›
›

Đồ án Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Nguyễn Phi Anh

pdf 124 trang huongle 220
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Nguyễn Phi Anh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_nha_may_bia_nang_suat_15_trieu_litnam_nguyen.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Nguyễn Phi Anh

  1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 7 PHẦN I: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 8 1.1. Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ bia trên thế giới và Việt Nam 8 1.2. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy 8 1.3. Vùng nguyên liệu 9 1.4. Thị trường tiêu thụ sản phẩm 9 1.5. Nguồn cung cấp điện, nước, lạnh 9 1.6. Nguồn cung cấp nhiên liệu 10 1.7. Nguồn nhân lực 10 1.8. Giao thông vận tải 10 1.9. Vệ sinh môi trường, xử lý nước thải 10 PHẦN II: NGUYÊN LIỆU VÀ YÊU CẦU VỀ NGUYÊN LIỆU 11 2.1. Nguyên liệu dùng trong sản xuất bia 11 2.1.1. Malt đại mạch 11 2.1.2. Gạo 12 2.1.3. Hoa houblon 13 2.1.3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hoa: 13 2.1.3.2. Thành phần hóa học của hoa 14 2.1.4. Nấm men 14 2.1.5. Nước 16 2.1.6. Các nguyên liệu phụ 16 2.1.6.1. Chế phẩm enzyme Maturez L 16 2.1.6.2. Nguyên liệu phụ trợ 17 2.2. Chọn dây chuyền sản xuất 17 2.3. Thuyết minh dây chuyền sản xuất. 17 2.3.1. Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất 17 2.3.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 18 2.3.2.1. Nghiền nguyên liệu 18 2.3.2.2. Quá trình hồ hoá 19 2.3.2.3. Quá trình đường hóa 20 2.3.2.4. Lọc dịch đường 21 Nguyễn Phi Anh 1 Lớp CB901
  2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 2.3.2.5. Nấu hoa 22 2.3.2.6. Lắng xoáy 22 2.3.2.7. Làm lạnh nhanh 22 2.3.2.8. Bão hoà O2 vào dịch lên men 23 2.3.2.9. Cấp nấm men và tiến hành lên men 23 2.3.2.10. Lọc bia 25 2.3.2.11. Tàng trữ và ổn định tính chất của bia thành phẩm 26 2.3.2.12. Hoàn thiện sản phẩm 26 2.3.3. Hệ thống CIP của nhà máy 28 2.3.3.1.Hệ thống CIP của phân xưởng nấu 28 2.3.3.2. Hệ thống CIP của phân xưởng lên men 28 PHẦN III: TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 30 VÀ LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT 30 Lập kế hoạch sản xuất 30 3.1. Tính cân bằng sản phẩm cho bia hơi. 31 3.1.1. Lượng bia và dịch đường qua các công đoạn: 31 3.1.2. Tính nguyên liệu cho 100l bia hơi 10.50Bx. 32 3.1.3. Tính lượng bã. 33 3.1.4. Tính lượng nước dùng trong quá trình nấu và rửa bã. 34 3.1.5. Tính các nguyên liệu khác: 35 3.1.6. Tính các sản phẩm phụ 36 3.2. Tính cân bằng sản phẩm cho bia chai 39 3.2.1. Tính lượng bia và lượng dịch đường qua các công đoạn. 39 3.2.2. Tính lượng gạo, malt cho 100l bia chai 11,5o Bx 39 3.2.3. Tính lượng bã 40 3.2.4. Tính lượng nước dùng trong quá trình nấu và rữa bã 41 3.2.4.1. Lượng nước dùng trong quá trình hồ hóa 41 3.2.4.2. Lượng nước trong quá trình đường hóa 41 3.2.4.3. Tính các nguyên liệu khác 42 3.2.4.4. Tính các sản phẩm phụ 43 PHẦN IV: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 46 4.1. Thiết bị trong khu nghiền. 46 4.1.1. Cân 46 4.1.2. Gầu tải 46 4.1.3. Máy nghiền malt 47 4.1.4. Máy nghiền gạo. 47 Nguyễn Phi Anh 2 Lớp CB901
  3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 4.1.5. Máy nghiền malt lót. 47 4.1.6. Thiết bị khác. 47 4.2. Thiết bị trong nhà nấu 48 4.2.1. Nồi hồ hoá 48 4.2.2. Nồi đường hoá 49 4.2.3. Thùng lọc đáy bằng: 51 4.2.4. Nồi nấu hoa 52 4.2.5. Thùng lắng xoáy: 53 4.2.6. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí. 54 4.2.7. Bơm 55 4.2.8. Thùng nước nóng, thùng nước lạnh. 57 4.2.9. Hệ thống CIP 58 4.3. Thiết bị trong phân xưởng lên men 59 4.3.1. Tank lên men. 59 4.3.2. Thiết bị nhân men giống cấp I, cấp II. 61 4.3.3. Thiết bị rửa men sữa kết lắng 63 4.3.4. Thiết bị bảo quản men sữa. 64 4.3.5. Hệ thống CIP lạnh. 65 4.4. Thiết bị trong phân xưởng hoàn thiện 65 4.4.1. Thiết bị lọc trong bia 65 4.4.2. Thùng tàng trữ và bão hoà CO2. 66 4.4.3. Hệ thống chiết bock 66 4.4.4. Hệ thống chiết chai. 67 4.4.5. Máy thanh trùng: 68 4.4.6. Máy dán nhãn: 69 4.4.7. Máy xếp két: 69 4.4.8. Máy rửa két: 69 PHẦN V: TÍNH NHIỆT NĂNG, HƠI LẠNH, LƢỢNG NƢỚC 70 VÀ ĐIỆN NĂNG 70 5.1. TÍNH HƠI. 70 5.1.1. Lượng hơi cấp cho nồi hồ hoá 71 5.1.2. Lượng hơi cấp cho nồi đường hoá 74 5.1.3. Lượng hơi cấp cho quá trình đun hoa 76 5.1.4. Lượng hơi cấp cho thiết bị đun nước nóng 77 5.1.5. Lượng hơi cấp cho phân xưởng hoàn thiện 78 5.1.6. Chọn nồi hơi 78 Nguyễn Phi Anh 3 Lớp CB901
  4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 5.1.7. Tính nhiên liệu cho nồi hơi. 79 5.2. Tính lạnh cho nhà máy. 80 5.2.1. Tính lượng nước 2oC dùng cho máy lạnh nhanh 80 5.2.2. Tính lạnh cho thiết bị lên men 81 5.2.3. Tính lạnh cho thiết bị nhân men. 83 5.2.4. Tính lạnh cấp cho thùng chứa bia 85 5.2.5. Chọn máy lạnh. 86 5.3. Tính điện tiêu thụ cho nhà máy 86 5.3.1. Tính phụ tải chiếu sáng 86 5.3.1.1.Cách bố trí đèn 86 5.3.1.2. Tính toán đèn chiếu sáng 87 5.3.2. Tính phụ tải sản xuất 94 5.3.3. Xác định phụ tải tiêu thụ thực tế 95 5.3.3.1. Phụ tải chiếu sáng. 95 5.3.3.2. Phụ tải động lực. 95 5.3.4. Tính điện tiêu thụ hàng năm 95 5.3.4.1. Điện chiếu sáng: 95 5.3.4.2. Tổng điện năng tiêu thụ cho toàn nhà máy hàng năm là: 95 5.3.4.3. Điện năng tiêu thụ thực tế của nhà máy: 95 5.3.5. Chọn máy biến áp. 96 5.3.6. Chọn máy phát điện dự phòng. 96 5.4. Tính nước cho toàn nhà máy 96 5.4.1. Lượng nước dùng trong phân xưởng nấu. 96 5.4.2. Nước dùng để làm lạnh nhanh dịch đường 96 5.4.3. Lượng nước dùng cho phân xưởng lên men. 97 5.4.4. Lượng nước dùng cho phân xưởng hoàn thiện sản phẩm. 97 5.4.5. Lượng nước dùng cho nồi hơi. 98 5.4.6. Lượng nước cấp cho máy lạnh. 98 5.4.7. Lượng nước dùng cho sinh hoạt và các công việc khác. 98 PHẦN VI: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG CHO NHÀ MÁY 99 6.1. Địa điểm xây dựng nhà máy 99 6.1.1. Đặc điểm khu đất xây dựng: 99 6.1.2. Đặc điểm khí hậu của Hà Tĩnh: 99 6.1.3. Vệ sinh công nghiệp: 99 6.2. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 99 6.2.1. Khu vực sản xuất chính 99 6.2.1.1. Phân xưởng nấu 99 Nguyễn Phi Anh 4 Lớp CB901
