Thiết kế dây chuyền chế biến sữa
Một dây chuyền chế biến sữa hoàn chỉnh và hiệu quả có thể sản xuất các sản phẩm từ sữa một cách hiệu quả, đồng thời hoàn thiện quy trình tích hợp từ nguyên liệu thô đến đóng gói. Thông qua nhiều loại thiết bị chế biến sữa khác nhau, sữa có thể được sản xuất nhanh chóng. Không chỉ liên kết các thiết bị cơ khí khác nhau, mà còn đạt được mức độ tích hợp hệ thống cao từ phần mềm.
Hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu ý tưởng thiết kế dây chuyền của nhà máy thanh trùng sữa nguyên kem, thảo luận những điểm then chốt trong thiết kế dây chuyền chế biến sữa, nắm vững phương pháp tích hợp các thiết bị khác nhau, và trao đổi về quy trình sản xuất sữa cũng như các vấn đề có thể phát sinh.
Dây chuyền chế biến sữa sẽ gặp nhiều vấn đề khác nhau trong quá trình sản xuất thực tế. Dây chuyền của chúng tôi cần có khả năng phát hiện kịp thời những vấn đề này và nhanh chóng giải quyết chúng. Ví dụ:
Liên quan đến sản phẩm - về chất lượng nguyên liệu, quá trình chế biến và thành phẩm
Liên quan đến quy trình – về công suất nhà máy, lựa chọn và khả năng tương thích của các bộ phận, mức độ kiểm soát quy trình, khả năng cung cấp tác nhân gia nhiệt và làm lạnh, vệ sinh thiết bị chế biến, v.v.
Kinh tế - tổng chi phí sản xuất để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng quy định là thấp nhất có thể
Pháp lý - các quy định pháp luật xác định các thông số quy trình và lựa chọn các giải pháp thành phần và hệ thống
Ở hầu hết các quốc gia chế biến sữa thành nhiều sản phẩm khác nhau, pháp luật quy định một số yêu cầu nhất định để bảo vệ người tiêu dùng khỏi vi sinh vật gây bệnh. Cách diễn đạt và khuyến nghị có thể khác nhau, nhưng các tổ hợp sau đây bao quát những yêu cầu phổ biến nhất:
xử lý nhiệt
Sữa phải được xử lý nhiệt theo cách tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật gây bệnh. Phải đạt nhiệt độ tối thiểu 72 °C / thời gian giữ 15 giây.
Nhiệt độ gia nhiệt phải được ghi lại tự động và bản ghi phải được lưu giữ trong thời gian quy định.
Làm trong trước khi xử lý nhiệt
Vì sữa thường chứa các chất rắn như hạt bụi bẩn, bạch cầu và tế bào soma (mô tuyến vú), nên cần phải làm trong. Do thanh trùng khó có hiệu quả nếu vi khuẩn bị ẩn trong các cục vón và hạt lơ lửng trong sữa, nên cần làm trong trước khi gia nhiệt. Sữa có thể được làm trong bằng bộ lọc hoặc hiệu quả hơn là bằng máy làm trong ly tâm.
Bộ trao đổi nhiệt đã được tính toán, vì vậy cần sử dụng áp suất cao hơn
Điều này sẽ được duy trì trong dòng sữa đã thanh trùng so với sữa chưa thanh trùng và các môi chất phụ trợ. Nếu xảy ra rò rỉ trong bộ trao đổi nhiệt, sữa đã thanh trùng phải chảy vào sữa hoặc môi chất làm lạnh chưa được thanh trùng, và không được chảy theo chiều ngược lại. Để đảm bảo điều này, thường cần sử dụng bơm tăng áp để tạo áp suất chênh lệch, và ở một số quốc gia đây là yêu cầu bắt buộc.
Nếu nhiệt độ của sản phẩm sau thanh trùng giảm do thiếu tạm thời môi chất gia nhiệt, nhà máy phải được trang bị van chuyển hướng để đưa phần sữa chưa được gia nhiệt đủ trở lại bồn cân bằng.
Quy trình điều khiển từ xa cần các thiết bị sau:
Silo để chứa sữa nguyên liệu.
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, đường ống cách nhiệt và bộ nước nóng dùng cho gia nhiệt và làm lạnh.
Máy làm trong ly tâm (vì ở đây chỉ xử lý sữa nguyên kem, nên không cần máy tách ly tâm).
Bồn chứa trung gian được dùng để lưu trữ tạm thời sữa đã qua chế biến.
Đường ống và phụ kiện để kết nối các bộ phận chính, cùng các van khí nén để điều khiển và phân phối dòng sản phẩm và dung dịch vệ sinh.
Bơm dùng để vận chuyển sữa đi qua toàn bộ nhà máy chế biến sữa.
Thiết bị điều khiển dùng để kiểm soát công suất, nhiệt độ thanh trùng và vị trí van.
