การออกแบบสายการผลิตนม
สายการแปรรูปนมที่สมบูรณ์และประสบความสำเร็จสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับนมได้อย่างมีประสิทธิภาพ และดำเนินกระบวนการแบบบูรณาการตั้งแต่วัตถุดิบไปจนถึงบรรจุภัณฑ์ได้ครบถ้วน ผ่านอุปกรณ์แปรรูปนมที่หลากหลาย นมจึงสามารถผลิตได้อย่างรวดเร็ว ไม่เพียงเชื่อมต่ออุปกรณ์เครื่องกลต่าง ๆ เท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการบูรณาการระบบในระดับสูงจากซอฟต์แวร์ด้วย
วันนี้เรามาพูดถึงแนวคิดการออกแบบสายการผลิตของโรงงานพาสเจอไรซ์นมสด ทั้งประเด็นสำคัญในการออกแบบสายการแปรรูปนม วิธีผสานอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน และกระบวนการผลิตนมรวมถึงปัญหาที่อาจเกิดขึ้น
สายการแปรรูปนมจะพบปัญหาต่าง ๆ ในกระบวนการผลิตจริง สายการแปรรูปนมของเราจึงควรสามารถตรวจพบปัญหาเหล่านี้ได้ทันท่วงทีและแก้ไขได้อย่างรวดเร็ว เช่น:
เกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ - ด้านคุณภาพของวัตถุดิบ กระบวนการแปรรูป และผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
เกี่ยวกับกระบวนการ - ด้านกำลังการผลิตของโรงงาน การเลือกและความเข้ากันได้ของชิ้นส่วน ระดับการควบคุมกระบวนการ ความพร้อมของสื่อให้ความร้อนและความเย็น การทำความสะอาดอุปกรณ์แปรรูป ฯลฯ
ด้านเศรษฐกิจ - ต้นทุนการผลิตรวมเพื่อให้ได้มาตรฐานคุณภาพที่กำหนดควรต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
กฎหมาย - กฎหมายที่กำหนดพารามิเตอร์ของกระบวนการ และการเลือกชิ้นส่วนและโซลูชันของระบบ
ในประเทศส่วนใหญ่ที่แปรรูปนมเป็นผลิตภัณฑ์หลากหลาย กฎหมายกำหนดข้อกำหนดบางประการเพื่อปกป้องผู้บริโภคจากจุลินทรีย์ก่อโรค ถ้อยคำและคำแนะนำอาจแตกต่างกัน แต่ชุดข้อกำหนดต่อไปนี้ครอบคลุมข้อกำหนดที่พบบ่อยที่สุด:
การให้ความร้อน
นมต้องผ่านการให้ความร้อนในลักษณะที่สามารถฆ่าจุลินทรีย์ก่อโรคทั้งหมดได้ ต้องถึงอุณหภูมิต่ำสุด 72°C / ระยะเวลาคงไว้ 15 วินาที
ต้องบันทึกอุณหภูมิการให้ความร้อนโดยอัตโนมัติ และต้องเก็บบันทึกไว้ตามระยะเวลาที่กำหนด
การแยกสิ่งเจือปนก่อนการให้ความร้อน
เนื่องจากนมมักมีสารของแข็ง เช่น อนุภาคสิ่งสกปรก เม็ดเลือดขาว และเซลล์ร่างกาย (เนื้อเยื่อเต้านม) จึงต้องทำการแยกสิ่งเจือปนออก เนื่องจากการพาสเจอไรซ์ไม่น่าจะมีประสิทธิภาพ หากแบคทีเรียถูกซ่อนอยู่ในก้อนและอนุภาคต่าง ๆ ในนม จึงต้องทำให้ใสก่อนให้ความร้อน นมสามารถทำให้ใสได้ด้วยตัวกรอง หรือมีประสิทธิภาพมากกว่าด้วยเครื่องแยกใสแบบแรงเหวี่ยง
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้รับการคำนวณไว้แล้ว จึงควรใช้ความดันที่สูงกว่า
โดยยังคงอยู่ในกระแสนมพาสเจอไรซ์เมื่อเทียบกับนมที่ยังไม่พาสเจอไรซ์และตัวกลางสำหรับการบริการ หากเกิดการรั่วในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน นมพาสเจอไรซ์ต้องไหลเข้าสู่นมที่ยังไม่พาสเจอไรซ์หรือสื่อทำความเย็นที่ยังไม่ผ่านการพาสเจอไรซ์ และต้องไม่ไหลในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อให้มั่นใจในเรื่องนี้ โดยปกติจำเป็นต้องใช้ปั๊มบูสเตอร์เพื่อสร้างความดันต่าง ซึ่งบางประเทศกำหนดให้เป็นข้อบังคับ
หากอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์พาสเจอไรซ์ลดลงเนื่องจากสื่อให้ความร้อนขาดแคลนชั่วคราว โรงงานต้องติดตั้งวาล์วแยกทางเพื่อส่งนมที่ได้รับความร้อนไม่เพียงพอย้อนกลับไปยังถังสมดุล
กระบวนการควบคุมระยะไกลต้องใช้อุปกรณ์ดังต่อไปนี้:
ไซโลสำหรับเก็บน้ำนมดิบ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ท่อฉนวน และชุดนำน้ำร้อนสำหรับการให้ความร้อนและการทำความเย็น
เครื่องแยกใสแบบแรงเหวี่ยง (เนื่องจากในกรณีนี้แปรรูปเฉพาะนมสด จึงไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องแยกแบบแรงเหวี่ยง)
ถังเก็บกลางใช้สำหรับเก็บผลิตภัณฑ์นมที่ผ่านการแปรรูปชั่วคราว
ท่อและข้อต่อสำหรับเชื่อมต่อส่วนประกอบหลัก และวาล์วลมสำหรับควบคุมและกระจายการไหลของผลิตภัณฑ์และของเหลวทำความสะอาด
ปั๊มที่ใช้ลำเลียงนมผ่านโรงงานแปรรูปนมทั้งหมด
อุปกรณ์ควบคุมสำหรับควบคุมกำลังการผลิต อุณหภูมิการพาสเจอไรซ์ และตำแหน่งวาล์ว
ระบบสาธารณูปโภคต่าง ๆ:
– ระบบประปา
– การผลิตไอน้ำ
– การทำความเย็นของสารหล่อเย็น
– ลมอัดสำหรับอุปกรณ์นิวแมติก
– ไฟฟ้า
– ระบบระบายน้ำและน้ำเสีย
ความต้องการสาธารณูปโภคจะคำนวณหลังจากแบบโรงงานได้รับการตกลงเรียบร้อยแล้ว ดังนั้นก่อนกำหนดจำนวนและกำลังของเครื่องไฟฟ้า จำนวนเครื่องนิวเมติก ชุดปฏิบัติงาน ชั่วโมงการทำงานของโรงงาน ฯลฯ จำเป็นต้องทราบลำดับอุณหภูมิของการพาสเจอไรซ์และข้อกำหนดของพื้นที่อื่น ๆ ที่ต้องใช้ความร้อนและความเย็น (ระบบทำความเย็น ระบบทำความสะอาด ฯลฯ) หนังสือเล่มนี้ไม่ได้ครอบคลุมการคำนวณดังกล่าว
ถังไซโล
จำนวนและขนาดของไซโลขึ้นอยู่กับแผนการส่งน้ำนมดิบและปริมาณในแต่ละครั้ง เพื่อให้โรงงานเดินเครื่องได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องหยุดเนื่องจากวัตถุดิบไม่เพียงพอ จึงต้องมีการจัดหาน้ำนมดิบอย่างเพียงพอ
ควรเก็บนมไว้อย่างน้อย 1 ชั่วโมงก่อนการแปรรูป เพราะในช่วงเวลาดังกล่าวนมจะคายก๊าซออกตามธรรมชาติ การกวนในระยะสั้นเป็นเรื่องที่ยอมรับได้ แต่โดยจริงแล้วไม่จำเป็นต้องกวนจนถึงประมาณ 5–10 นาทีก่อนปล่อยนมออกจากไซโลเพื่อปรับสมดุลมวลรวม วิธีนี้ช่วยหลีกเลี่ยงการรบกวนกระบวนการคายก๊าซตามธรรมชาติ
วัตถุประสงค์หลักของการพาสเจอไรซ์นมคือการกำจัดจุลินทรีย์ก่อโรค เพื่อจุดประสงค์นี้ โดยทั่วไปนมจะถูกให้ความร้อนไม่น้อยกว่า 72 °C เป็นเวลาอย่างน้อย 15 วินาที แล้วจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว กฎหมายของหลายประเทศกำหนดพารามิเตอร์เหล่านี้ไว้ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเป็นชนิดที่ใช้กันมากที่สุดในการพาสเจอไรซ์นมในตลาด หากต้องการการทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน สามารถใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อได้ ส่วนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบขูดผิวใช้กับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืด
ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น แผ่นเชื่อมต่อระหว่างแต่ละส่วนจะมีทางเข้าและทางออกของผลิตภัณฑ์และสื่อให้ความร้อน/ทำความเย็น จุดเชื่อมต่อทางเข้าและทางออกสามารถจัดวางได้ทั้งแนวตั้งหรือแนวนอน ส่วนปลายของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น (โครงและแผ่นแรงดัน) ก็สามารถติดตั้งทางเข้าและทางออกได้เช่นกัน
เมื่อจำเป็นต้องใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานาน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อเป็นทางเลือกทดแทนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น
สามารถใช้น้ำร้อนหรือไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันบรรยากาศเป็นสื่อให้ความร้อนในเครื่องพาสเจอไรซ์ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต่างอุณหภูมิสูง จึงไม่ใช่ไอน้ำร้อน ดังนั้นสื่อให้ความร้อนที่ใช้กันมากที่สุดคือน้ำร้อน ซึ่งโดยปกติจะมีอุณหภูมิสูงกว่าที่ผลิตภัณฑ์ต้องการประมาณ 2–3 °C
ไอน้ำจะถูกส่งจากหม้อไอน้ำที่ความดัน 600–700 kPa (6–7 bar) จากนั้นไอน้ำจะใช้ให้ความร้อนแก่น้ำ แล้วจึงให้ความร้อนผลิตภัณฑ์จนถึงอุณหภูมิพาสเจอไรซ์
ตัวควบคุมอุณหภูมิจะสั่งงานวาล์วควบคุมไอน้ำเพื่อรักษาอุณหภูมิพาสเจอไรซ์ให้คงที่ หากอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์มีแนวโน้มลดลง เซ็นเซอร์ที่อยู่ในท่อผลิตภัณฑ์ก่อนเข้าสู่ท่อพักจะตรวจจับได้ทันที จากนั้นเซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณไปยังตัวควบคุม ซึ่งจะเปิดวาล์วควบคุมไอน้ำเพื่อจ่ายไอน้ำเพิ่มให้กับน้ำ ส่งผลให้อุณหภูมิของน้ำหมุนเวียนสูงขึ้นและป้องกันไม่ให้อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ลดลง
ความยาวและขนาดของท่อพักที่ติดตั้งภายนอกคำนวณจากเวลาพักที่ทราบ กำลังการผลิตต่อชั่วโมงของอุปกรณ์ และขนาดท่อ ซึ่งโดยปกติจะเท่ากับท่อที่จ่ายเข้าอุปกรณ์พาสเจอไรซ์ โดยทั่วไปท่อพักจะหุ้มด้วยฝาครอบสแตนเลสเพื่อป้องกันการถูกลวกและการสัมผัสกับรังสีเมื่อมีคนไปแตะต้อง
นมต้องได้รับการพาสเจอไรซ์อย่างเหมาะสมก่อนออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น หากอุณหภูมิลดต่ำกว่า 72 °C นมที่ยังไม่ผ่านการพาสเจอไรซ์ต้องแยกเก็บจากผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการพาสเจอไรซ์แล้ว เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงติดตั้งตัวส่งสัญญาณอุณหภูมิและวาล์วแยกทางในท่อส่งด้านปลายของท่อฉนวน หากตัวส่งสัญญาณอุณหภูมิตรวจพบว่านมที่ไหลผ่านยังไม่ถูกให้ความร้อนเต็มที่ ให้ส่งนมที่ยังไม่ผ่านการพาสเจอไรซ์กลับไปยังถังปรับสมดุล