  5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 6.2.1.2. Phân xưởng lên men 100 6.2.1.3. Phân xưởng hoàn thiện 100 6.2.2. Khu vực kho bãi 100 6.2.2.1. Kho nguyên liệu 100 6.2.2.2. Kho thành phẩm 100 6.2.2.3. Bãi chứa chai. 101 6.2.3. Các phân xưởng phụ trợ sản xuất 102 6.2.3.1. Trạm biến áp. 102 6.2.3.2. Xưởng cơ điện. 102 6.2.3.3. Nhà đặt hệ thống lạnh, hệ thống thu hồi CO2 và cấp khí nén. 102 6.2.3.4. Phân xưởng hơi. 102 6.2.3.5. Khu xử lý nước cấp. 102 6.2.3.6. Khu xử lý nước thải. 103 6.2.3.7. Bãi chai vỡ, các phế thải khác. 103 6.2.4. Các công trình khác. 103 6.2.4.1. Nhà hành chính. 103 6.2.4.2. Nhà giới thiệu sản phẩm kiêm quán dịch vụ bia hơi 103 6.2.4.3. Hội trường, nhà ăn và căng tin. 104 6.2.4.4. Gara ô tô. 104 6.2.4.7. Nhà để xe của nhân viên. 104 6.2.4.8. Nhà vệ sinh. 105 6.2.4.9. Phòng bảo vệ. 105 6.2.4.10. Sân cầu lông giải trí 105 6.3. Bố trí các hạng mục công trình. 106 6.4. Tính toán và đánh giá các thông số xây dựng. 107 6.5. Thiết kế phân xưởng sản xuất chính 107 PHẦN VII: TÍNH TOÁN KINH TẾ CHO NHÀ MÁY 109 7.1. Tổng vốn đầu tư ban đầu 110 7.1.1. Vốn đầu tư xây dựng 110 7.1.2. Vốn đầu tư dây chuyền thiết bị 112 7.1.3. Tiền đầu tư mua phương tiện vận tải 113 7.1.4. Tiền đầu tư ban đầu để mua chai, két, bock 113 7.1.5. Vốn đầu tư cho thuê đất để kinh doanh, sản xuất 114 7.1.6. Tổng vốn cố định đầu tư cho nhà máy: 114 7.2. Các chi phí trong nhà máy 114 7.2.1. Chi phí khấu hao tài sản cố định 114 7.2.2. Chi phí nguyên liệu 114 Nguyễn Phi Anh 5 Lớp CB901
  6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 7.2.3. Chi phí cho nhiên liệu động lực 115 7.2.4. Chi phí bảo dưỡng ,sửa chữa lớn 115 7.2.5. Chi phí nhân công 115 7.2.6. Bảo hiểm tính theo lương. 116 7.2.7. Tổng chi phí cho cả doanh nghiệp là: 117 7.3. Tổng doanh thu nhà máy trong một năm. 117 PHẦN VIII: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH 119 8.1. An toàn về thiết bị 119 8.2. An toàn về điện 119 8.3. An toàn về hơi 120 8.4. Phòng cháy và chữa cháy 120 8.5. Vấn đề vệ sinh trong nhà máy 120 KẾT LUẬN 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 Nguyễn Phi Anh 6 Lớp CB901
  7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm LỜI MỞ ĐẦU Bia là một loại đồ uống giải khát rất được ưa chuộng trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Được sản xuất từ nguyên liệu chính là Malt đại mạch, hoa Houblon, Nước, Nấm men, nguyên liệu thay thế khác. Nó có hương vị ngọt nhẹ đặc trưng cho malt, hương thơm và vị đắng dễ chịu của hoa houblon, vì vậy mà người ta rất dể dàng phân biệt nó với cac loai đồ uống khác. Với lớp bọt mịn bia có tác dụng giải khát rất nhanh. Trong bia có chứa nhiều chất dinh dưỡng như protein, vitamin, chất khoáng và rất tốt cho hệ tiêu hóa, giúp cho cơ thể khỏe mạnh nếu liều dùng thích hợp. Với những đặc tính của mình, bia đã trở thành một loại đồ uống hấp dẫn và được ưa chuộng. Trên thế giới sản lượng bia ngày càng tăng để phục vụ nhu cầu của khách hàng. Việt Nam là nước nhiệt đới nóng ẩm, bia là loại đồ uống rất phù hợp. Với dân số đông và nhu cầu ngày càng tăng, nước ta trở thành một thị trường đầy hứa hẹn cho sản phẩm bia. Trong những năm gần đây ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam đã có những bước chuyển mạnh mẽ. Nhiều nhà máy bia được thành lập với công suất hàng chục triệu lít/năm, với việc áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất làm cho năng suất cũng như chất lượng của bia ngày càng được nâng cao, nhưng vẫn chưa đáp ứng hết nhu cầu của thị trường cả về chất lượng cũng như số lượng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu và lợi ích nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với thiết bị hiện đại cung cấp cho người tiêu dùng một loai bia có chất lượng cao, giá phù hợp là cần thiết. Trong bản đồ án này em thiết kế nhà máy bia có năng suất 15 triệu lít/năm. Sản phẩm bao gồm bia hơi (6 triệu lít/năm) và bia chai (9 triệu lít/năm). Nguyễn Phi Anh 7 Lớp CB901
  8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm PHẦN I: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ bia trên thế giới và Việt Nam Hiện nay bia là một loại đồ uống rất được ưa chuộng trên thế giới và sản lượng tiêu thụ ngày càng tăng. Ở các nước phát triển như Đức, Mỹ lượng bia sản xuất và tiêu thụ hàng năm rất lớn, sản lượng bia của Đức đạt khoảng 9,5 tỉ lít, Mỹ đạt khoảng 24 tỷ lít/năm Công nghệ sản xuất bia cũng như sản phẩm bia của các nước này đã thâm nhập vào thâm nhập vào thị trường của rất nhiều nước trên thế giới trong đó có cả Việt Nam. Mức tiêu thụ bia bình quân ở các nước này khá cao, ví dụ như Mỹ khoảng 81,6 lít/người/năm, Đức 115,8 lít/người/năm. Ở các nước Châu Á tuy hiện tại có mức tiêu thụ bia chưa cao, trung bình khoảng 20lít/người/năm, trừ một số nước như Úc đạt 110 lít/người/năm, Nhật Bản đạt 50 lít/người/năm, Hàn Quốc, Thái Lan đạt khoảng 40 lít/người/năm Nhưng đây là một thị trường đông dân cư hứa hẹn sản phẩm bia sẽ tăng nhanh vào các năm sau đấy. Ví dụ như Trung Quốc, Ấn Độ tuy mức tiêu thụ trung bình còn thấp nhưng số dân lại đông, sản lượng cũng gần bằng sản lượng bia của Đức, Mỹ Tại Việt Nam bia mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỉ 20, nhưng là một nước nằm trong vùng nhiệt đới cận xích đạo đã tạo điều kiện thuận lợi để ngành công nghiệp bia tồn tại và ngày càng phát triển. Từ ban đầu chỉ có các nhà máy bia nhỏ là nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia Sài Gòn, hiện nay các nhà máy bia đã xuất hiện ở hầu khắp các tỉnh trong cả nước, sản lượng của các nhà máy cũng ngày càng tăng. Hiện tại, mức tiêu thụ bia bình quân đầu người của Việt Nam là chưa cao, mức tiêu thụ bia bình quân đầu người này chỉ bằng 1/2 so với Hàn Quốc và bằng 1/6-1/7 so với Ireland, Đức, Séc. Tuy nhiên với mức thu nhập của người dân tăng lên, cộng với sự thay đổi tập quán uống (chuyển từ uống rượu tự nấu sang uống bia) của người dân ở nhiều vùng nông thôn thì vào năm nay mức tiêu thụ bia bình quân đầu người của Việt Nam ước sẽ tăng tới 28 lít/năm và hứa hẹn nhiều tiềm năng để ngành bia phát triển. 1.2. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy Địa điểm được lựa chọn cần đáp ứng được yêu cầu sau: - Phù hợp với quy hoạch chung của tỉnh, thành phố. - Gần nguồn cung cấp nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm. - Đảm bảo các nguồn điện, nước, nhiên liệu. Nguyễn Phi Anh 8 Lớp CB901