Các hệ thống phụ trợ khác nhau:
– cấp nước
– sản xuất hơi nước
– làm mát chất làm lạnh
– khí nén cho thiết bị khí nén
– điện
– hệ thống thoát nước và nước thải.
Yêu cầu về các tiện ích phục vụ được tính toán sau khi thiết kế nhà máy được thống nhất. Vì vậy, cần biết chu trình nhiệt độ của quá trình thanh trùng và thông số của tất cả các khu vực khác cần gia nhiệt và làm lạnh (hệ thống làm lạnh, hệ thống vệ sinh, v.v.) trước khi xác định số lượng và công suất máy điện, số lượng máy khí nén, số ca vận hành, số giờ làm việc của nhà máy, v.v. Cuốn sách này không đề cập đến các phép tính như vậy.
Bồn silo
Số lượng và dung tích silo phụ thuộc vào kế hoạch giao sữa nguyên liệu và thể tích mỗi lần giao. Để nhà máy vận hành liên tục, không bị dừng do thiếu nguyên liệu, cần phải có nguồn cung sữa nguyên liệu đầy đủ.
Tốt nhất, sữa nên được lưu trữ ít nhất một giờ trước khi xử lý, vì trong thời gian này sữa sẽ tự thoát khí. Có thể khuấy trộn trong thời gian ngắn, nhưng thực ra không cần thiết phải khuấy cho đến khoảng 5–10 phút trước khi xả silo để cân bằng khối lượng tổng thể. Điều này giúp tránh ảnh hưởng đến quá trình thoát khí tự nhiên.
Mục đích chính của quá trình thanh trùng sữa là loại bỏ vi sinh vật gây bệnh. Vì mục đích này, sữa thường được gia nhiệt lên không thấp hơn 72 °C trong ít nhất 15 giây, sau đó làm nguội nhanh. Luật pháp của nhiều quốc gia quy định các thông số này. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm là loại được sử dụng phổ biến nhất trong thanh trùng sữa trên thị trường. Khi cần vận hành dài hạn, có thể sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng ống. Bộ trao đổi nhiệt cạo được dùng cho các sản phẩm có độ nhớt cao.
Trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, tấm nối giữa các bộ phận được bố trí cửa vào và cửa ra của sản phẩm và môi chất phục vụ. Các kết nối đầu vào và đầu ra có thể được bố trí theo phương thẳng đứng hoặc phương ngang. Hai đầu của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (khung và tấm ép) cũng có thể được trang bị cửa vào và cửa ra.
Khi cần vận hành trong thời gian dài, bộ trao đổi nhiệt dạng ống là phương án thay thế cho bộ trao đổi nhiệt dạng tấm.
Có thể dùng nước nóng hoặc hơi bão hòa ở áp suất khí quyển làm môi chất gia nhiệt trong máy thanh trùng. Tuy nhiên, do chênh lệch nhiệt độ lớn nên không dùng hơi nóng. Vì vậy, môi chất gia nhiệt thường dùng nhất là nước nóng, thường cao hơn nhiệt độ yêu cầu của sản phẩm khoảng 2–3 °C.
Hơi nước được cấp từ nồi hơi ở áp suất 600–700 kPa (6–7 bar). Hơi nước được dùng để làm nóng nước, sau đó gia nhiệt sản phẩm đến nhiệt độ thanh trùng.
Bộ điều khiển nhiệt độ tác động lên van điều tiết hơi để duy trì nhiệt độ thanh trùng ổn định. Bất kỳ xu hướng giảm nhiệt độ sản phẩm nào cũng sẽ được cảm biến trong đường ống sản phẩm trước ống giữ nhiệt phát hiện ngay. Sau đó, cảm biến chuyển tín hiệu đến bộ điều khiển, bộ này sẽ mở van điều tiết hơi để cấp thêm hơi vào nước. Điều này sẽ làm tăng nhiệt độ của nước tuần hoàn và ngăn nhiệt độ sản phẩm giảm xuống.
Chiều dài và kích thước của ống giữ nhiệt đặt bên ngoài được tính dựa trên thời gian giữ nhiệt đã biết, công suất theo giờ của thiết bị và kích thước ống, thường giống với các ống cấp cho thiết bị thanh trùng. Thông thường, ống giữ nhiệt được bọc bằng lớp che bằng thép không gỉ để tránh người vận hành bị bỏng và bị bức xạ nhiệt khi chạm vào.
Sữa phải được thanh trùng đúng cách trước khi đi ra khỏi bộ trao đổi nhiệt dạng tấm. Nếu nhiệt độ giảm xuống dưới 72 °C, phần sữa chưa được thanh trùng phải được lưu riêng khỏi sản phẩm đã thanh trùng. Vì mục đích này, bộ truyền nhiệt độ và van chuyển hướng được lắp trên đường ống phía sau ống giữ nhiệt. Nếu bộ truyền nhiệt độ phát hiện sữa đi qua chưa được gia nhiệt hoàn toàn, sữa chưa thanh trùng sẽ được hồi về bồn cân bằng.
