bao bì, kho thành phẩm, phân xưởng cơ khí, nhà sinh hoạt vệ sinh, nhà ăn, phòng y tế, nhà hành chính, nhà xe, phòng kiểm nghiệm, kho cứu hỏa, phòng bảo vệ và phân xưởng lò hơi.

Chương 7: Tính xây dựng và quy hoạch tổng mặt bằng

Chương 7 xác lập cơ cấu tổ chức nhân sự của nhà máy gồm: lao động sản xuất trực tiếp tại phân xưởng chính, nhân lực khối hành chính - quản lý và nhân lực các phân xưởng phụ trợ (cơ khí, lò hơi, vận hành xử lý nước). Tác giả tính toán kích thước hình học, diện tích xây dựng cho từng hạng mục công trình: phân xưởng sản xuất chính, kho nguyên liệu cà rốt, kho thành phẩm đồ hộp, kho phụ liệu, kho bao bì sắt, phòng kiểm nghiệm (KCS), nhà hành chính - phục vụ, nhà xe, xưởng cơ khí, trạm phát điện dự phòng, khu xử lý nước cấp, khu xử lý nước thải, kho phế liệu và kho PCCC. Đồng thời, chương quy hoạch mạng lưới giao thông nội bộ, tính toán diện tích đất dự phòng mở rộng và tổng diện tích khu đất xây dựng nhà máy. Kết quả chương gắn liền với 5 bản vẽ kỹ thuật khổ A1: sơ đồ quy trình công nghệ, mặt bằng phân xưởng sản xuất chính, 02 bản vẽ mặt cắt phân xưởng và bản vẽ quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy.

Chương 8: Kiểm tra chất lượng sản phẩm

Chương 8 thiết lập hệ thống kiểm tra chất lượng (KCS) xuyên suốt chu trình sản xuất:

  • Kiểm tra nguyên liệu đầu vào: Cà rốt tươi (độ tươi, màu sắc cam đỏ, hàm lượng sâu bệnh dập nát, độ ẩm 80–90%, tồn dư hóa chất bảo vệ thực vật); nước sản xuất (theo QCVN 02:2009/BYT); đường và acid citric (theo TCVN).
  • Kiểm tra các công đoạn sản xuất: Giám sát nồng độ hóa chất ngâm rửa, tỷ lệ hao hụt gọt vỏ, nhiệt độ chần (95–100°C), kích thước bã chà, nhiệt độ và tỷ lệ phối chế (độ Brix 16–18%), áp suất đồng hóa (150–170 at), độ chân không bài khí (740 mmHg), độ kín mí ghép hộp sắt tây và áp suất - nhiệt độ thanh trùng.
  • Kiểm tra thành phẩm: Đánh giá cảm quan (thể lỏng đồng nhất, màu đỏ cam tự nhiên, mùi vị đặc trưng không có vị lạ); hóa lý (Brix ≥ 10%, acid chung ≥ 0,3%, hàm lượng Sn, Pb, Cu trong ngưỡng cho phép); vi sinh (không có vi khuẩn gây bệnh, Coliform, E. coli, nấm men, nấm mốc và bảo đảm không có độc tố Clostridium botulinum).

Chương 9: An toàn lao động – vệ sinh xí nghiệp phòng chống cháy nổ

Chương 9 đề ra các quy chuẩn vận hành an toàn và vệ sinh:

  • Vệ sinh công nghiệp: Quy định vệ sinh cá nhân nghiêm ngặt đối với công nhân chế biến thực phẩm; quy trình vệ sinh và tẩy trùng máy móc, đường ống, dụng cụ tiếp xúc thực phẩm; quản lý và vận hành trạm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn loại A trước khi xả ra môi trường.
  • An toàn lao động: Phân tích nguyên nhân tai nạn lao động liên quan đến thiết bị áp lực (nồi hơi, thiết bị chần, máy đồng hóa), thiết bị chuyển động (băng tải, máy cắt lát, máy chà) và đề xuất các biện pháp bảo hộ lao động, lắp đặt rào chắn, tiếp địa chống rò điện.
  • Phòng chống cháy nổ (PCCC): Quy định khoảng cách an toàn chống cháy trong bố trí công trình, bố trí các họng nước cứu hỏa tại nút giao thông nội bộ và trước các phân xưởng, trang bị phương tiện chữa cháy tại chỗ cho kho tàng và khu vực lò hơi.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật: Đồ án hoàn thành thiết kế đồng bộ một nhà máy sản xuất nước ép cà rốt dạng đục với năng suất định mức 1000 lít sản phẩm/giờ. Đã xác lập bảng cân bằng vật chất chi tiết cho 13 công đoạn công nghệ; tính toán, chọn lựa đầy đủ hệ thống máy móc từ thiết bị chuẩn bị nguyên liệu đến đóng hộp tự động; hoàn thành tính toán phụ tải nhiệt lò hơi (áp suất 11 at), nước và mạng lưới cấp điện cho 14 hạng mục công trình; quy hoạch hợp lý mặt bằng sản xuất và hệ thống giao thông trong nhà máy.
  • Hệ thống hồ sơ kỹ thuật: Xây dựng hoàn chỉnh bộ hồ sơ thiết kế gồm thuyết minh chi tiết 9 chương và 5 bản vẽ kỹ thuật chuyên ngành khổ A1 (sơ đồ công nghệ, tổng mặt bằng phân xưởng sản xuất, 2 bản vẽ mặt cắt phân xưởng thể hiện kết cấu mái - tường - hình dạng thiết bị, và tổng mặt bằng toàn nhà máy).
  • Giải pháp đề xuất: Đề xuất phương án xây dựng nhà máy tại KCN Đại An (Hải Dương) nhằm khai thác tối đa lợi thế vùng nguyên liệu rau màu vụ đông tại chỗ và các tỉnh lân cận (Thái Bình, Nam Định, Bắc Giang); kiến nghị mô hình liên kết giữa doanh nghiệp và nông dân (đầu tư vốn, cây giống, hướng dẫn kỹ thuật chăm sóc) kết hợp phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn để ổn định vùng cung ứng nguyên liệu; áp dụng công nghệ đồng hóa áp lực cao 150–170 at kết hợp bài khí chân không 740 mmHg và bổ sung vitamin C nhằm khắc phục hiện tượng biến màu, phân lớp của nước quả đục.
  • Đóng góp khoa học - thực tiễn tự nêu: Đồ án cung cấp một tài liệu thiết kế công nghệ hoàn chỉnh, có tính hệ thống về mặt số liệu tính toán và giải pháp kỹ thuật, đóng góp nguồn tư liệu tham khảo hữu ích cho các khóa sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Thực phẩm trong việc tiếp cận phương pháp thiết kế đồ án nhà máy chế biến rau quả.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Theo tự nhận xét của tác giả trong phần tóm tắt đồ án, việc tìm hiểu quy trình để ứng dụng sản xuất thực tế trên thị trường "tạm thời chưa đạt kết quả như mong muốn". Đồ án mang tính chất thiết kế kỹ thuật trên lý thuyết dựa trên tính toán cân bằng vật chất và tài liệu tham khảo công nghệ, chưa triển khai thực nghiệm kiểm chứng quy mô pilot để đánh giá biến thiên cảm quan và dinh dưỡng thực tế theo mùa vụ cà rốt. Phần phân tích kinh tế mới dừng lại ở luận chứng kinh tế kỹ thuật lựa chọn địa điểm, chưa xây dựng bảng tính tổng mức đầu tư tài chính, chi phí sản xuất, giá thành đơn vị sản phẩm và thời gian hoàn vốn cụ thể.
  • Hướng mở rộng:
    • Triển khai nghiên cứu thực nghiệm ở quy mô pilot để tối ưu hóa tỷ lệ phối chế xirô, acid citric và vitamin C phù hợp với từng giống cà rốt thu hoạch trong vụ đông;
    • Nghiên cứu mở rộng dòng sản phẩm nước quả hỗn hợp (phối trộn nước ép cà rốt với các loại quả khác như dứa, cam, táo) nhằm đa dạng hóa danh mục sản phẩm của nhà máy;
    • Lập dự toán tài chính chi tiết, phân tích điểm hòa vốn và hiệu quả kinh tế của dự án đầu tư nhà máy.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch và Công nghệ Hóa học: Tài liệu mẫu mực về phương pháp tính toán cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất đồ hộp liên tục; phương pháp tính chọn thiết bị công nghệ thực phẩm; phương pháp tính toán phụ tải nhiệt, phụ tải điện và bố trí mặt bằng nhà máy công nghiệp.
  • Cán bộ kỹ thuật và kỹ sư công nghệ chế biến rau quả: Nguồn dữ liệu tham khảo về các chế độ công nghệ cụ thể trong chế biến nước ép cà rốt dạng đục như: chế độ ngâm khử trùng bằng $\text{CaOCl}_2$, chế độ chần băng tải hơi nước, kỹ thuật chà chống oxy hóa, chế độ đồng hóa áp lực cao (150–170 at) và công thức thanh trùng đồ hộp sắt tây số N08.