  9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Nguồn nhân lực không quá khan hiếm. - Thuận tiện về mặt giao thông. -Vệ sinh môi trường và xử lý nước thải. Dựa vào những yêu cầu trên em chọn địa điểm xây dựng nằm trên đường tránh 1B nằm cách thành phố Hà Tĩnh 5km về phía Tây thành phố. Địa điểm được chọn rất thuận tiện cho việc vận chuyển và tiêu thụ sau này. Cách nguồn nước chính cung cấp cho nhà máy là đập nước Kẻ Gỗ 3km. Các khu dân cư và đô thị đang được xây dựng và mở rộng gần nhà máy. Việc xây dựng nhà máy bia vừa để giải quyết nhu cầu uống tại chỗ, vừa đem lại công ăn việc làm cho người lao động góp phần nâng cao đời sống xã hội. Mặt khác. Mạng lưới điện quốc gia ở đây cung cấp cho cả khu vực rất ổn định và thuận lợi. Nhiên liệu dùng cho lò hơi có thể dùng than đá. 1.3. Vùng nguyên liệu - Nguyên liệu chính đầu tiên để sản xuất bia là malt đại mạch có thể nhập ngoại từ Đức, Đan Mạch, Úc Hoa houblon nhập từ Mỹ, Đức, Trung Quốc dưới dạng cao hoa và hoa viên về các kho, cảng ở Hải Phòng rồi từ đó vận chuyển về nhà máy rất thuận tiện. - Nguyên liệu thay thế là gạo có thể mua ngay trong tỉnh hoặc từ các tỉnh lân cận như Nghệ An, Thanh Hóa với giá thành hợp lý, chất lượng đảm bảo vận chuyển về nhà máy chủ yếu bằng ô tô. - Nhà máy sử dụng nguồn nước từ hồ chứa nước Kẻ Gỗ theo đường ống dẫn nước của nhà máy nước của thành phố. Nước ở đây không bị ô nhiễm, chất lượng nước rất tốt tuy nhiên tất cả đều phải qua xử lý lọc, lắng và làm mềm nước rồi mới dùng cho sản xuất và các hoạt động khác của nhà máy. 1.4. Thị trƣờng tiêu thụ sản phẩm Bia nhà máy sản xuất ra chủ yếu cung cấp cho tỉnh Hà Tĩnh. Sản phẩm được chiết chai, bock và vận chuyển bằng ô tô đến các đại lý tiêu thụ chính của nhà máy. 1.5. Nguồn cung cấp điện, nƣớc, lạnh - Nguồn điện: Sử dụng điện lưới của mạng lưới điện quốc gia chạy qua khu vực. Mạng lưới điện này cung cấp 24/24 giờ trong ngày, nhưng để đề phòng sự cố mạng lưới, nhà máy bố trí một trạm biến thế và sử dụng thêm máy phát điện dự phòng. Nguyễn Phi Anh 9 Lớp CB901
  10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Nguồn nước: Trong nhà máy nước được dùng vào các mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nước nấu nguyên liệu, nước rửa chai, nước vệ sinh thiết bị, vệ sinh nhà máy Nước nấu bia cần đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu cho công nghệ sản xuất bia. Do đó nước phải đi qua một hệ thống xử lý đúng kỹ thuật trước khi cấp cho sản xuất. - Nhà máy cũng cần đặt hệ thống lạnh, hệ thống thu hồi CO2 và cấp khí nén phù hợp với công suất của nhà máy đủ để cấp lạnh cho hoạt động sản xuất của nhà máy. Hệ thống lạnh có thể sử dụng tác nhân lạnh là NH3 hay Freon, chất tải lạnh sử dụng glycol hay nước muối. 1.6. Nguồn cung cấp nhiên liệu Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là do nồi hơi cung cấp phục vụ cho các mục đích khác nhau như nấu nguyên liệu, thanh trùng Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than. 1.7. Nguồn nhân lực Địa điểm xây dựng nhà máy cách không xa các khu dân cư, gần các tuyến giao thông đi tới các vùng đô thị trung tâm như thành phố Hà Tĩnh, thành phố Vinh nên có nguồn nhân lực dồi dào. Các cán bộ, kỹ sư có trình độ tổ chức chuyên môn phải được đào tạo đủ trình độ quản lý, điều hành. Các công nhân có thể tuyển chọn lao động phổ thông, học nghề ở các vùng dân cư xung quanh để đảm bảo được yêu cầu về nơi ở, sinh hoạt. 1.8. Giao thông vận tải Nhà máy gần trục giao thông nên thuận tiện cho vận chuyển nguyên nhiên vật liệu đến nhà máy, và vận chuyển sản phẩm phân phối cho các đại lý, cửa hàng tiêu thụ bằng đường bộ. 1.9. Vệ sinh môi trƣờng, xử lý nƣớc thải Bên cạnh đó cần phải xây dựng khu xử lý nước thải để xử lý nước thải của nhà máy tránh gây ô nhiễm đến môi trường xung quanh. Nguyễn Phi Anh 10 Lớp CB901
  11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm PHẦN II: NGUYÊN LIỆU VÀ YÊU CẦU VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1. Nguyên liệu dùng trong sản xuất bia Nguyên liệu chính đầu tiên dùng cho sản xuất bia trong nhà máy là malt đại mạch, hoa houblon, nguyên liệu thay thế, nấm men, nước và một số hoá chất khác. 2.1.1. Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Khoảng 1/3 đại mạch trên thế giới được trồng để sản xuất bia. Đại mạch thường được gieo trồng vào mùa đông hay mùa xuân, được trồng nhiều ở Đức, Đan Mạch, Pháp Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ươm mầm sẽ trở thành hạt malt tươi, hạt malt tươi lại tiếp tục qua quá trình sấy, tách rễ và đánh bóng sẽ trở thành hạt malt khô tiêu chuẩn có thể bảo quản dài ngày trong điều kiện khô, mát và được sử dụng để sản xuất bia. Trong quá trình xử lí hạt đại mạch để trở thành hạt malt hoàn thiện hệ enzyme trong hạt đã được hoạt hóa và tăng cường hoạt lực, đặc biệt là hệ enzyme thủy phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo ra chất chiết của dịch đường. Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nước ta thường sử dụng loại malt có nguồn gốc chủ yếu từ Úc hoặc một số nước châu Âu như: Đức, Đan Mạch Malt dùng trong sản xuất bia cần đảm bảo một số yêu cầu: * Chỉ tiêu cảm quan: - Màu sắc: hạt malt vàng có màu vàng rơm, sáng óng ánh. - Mùi vị: mùi vị đặc trưng cho malt vàng là vị ngọt nhẹ hay ngọt dịu, có hương thơm đặc trưng, không được có mùi vị lạ. - Độ sạch của malt cho phép là 0,5% hạt gãy vỡ, 1% các tạp chất khác. * Chỉ số cơ học: - Trọng lượng khô tuyệt đối: 37-40g/1000hạt - Dung trọng: 680-750g/l - Độ ẩm: 4-5% - Hàm lượng chất chiết: 80-85% chất khô * Thành phần chính: Nguyễn Phi Anh 11 Lớp CB901