Câu hỏi thường gặp

1. Địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất nước ép cà rốt được tác giả lựa chọn ở đâu và dựa trên những cơ sở hạ tầng kỹ thuật nào?
Nhà máy được quy hoạch đặt tại Khu công nghiệp Đại An, tỉnh Hải Dương. Địa điểm này có hạ tầng kỹ thuật thuận lợi: điện cấp từ trạm biến áp 110/22KV Đại An; nước sạch do Công ty nước sạch Hải Dương cung cấp (công suất mạng lưới 20.000 m³/ngày đêm); trạm xử lý nước thải nội khu KCN công suất 5.000 m³/ngày đêm đạt chuẩn A; vị trí nằm trên trục Quốc lộ 5, cách trung tâm Hà Nội 50 km, cảng Hải Phòng 50 km, sân bay Nội Bài 80 km; đồng thời nằm trong vùng đồng bằng trồng trọt cà rốt truyền thống của tỉnh Hải Dương và các địa phương lân cận.

2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng cơ bản trong 100 g nguyên liệu củ cà rốt được ghi nhận trong đồ án gồm những chỉ tiêu nào?
Theo số liệu tại Bảng 2.1 của đồ án, trong 100 g cà rốt có chứa: 88,5% nước; 8,8% glucid; 1,5% protein; 1–3% pectin; 1,2% cellulose; 0,8% chất tro; 0,02–0,08% lipid và cung cấp mức năng lượng 48 calorie, ngoài ra rất giàu tiền vitamin A (caroten).

3. Để đảm bảo nước ép cà rốt dạng đục không bị phân lớp tách pha và giữ được màu sắc tự nhiên, đồ án thiết lập các thông số công nghệ nào?
Tác giả thiết lập ba giải pháp kỹ thuật then chốt: (1) Bổ sung 0,1% vitamin C chống oxy hóa ngay trong quá trình chà bằng máy chà cánh đập tốc độ 700 vòng/phút; (2) Thực hiện đồng hóa ở áp suất rất cao từ 150–170 at nhằm xé nhỏ kích thước hạt thịt quả xuống dưới 100 µm; (3) Hút bài khí bằng thiết bị bài khí chân không màng rơi ở độ chân không 740 mmHg để loại bỏ triệt để oxy hòa tan trước khi chiết rót vào hộp sắt tây.

4. Chế độ thanh trùng và điều kiện bảo ôn sản phẩm đồ hộp nước ép cà rốt được tính toán như thế nào?
Chế độ thanh trùng trong thiết bị phun liên tục được quy định theo công thức $\frac{10 - 15 - 15}{100} \times 1\text{ atm}$ (nâng nhiệt 10 phút, giữ nhiệt 15 phút ở 100°C, hạ nhiệt 15 phút dưới áp suất đối kháng 1 atm). Nước làm nguội chia hai vùng: vùng 1 nhiệt độ 50–60°C và vùng 2 nhiệt độ 15–20°C. Sau thanh trùng, sản phẩm được lưu kho bảo ôn ở nhiệt độ bình thường từ 7–10 ngày vào mùa hè hoặc từ 10–15 ngày vào mùa đông để kiểm tra độ kín và phát hiện phế phẩm.

5. Sản phẩm nước ép cà rốt đóng hộp xuất xưởng phải đáp ứng những chỉ tiêu chất lượng hóa lý chính nào?
Theo quy chuẩn chất lượng nêu trong đồ án, thành phẩm phải đạt: độ Brix tối thiểu không nhỏ hơn 10% (ở 20°C); hàm lượng acid chung ≥ 0,3%; hàm lượng kim loại nặng không vượt quá ngưỡng cho phép gồm thiếc ($\text{Sn} \le 200\text{ mg/kg}$), đồng ($\text{Cu} \le 5\text{ mg/kg}$) và chì ($\text{Pb} \le 0,3\text{ mg/kg}$); hoàn toàn không có vi sinh vật gây bệnh hoặc dấu hiệu hoạt động của vi sinh vật.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế nhà máy sản xuất nước ép cà rốt 1000 lít sản phẩm/giờ" của sinh viên Nguyễn Thị Lợi là một công trình thiết kế kỹ thuật thực phẩm hoàn chỉnh, giải quyết thấu đáo chuỗi nhiệm vụ từ luận chứng vị trí xây dựng, lựa chọn công nghệ, tính toán cân bằng vật chất đến thiết kế hệ thống thiết bị và quy hoạch mặt bằng nhà xưởng. Dây chuyền công nghệ được thiết lập hợp lý với các thông số gia công cơ học, nhiệt, đồng hóa và thanh trùng bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Mặc dù còn giới hạn ở phạm vi tính toán lý thuyết và chưa đi sâu vào phân tích tài chính đầu tư, công trình vẫn là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật tham khảo hữu ích cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Thực phẩm trong công tác thiết kế nhà máy chế biến rau quả đồ hộp.