  12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Bảng 2.1: Bảng các thành phần chính có trong malt STT Thành phần hoá học của malt % chất khô 1 Tinh bột 58-65 2 Đường khử 4 3 Chất khoáng 2,5 4 Cellulose 6 5 Các chất chứa nitơ 10 6 Chất béo 2,5 2.1.2. Gạo Các chỉ tiêu kỹ thuật của gạo: - Đồng nhất về kích thước - Màu sắc trắng đồng nhất, không có hạt bị mốc, mối, mọt, mùi hôi - Tạp chất không quá 2%. - Độ ẩm từ 12-14% - Độ hoà tan 75-85% Thành phần chính của gạo: Bảng 2.1: Bảng các thành phần chính trong gạo: STT Thành phần % chất khô 1 Tinh bột 75 2 Protein 6-8 3 Chất béo 1-1,5 4 Cellulose 0,5-0,8 5 Chất khoáng 1-1,2 Nguyễn Phi Anh 12 Lớp CB901
  13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 2.1.3. Hoa houblon Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản có tầm quan trọng thứ hai sau malt, nó không thể thiếu trong sản xuất bia, hiện chưa có nguyên liệu nào có thể thay thế được. Hoa houblon góp phần quan trọng tạo ra mùi vị đặc trưng và tăng độ bền sinh học của bia. Nó tạo cho bia vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của bia. Các hợp chất có giá trị trong hoa phải kể đến chất đắng, polyphenol và tinh dầu thơm ngoài ra còn một số hợp phần khác nhưng không mang nhiều ý nghĩa trong công nghệ sản xuất bia. Trong công nghệ sản xuất bia, người ta chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn. Trong cánh hoa và nhị hoa có chứa các hạt lupulin là nguồn gốc chính tạo ra chất đắng và tinh dầu thơm của hoa houblon. Hoa houblon được nhà máy sử dụng dưới 2 dạng: hoa viên và cao hoa. - Hoa viên: hoa houblon sau khi xử lý sơ bộ, được nghiền và ép thành các viên nhỏ, xếp vào các túi polyetylen hàn kín miệng để tiện cho việc bảo quản cũng như vận chuyển. - Cao hoa: trích ly các tinh chất trong hoa bằng các dung môi hữu cơ (toluen, benzen ), sau đó cô đặc để thu lấy chế phẩm ở dạng cao. 2.1.3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hoa: a. Tiêu chuẩn đối với cao hoa - Chỉ tiêu cảm quan:  Cao hoa có dạng keo, màu vàng hổ phách.  mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi.  Vị đắng rõ rệt. - Chỉ tiêu hóa học:  Hàm lượng α- axit đắng: 30%.  Tan hết và có thể tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước. Hoa thơm rõ rệt, vị đắng dịu. Hoa cao đóng trong các hộp kín, chắc chắn dễ mở, bao bì không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Bảo quản hoa cao trong kho lạnh ở nhiệt độ 5- 10 oC. b. Tiêu chuẩn đối với hoa viên Nguyễn Phi Anh 13 Lớp CB901
  14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Chỉ tiêu cảm quan:  Hoa viên có màu xanh lá mạ.  Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi, vị đắng dịu.  Hình dạng: viên đùn, không vỡ vụn. - Chỉ tiêu hóa học:  Loại viên có hàm lượng α- axit đắng 8%.  Có khả năng tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước nha, làm trong nước nha, tạo mùi hoa thơm rõ rệt, vị đắng dịu. Hoa viên được đóng bao bì bền chắc, dễ mở, bao bì không làm ảnh hưởng đến chất lượng hoa. 2.1.3.2. Thành phần hóa học của hoa Bảng 2.1: Thành phần hóa học của hoa: STT Thành phần % chất khô 1 Độ ẩm 10-11 2 Chất đắng 15-21 3 Polyphenol 2-5 4 Tinh dầu thơm 0,5-1,5 5 Cellulose 12-14 6 Chất khoáng 5-8 7 Protein 15-17 8 Các hợp chất khác 26-28 2.1.4. Nấm men - Đặc điểm: Nấm men thường dùng để lên men hiện nay là loại nấm men chìm Saccharomyces carlbergensis, tế bào nấm men hình cầu hay bầu dục, kích thước trung bình là 3-15µm, sinh sản chủ yếu bằng phương thức nảy chồi, lên men ở điều kiện nhiệt độ thấp( nhiệt độ tối ưu là 8-100C), nó có khả năng lên men các loại đường glucose, fructose, maltose, rafinose vào cuối quá trình lên men nó kết lắng xuống dưới đáy do tính chất tạo chùm của tế bào, thuận lợi cho việc tách men sau quá trình lên men để quay vòng tái sử dụng nấm men và quá trình lên men tiếp theo. Nguyễn Phi Anh 14 Lớp CB901
  15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Nguồn men giống: Nấm men cấp cho quá trình lên men có thể lấy từ chủng gốc trải qua hai giai đoạn nhân men trong phòng thí nghiệm và nhân men sản xuất. Trong giai đoạn nhân men trong phòng thí nghiệm chủng nấm men gốc được bảo quản dạng đông khô hay bảo quản trong các ống thạch nghiêng được cấy chuyển ra bình tam giác 100ml, rồi sang bình 1000ml, bình 5l, bình 20l trong môi trường nước chiết malt có bổ sung thêm các chất dinh dưỡng chủ yếu là dạng muối khoáng. Mỗi cấp cấy chuyển nuôi trong thời gian 24h. Sang giai đoạn nhân giống sản xuất nấm men được nuôi trong các canh trường có dung tích tăng dần 100l, 300l cho đến khi đủ lượng cấp cho lên men. Trong giai đoạn môi trường dinh dưỡng để nuôi nấm men thường dùng trực tiếp dịch đường sau lạnh nhanh từ phân xưởng nấu có bổ sung thêm các chất dinh dưỡng, nhiệt độ nhân giống là 8-10˚C, trong quá trình nuôi có sục khí ở thời gian đầu để nấm men phát triển sinh khối mạnh. Mật độ dịch men giống sau nhân giống phải đạt khoảng 100-120triệu tế bào/ml. Ngoài ra còn tái sử dụng sữa men kết lắng sau lên men. Sau khi lên men chính, người ta tiến hành tháo sữa men. Thông thường cứ 1000 lít dịch cho khoảng 20 lít dịch sinh khối nấm men sệt, độ ẩm 85- 88%. Dịch chia làm 3 lớp: lớp dưới cùng là lớp cặn bẩn, lớp trên cùng là lớp tế bào chết thường dùng làm thức ăn cho gia súc, chỉ có lớp ở giữa có màu trắng ngà là nấm men sạch, có thể tái sử dụng. Men sữa này muốn sử dụng phải trải qua quá trình rửa sửa men để gạt bỏ các tế bào chết và cặn lắng khác bằng nước lạnh vô trùng ở 40C. Sau đó phải kiểm tra xác định hoạt tính và chất lượng rồi bảo quản trong nước lạnh 0-2˚C. Số lần tái sử dụng men sữa khoảng 6-8 lần, tùy thuộc vào chất lượng nấm men. Dù sử dụng đối với bất kỳ chủng nấm men nào dùng trong sản xuất bia thì cũng cần đáp ứng các yêu cầu sau: - Tốc độ lên men nhanh. - Sử dụng đường có hiệu quả, tạo độ cồn cao. - Có khả năng chịu cồn, chịu áp suất thẩm thấu, oxy, nhiệt độ, và nồng độ CO2 phù hợp với từng nhà máy. - Có khả năng kết bong và kết lắng tốt. - Có khả năng sống sót cao cho mục đích tái sử dụng. - Sản phẩm tạo ra bao gồm các hợp chất hương và vị đặc trưng cho bia. - Đặc tính di truyền ổn định cao. Nguyễn Phi Anh 15 Lớp CB901
  16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 2.1.5. Nƣớc Như ta đã biết trong quá trình sản xuất bia, nước được sử dụng rộng rãi trong mọi khâu, từ các công đoạn chính như nấu, lọc, cung cấp cho lò hơi đến các khâu vệ sinh. Trong thành phần bia, nước cũng chiếm một lượng lớn (85- 90%). Thành phàn và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm. Bởi vậy, nước dùng trong sản xuất bia phải có chất lượng tốt, đáp ứng được các chỉ tiêu quan trọng:  Độ cứng của nước từ mền đến trung bình.  Không màu, không mùi, không vị.  pH : 6.9- 7.5.  Hàm lượng muối cacbonat không quá 50mg/l. +2  Hàm lượng muối Mg không quá 100mg/l.  Hàm lượng muối clorua 75-150 mg/l.  Hàm lượng CaSO4 150-200 mg/l.  NH3 và muối NO2 không có.  Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l.  Vi sinh vật không quá 100tb/ml.  Nước rửa bã cần phải điều chỉnh độ kiềm < 50 mg/l và pH = 6,5 để không chiết các chất không mong muốn từ bã. pH của dịch đường trước khi nấu là 5,4 để thu được dịch đường sau khi nấu là 5,2.  Nước rửa nấm men phải được tiệt trùng và loại bỏ mùi lạ. 2.1.6. Các nguyên liệu phụ 2.1.6.1. Chế phẩm enzyme Maturez L Bản chất là alpha acetolactat decacboxylaza bổ sung vào trong quá trình lên men phụ có tác dụng xúc tác quá trình decacboxyl hóa alpha acetolactat tới acetoin. Chế phẩm này được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus subtilise và Enterobacter aerogenese. Nó được sử dụng trong quá trình lên men để ngăn chặn sự tạo thành diacetyl, do đó giảm lượng diacetyl tạo thành, rút ngắn thời gian ủ bia. Nguyễn Phi Anh 16 Lớp CB901
  17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 2.1.6.2. Nguyên liệu phụ trợ Các hóa chất được sử dụng đảm bảo tiêu chuẩn dùng cho thực phẩm, phải có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng. Bảo quản ở nơi khô ráo thoáng mát, tránh ánh nắng mặt trời. a. Nhóm hóa chất rửa: NaOH 2%, P3 trimeta 2%, Oxonia 0,5%. Dùng để trung hòa, vệ sinh và tẩy rửa (CIP). b. Axit: Sử dụng Axit lactic để điều chỉnh pH của dịch trong quá trình đường hóa c.Muối: Sử dụng muối tinh khiết CaCl2 bổ sung vào dịch đường hóa để bảo vệ Enzym khỏi tác động nhiệt độ và điều chỉnh độ cứng của nước. d. Chất trợ lọc: Trong bia, các chất trợ lọc được dùng khá phổ biến, nhưng hiện nay hay dùng nhất là Diatomit và Pectit. 2.2. Chọn dây chuyền sản xuất Quá trình nấu bia có thể chia làm các giai đoạn chính: - Nghiền nguyên liệu. - Hồ hóa. - Đường hoá. - Lọc dịch đường. - Nấu hoa. - Lắng xoáy. - Làm lạnh dịch đường và bổ sung O2. - Lên men. - Lọc bia. - Bão CO2 và tàng trữ bia. - Hoàn thiện sản phẩm. 2.3. Thuyết minh dây chuyền sản xuất. 2.3.1. Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất. Nguyễn Phi Anh 17 Lớp CB901
  18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 2.3.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 2.3.2.1. Nghiền nguyên liệu Nguyễn Phi Anh 18 Lớp CB901
  19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Nghiền malt Malt được đổ vào phễu hứng ở chân gầu tải thứ nhất, được gầu tải này đưa lên thiết bị cân malt, sau đó đổ xuống phễu hứng của gầu tải thứ hai và được đưa lên đổ vào thùng chứa. Khi malt từ thùng chứa đi xuống ống hình trụ đặt ngay trên máy nghiền thì được phun nước 63°C từ dưới lên trong khoảng 40s. Tại khoang nghiền vẫn tiếp tục phun nước 32°C nhằm mục đích cuốn sạch malt khỏi trục nghiền, và hòa tan các hợp chất trong matl vào nước. Nước 32°C kết hợp với nước 63°C ở trên tạo hỗn hợp dịch có nhiệt độ khoảng 40-42°C trước khi vào nồi đường hóa. - Nghiền gạo Gạo được đổ vào phễu hứng và được gầu tải đưa lên đổ xuống máy nghiền búa, bột gạo sau nghiền được đưa vào phễu hứng của gầu tải tiếp theo và được đưa lên cao, được vít tải đưa qua thiết bị phối trộn với nước ấm rồi đổ vào nồi hồ hoá. Bột gạo trong quá trình được quạt gió thổi và gầu tải vận chuyển sinh ra nhiều bụi nên ở những vị trí này có bố trí đường ống thông với túi lọc và xyclon tách bụi. - Nghiền malt lót Malt lót được nghiền riêng trong máy nghiền trục theo phương pháp nghiền khô rồi được đóng bao. Khi nấu malt lót được đổ trực tiếp vào nồi hồ hoá bằng cửa trên nắp nồi. 2.3.2.2. Quá trình hồ hoá Trước khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nước nóng, dùng khoảng 4hl nước lót nồi. Bột gạo được phối trộn với nước ấm để đạt nhiệt độ dịch khoảng 40-42˚C trước khi cho vào nồi với tỉ lệ: bột/nước = 1/5. Bật cánh khuấy, bổ sung axít lactic để hạ pH của hỗn dịch xuống khoảng 5,5 – 5,6. Cho malt lót vào nồi với lượng bằng 10% lượng gạo và bổ sung thêm nước để tỉ lệ: bột/nước = 1/5. Bột được trộn đều và giữ ở nhiệt độ 40-42˚C trong khoảng 15 phút để tinh bột hút nước trương nở. Cấp hơi để nâng từ từ nhiệt độ của khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 25 phút. Tiếp tục nâng nhiệt của khối dịch lên 83˚C và giữ trong 5 phút để thực hiện quá trình hồ hoá tinh bột gạo. Sau đó bổ sung nước cùng với 10% lượng malt còn lại vào nồi để hạ nhiệt độ xuống 72 0 C và giữ nhiệt trong khoảng 25 phút. Cuối cùng cấp hơi đun sôi khối dịch và giữ trong khoảng 15 phút trước khi bơm sang nồi malt. Việc nâng nhiệt đảm bảo 10/1phút. Nguyễn Phi Anh 19 Lớp CB901
  20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Sơ đồ hồ hóa: Bột gạo + nước 420 C, malt lót (bổ sung ½), axit lactic, giữ trong 15 phút Nâng nhiệt độ lên 720C, giữ trong 25 phút Nâng nhiệt độ lên 830C,giữ trong 5 phút 0 Hạ nhiệt xuống 72 C, cho ½ matl lót, giữ trong 25 phút Nâng nhiệt độ lên 1000C, giữ trong 15 phút Bơm sang nồi đường hóa 2.3.2.3. Quá trình đƣờng hóa Trước khi nghiền 10 phút thì vệ sinh nồi malt, bổ sung 4hl nước lót nồi sau đấy bắt đầu nghiền malt và cho vào nồi đường hoá. Bật cánh khuấy để đảo trộn đều dịch malt. Bổ sung axit lactic và CaCl2 axit lactic hạ pH của dịch xuống 5,4–5,5 thuận lợi cho hoạt động của hệ enzyme thuỷ phân. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 50-52˚C và giữ trong khoảng 10 phút. Bơm dịch cháo đã đạt nhiệt độ sôi và giữ trong 15 phút sang nồi malt hoà trộn với dịch bột malt, khi đó nhiệt độ của hỗn dịch sẽ vào khoảng 63-65˚C, thời gian bơm cháo khoảng 10 phút, giữ ở nhiệt độ này 15 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 75˚C và giữ trong khoảng 20 phút. Kiểm tra tinh bột sót ở nồi malt bằng Iot,khi nồi malt không còn tinh bột sót, tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 76˚C rồi bơm sang thùng lọc. Nguyễn Phi Anh 20 Lớp CB901
  21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Sơ đồ đƣờng hóa: Dịch nghiền malt, axit lactic, CaCl 2 0 Nâng nhiệt độ lên 52 C, giữ trong 10 phút Hội cháo, nhiệt độ tăng 650C, giữ trong 15p Nâng nhiệt độ lên 750C, giữ trong 20 phút 0 Nâng lên 76 C Bơm sang nồi lọc 2.3.2.4. Lọc dịch đƣờng Lọc dịch đường có 2 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất là lọc để tách dịch đường ra khỏi bã, giai đoạn 2 là rửa bã để rút nốt phần chất hoà tan còn sót lại trong bã. Tiến hành lọc: Trước khi tiến hành lọc, thùng lọc cần được vệ sinh kỹ bằng nước. Cửa tháo bã và các van xả dịch phải đóng chặt. Bơm nước nóng 78˚C vào các ống dẫn dịch để đuổi không khí đồng thời bơm tới đầy khoảng không giữa hai đáy của thùng lọc. Dịch đường từ nồi đường hoá sau khi được trộn đều, được bơm một lần sang thùng lọc, đồng thời hệ thống cào bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả. Sau khi hết dịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao. Dịch đường được để yên 20 phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc. Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịch đường còn đục nên ta cho hồi lưu trở lại thùng lọc trong khoảng 15 phút đầu. Khi dịch đường bắt đầu trong thì khoá van hồi lưu, dịch đường được đưa ngay sang nồi nấu hoa. Nếu nồi hoa chưa sẵn sàng thì dịch đường được đưa sang nồi trung gian có vỏ bảo ôn chứa tạm. Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do màng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã tạo lại lớp màng lọc. Dùng áp Nguyễn Phi Anh 21 Lớp CB901
  22. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm kế để kiểm tra tốc độ lọc. Thời gian lọc khoảng 90 phút. Sau đó tiến hành rửa bã. Tiến hành rửa bã gián đoạn làm 2 lần, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C. Sau khi thu hết dịch đường, khoá van xả dịch: + Lần thứ nhất: cấp 60% lượng nước rửa bã + Lần thứ hai: cấp 40% lượng nước rửa bã Cho cánh khuấy quay để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vào dịch. Để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơm sang nồi hoa với dịch lọc trước đó. Kết thúc quá trình rửa bã hàm lượng đường trong bã còn 0,5-1˚Bx. Thời gian rữa bã khoảng 90-100 phút. 2.3.2.5. Nấu hoa Thiết bị đun hoa được vệ sinh sạch sẽ trước mỗi mẻ nấu. Dịch từ thùng lọc hoặc thùng trung gian được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ của dịch lọc lên khoảng 950C, nhằm tiết kiệm hơi, sau đó được bơm sang nồi nấu hoa houblon. Sau đó nâng dần nhiệt độ làm dịch sôi mạnh. Khi dịch sôi khoảng 5 phút thì cho toàn bộ lượng hoa cao vào nồi. Sau khi dịch sôi được khoảng 30 phút thì cho 1/2 lượng hoa viên vào nồi. Trước khi kết thúc đun hoa 10 phút thì bổ sung nốt 1/2 lượng hoa viên vào nồi. Việc bổ sung hoa làm hai lần nhằm mục đích tạo hương tốt hơn cho bia, bởi vì trong quá trìng đun hoa lượng tinh dầu thơm sẽ tổn hao 80-90%. Vì vậy việc bổ sung làm hai lần sẽ giảm tổn thất. Kết thúc quá trình nấu hoa: Độ hòa tan: 12 0 P, pH = 5,2-5,4 Thời gian đun hoa sôi khoảng 70 phút. 2.3.2.6. Lắng xoáy Dịch đường đựơc bơm ở độ cao 1/3 so với chiều cao dịch trong thùng và được bơm theo phương tiếp tuyến với thân thùng với vận tốc 12-14m/s, dưới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực các cặn lắng và bã hoa tách ra tập trung ở giữa thùng và lắng xuống đáy. Dịch ra khỏi thùng có nhiệt độ khoảng 90˚C được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh. Ban đầu dịch được lấy ra ở thân thùng theo phương tiếp tuyến còn về sau được lấy ở đáy. Cặn tập trung ở đáy thùng khi bơm hết dịch được xối nước xả bã ra ngoài. Thời gian lắng xoáy khoảng 50 phút. Kết thúc lắng xoáy thì vệ sinh thiết bị bằng nước nóng. 2.3.2.7. Làm lạnh nhanh Sau khi ra khỏi thùng lắng xoáy, dịch đường có nhiệt độ 90˚C, được dẫn vào máy lạnh nhanh kiểu tấm bản. Nước lạnh 2˚C được đi theo chiều ngược lại Nguyễn Phi Anh 22 Lớp CB901
  23. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm từ mương dẫn vào ở phía trêni qua các khoảng trống mà dịch đường không đi qua rồi ra ở mương dẫn phía trên đối diện. Nước lạnh qua trao đổi nhiệt với dịch đường trở thành nước nóng 70-80˚C được thu hồi về thùng nước nóng đưa đi phục vụ cho quá trình nấu. Dịch đường sau khi làm lạnh có nhiệt độ khoảng 9 oC. 2.3.2.8. Bão hoà O2 vào dịch lên men Sau khi ra khỏi máy lạnh nhanh, dịch đường có nhiệt độ 9˚C dịch đường được bổ sung oxy dưới dạng không khí nén sục vào đường ống cấp dịch đường đi lên men. Không khi được hút qua màng lọc, đi qua tháp rửa, qua hấp phụ bằng than hoạt tính, lọc xốp, khử trùng trước khi nạp vào dịch. Không khí nén sau khi được làm sạch và khử trùng được bổ sung xuôi theo chiều đường ống dẫn dịch đường vào thùng lên men. Lượng oxy cung cấp phải vừa đủ khoảng 6mg/l. + Nếu lượng oxy quá nhiều sẽ dẫn tới trường hợp nấm men sẽ sử dụng nhiều đường để tạo lượng sinh khối không cần thiết vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất lên men. + Nếu thiếu oxy cũng không tốt vì như vậy sẽ không đủ mật độ tế bào cho quá trình lên men, nấm men sẽ chóng già xảy ra hiện tượng ỳ. 2.3.2.9. Cấp nấm men và tiến hành lên men a. Chẩn bị nấm men. Men giống mà nhà máy sử dụng được nuôi cấy từ chủng Saccharomyces carlsbergensis. Sau đó men giống được bảo quản ở nhiệt độ 50C trong tank bảo quản men giống. Thời gian trữ men không quá 1 ngày, sau đó sẽ được chuyển vào tank lên men. Bên cạnh đó công ty còn thu hồi và tái sử dụng men sữa: Khi kết thúc lên men chính, tiến hành hạ nhiệt độ xuống 5oC để thu hồi men sữa. Lượng men sữa thu được có màu trắng sữa được bảo quản trong tank bảo quản men giống và được tái sử dụng đến đời thứ 8 thì loại bỏ. b. Lên men chính. -Tiến hành nạp dịch đường. Nhà máy sử dụng phương pháp lên men gia tốc trong các thùng hình trụ- đáy côn kín, có khả năng tạo bọt và giữ bọt tốt, thu hồi CO2 từ thùng lên men. Thiết bị lên men được vệ sinh sạch sẽ trước khi lên men. Trước khi bơm dịch đường vào tank, tiến hành mở van trên đỉnh tank, bơm khí CO2 từ dưới đáy tank lên đuổi hết không khí trong tank đến khi thấy mùi CO2 bay ra là được. Tiến hành bơm dịch đường vào tank. Khi mẻ đầu tiên được bơm vào tank lên Nguyễn Phi Anh 23 Lớp CB901
  24. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm men, tiến hành nạp đồng thời toàn bộ lượng nấm men giống và bổ sung enzym Maturex vào tank. Khi mẻ dịch đầu tiên được bơm xong thì lượng men cũng được bơm hết. Mục đích của việc tiếp men ngay từ đầu là giúp cho nấm men thích nghi dần với dịch lên men đồng thời với mật độ nấm men ban đầu lớn sẽ hạn chế được sự nhiễm tạp. Sau đó tiến hành bơm dịch cho đến khi đầy tank lên men và đến khi tiếp đủ lượng dịch thì lượng sinh khối cũng đủ cho quá trình lên men. Khoảng cách giữa các mẻ nạp dịch cho 1 tank lên men là 3 ÷ 3,5 giờ/ mẻ dịch và nhiệt độ của các mẻ là: - Mẻ 1 và 2: 6.0 ÷ 6.50C - Mẻ 3 và 4: 6.5 ÷ 7.00C Mật độ tế bào nấm men cấp vào khoảng 30 triệu tế bào/ml dịch. - Quá trình lên men: Sau khi kết thúc quá trình nhận dịch, ta duy trì áp suất cho tank ở áp suất khí quyển, cho chạy lạnh 1 hoặc 2 khoang trên cùng để duy trì nhiệt độ 90C. Tác nhân lạnh là glycol -20C. Nhân viên kỹ thuật sẽ tiến hành điều chỉnh đóng mở van cấp glycol để điều khiển nhiệt độ của tank theo yêu cầu trong suốt quá trình lên men. Thông thường chỉ cần mở 1 khoang lạnh trên cùng của tank lên men với mục đích tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khoang, nhờ đó tạo ra sự đối lưu, nấm men sẽ chuyển động từ dưới lên trên, tăng bề mặt tiếp xúc giữa nấm men và cơ chất. Đồng thời trong quá trình lên men CO2 tạo ra bám vào bề mặt của nấm men dưới dạng bọt khí. Khi lượng CO2 tạo ra nhiều đủ lớn nó sẽ kéo theo tế bào nấm men nổi lên trên bề mặt, bọt khí vỡ ra nấm men lại rơi xuống. Cứ như vậy mà nấm men được đảo trộn, giúp quá trình lên men diễn ra nhanh hơn và đều hơn. Trường hợp quá trình lên men xảy ra mạnh, nhiệt độ tăng nhanh cần mở cả 2 khoang trên cùng để khống chế nhiệt độ không tăng quá cao. Trong quá trình lên men chính lượng CO2 tạo ra nhiều, khi phòng KCS kiểm tra thấy CO2 đạt độ tinh khiết > 99 % thì báo cho tổ phụ trợ biết để tiến hành thu hồi CO2 (thường thì ta tiến hành thu CO2 sau khoảng 15÷ 16h kể từ khi bắt đầu nạp đầy dịch). Quá trình thu hồi CO2 kết thúc khi độ đường dịch lên men còn 3,0- 0 3,5 Plato, khi đó đóng van thu CO2 và tiếp tục lên men. Lúc này duy trì áp suất 0 trong tank là 0.7-0,8 bar. Khi hàm lượng đường trong dịch còn 2.8-3,0 P thì chuyển sang chế độ lên men phụ. Lúc này áp suất đặt cho tank vẫn là 0,7-0,8bar và hạ nhiệt độ của tank xuống 50C và tiến hành thu men sữa. Thời gian lên men chính khoảng 5 ngày đối với mùa hè và 7 ngày đối với mùa đông. Nguyễn Phi Anh 24 Lớp CB901
  25. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Trong quá trình lên men chính cứ 1 ngày thì công nhân xả cặn một lần, cặn ở đây chủ yếu là xác nấm men, các prôtêin, keo của hoa lắng xuống đáy tank. Các cặn này thường có màu vàng xám và quá trình xả cặn kết thúc khi có men sữa xuất hiện. Quá trình xả cặn được thực hiện vào đầu ca sáng mỗi ngày. - Quá trình thu men sữa. Sau khi hạ nhiệt độ trong tank lên men xuống 50C và áp suất đạt 0,7 bar, lúc này nấm men kết lắng xuống đáy tank lên men ta tiến hành mở van xả đáy và thu hồi men sữa vào tank bảo quản men giống để tái sử dụng cho lần sau. c. Lên men phụ. Khi kết thúc quá trình lên men chính ta chuyển sang lên men phụ. Nhiệt độ của quá trình lên men phụ là 50C và giữ ở áp suất 0,7-0,8 bar. Trong suốt thời gian lên men phụ, cứ 2 ngày tiến hành xả cặn men 1 lần, sau 12 ÷ 15 ngày và khi kiểm tra thấy độ đường 2,50 Plato thì hạ nhiệt độ xuống 20C và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 3 ngày, và cuối cùng hạ nhiệt độ xuống 00C và giữ ở nhiệt độ này để tàng trữ đến khi thu bia đi lọc. Ở giai đoạn này tốc độ lên men chậm hơn, nấm men tiếp tục sử dụng phần đường còn lại trong dịch lên men tạo thành CO2 và các sản phẩm bậc 2 làm hương vị của bia được hoàn thiện hơn (làm trong bia, khử diaxetyl, làm chín và ổn định bia). Lượng CO2 tạo ra dưới tác dụng của nhiệt độ thấp sẽ hoà tan vào dịch lên men. Nếu lượng CO2 này không đủ ta có thể bổ sung thêm. Một chu kỳ lên men ≥ 22 ngày. Trong quá trình lên men, theo nguyên tắc mỗi ngày phải lấy mẫu một lần để kiểm tra các yếu tố sau: pH, độ đường, độ chua, độ đắng, hàm lượng diaxetyl và soi tế bào nấm men xem quá trình lên men có diễn ra bình thường hay không. Nếu pH của dịch lên men tăng nghĩa là dịch lên men có thể bị nhiễm vi khuẩn lactic hoặc axetic. Còn soi tế bào nấm men để biết mật độ tế bào nấm men, tỉ lệ nảy chồi và đặc điểm hình thái của tế bào. 2.3.2.10. Lọc bia Trước khi lọc bia thì bia được hạ nhiệt độ xuống 00C để giảm tổn thất CO2 khi lọc. Quá trình lọc bia được thực hiện nhờ thiết bị lọc nến inox. Quá trình lọc bia gồm các giai đoạn sau: - Bơm nước đã bài khí vào đầy thiết bị để đuổi khí. - Hòa bột trợ lọc với nước và bơm tuần hoàn vào thiết bị trong khoảng 10 phút cho tới khi lớp lọc thứ nhất được hình thành. Lớp lọc thứ 2 cũng sẽ được phủ tiếp theo bằng cách tương tự. - Lọc bia từ thùng lên men. Nguyễn Phi Anh 25 Lớp CB901
  26. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Trong quá trình lọc thường xuyên bổ xung bột trợ lọc, phải chú ý đến lưu lượng vào, ra của máy vì nó sẽ làm cho áp suất tăng lên và lớp lọc sẽ bị bung ra. - Kết thúc quá trình lọc, dùng nước đã bài khí để đấy bia ra khỏi máy lọc. - Sục khí từ phía bên trong nến lọc để tách lớp bột lọc và cặn bẩn ra khỏi nến lọc - Sử dụng nước có kết hợp sục khí nén để rửa định kỳ. - Cuối cùng rửa lại toàn bộ hệ thống đường ống và máy lọc băng nước nóng để chuẩn bị cho lần lọc tiếp theo. Bia sau lọc được bơm sang các tank chứa bia trong để ổn định và bão hòa CO2. 2.3.2.11. Tàng trữ và ổn định tính chất của bia thành phẩm - Mục đích: Tăng chất lượng cảm quan của bia, chống oxy hóa, chống kết lắng, tăng thời gian bảo quản bia, ổn định các thành phần trong bia Quá trình tàng trữ, ổn định bia và bão hòa CO2 diễn ra như sau: Bơm một lượng CO2 vào trước để đẩy hết không khí có trong tank ra ngoài, tránh không để bia bị oxy hóa do tiếp xúc với O2 đồng thời tạo áp suất đủ lớn hạn chế sự giải phóng CO2 ra khỏi bia. Sau đó bơm bia đã lọc vào tank từ dưới lên. Trong quá trình bơm CO2 được bổ sung vào bia nhờ các đường ống dẫn dài kết hợp với các đoạn nối. Lượng CO2 bão hòa cho tới khi hàm lượng CO2 trong bia đạt 3,5 – 4 g/l đối với bia hơi và 4,5 – 5 g/l đối với bia chai. 2 Trong quá trình tàng trữ bia, duy trì áp suất trong tank ở 1,8 kg/cm để CO2 hòa tan hết vào bia. Các thùng được bố trí hệ thống làm lạnh sao cho hạ nhiệt độ của bia xuống 0 – 20 C. 2.3.2.12. Hoàn thiện sản phẩm * Hoàn thiện sản phẩm bia hơi Bia hơi được chiết bock để phục vụ cho nhu cầu trong ngày của các cửa hàng, đại lý ở các vùng lân cận. Như vậy về nguyên tắc mà nói thì bia chiết bock trước đó không cần bổ sung thêm CO2. Quá trình chiết bock tuân theo nguyên tắc chiết đẳng áp để đảm bảo yêu cầu: rót đầy thể tích thùng bock, không sủi bọt và hao phí bia ít nhất. * Hoàn thiện sản phẩm bia chai Bia sau một thời gian tàng trữ được bơm sang phân xưởng chiết chai để nạp vào các chai. Chai đựng bia được làm từ các loại thủy tinh chất lượng cao có màu nâu hay xanh nhạt để ngăn cản các tia bức xạ mặt trời chiếu vào gây cho bia có mùi lạ, đồng thời làm mất màu bia. Nguyễn Phi Anh 26 Lớp CB901
  27. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Sơ đồ dây chuyền chiết chai: Dỡ két Gắp chai ra Rửa chai Rửa két Kiểm tra chai rỗng Xếp két Gắp chai vào Chiết chai ket Xếp palet Kiểm tra độ đầy In nhãn Dán nhãn Thanh trùng Thuyết minh sơ đồ: Hệ thống chiết chai gồm một số công đoạn chính sau: - Rửa chai: chai được ngâm trong nước nóng trước, kế tiếp được rửa bằng xút nóng, sau đó qua giàn phun nước, hệ thống thổi khí làm khô rồi đi qua bộ phận soi chai trước khi đưa sang máy chiết chai. - Chiết chai: quá trình chiết chai cũng tuân theo nguyên tắc chiết đẳng áp, sau đó chai được dập nút, ra khỏi máy chiết chai chai qua bộ phận soi chai trước khi vào thanh trùng. - Thanh trùng: mục đích của quá trình này là nhằm diệt nấm men còn sót để nâng cao độ bền sinh học của bia. Thiết bị thanh trùng thường có nhiều khoang, mỗi khoang phun nước nóng ở một nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ tối đa để thanh trùng khoảng 63oC. Quá trình thanh trùng cần đảm bảo nhiệt độ của chai đi vào và đi ra khỏi thiết bị là bằng nhau, đồng thời không quá chênh lệch so với nhiệt độ môi trường. - Bia sau thanh trùng sẽ theo băng tải vào bộ phận dán nhãn, bắn chữ, sau đó qua máy xếp két và lưu kho hoặc đưa ngay đến các nơi tiêu thụ. Nguyễn Phi Anh 27 Lớp CB901
  28. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 2.3.3. Hệ thống CIP của nhà máy 2.3.3.1.Hệ thống CIP của phân xƣởng nấu Thùng 1: NaOH 2% Thùng 2: Trimeta HC 2% (thường dùng cho lần CIP đầu tiên) Thùng 3: CIP hồi Thùng 4: nước nóng Cách tiến hành: Tráng sơ bộ H2O nóng, 5-10’ Tẩy rửa chính NaOH 2% T= 800C, 60’ H2O nóng, 5-10’ Tráng sạch 2.3.3.2. Hệ thống CIP của phân xƣởng lên men Thùng 1: NaOH 2% Thùng 2: Trimeta HC 2% Thùng 3: Chứa chất sát trùng Oxonia 0,5% Thùng 4: CIP hồi Nguyễn Phi Anh 28 Lớp CB901
  29. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm a. Vệ sinh đường ống, máy lọc, máy chiết. Tráng sơ bộ H2O nóng, 5-10’ Tẩy rửa chính NaOH 2% T0 Tráng sạch thường 60’ H2O lạnh, 15-20’ Khử trùng Oxonia0,5%, T Tráng sạch Hthường2O lạnh 20’, 15 -20’ b. Vệ sinh thiết bị lên men, tank bảo quản men giống. Xả áp, mở van đỉnh đuổi CO2 Tráng sơ bộ H2O thường, 10-15’ Tẩy rửa chính NaOH 2% T0 thường 60’ Tráng sạch H2O thường, 15-20’ Tẩy, trung hòa Trimeta HC 2%, 60’ Tráng sạch H2O thường, 15-20’ Khử trùng Oxonia0,5%, 45’ Tráng sạch H2O lạnh, 15-20’ Nguyễn Phi Anh 29 Lớp CB901
  30. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm PHẦN III: TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM VÀ LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT Nhà máy có năng suất 15 triệu lít/năm với 6 triệu lít bia hơi và 9 triệu lít bia chai. Bia hơi có nồng độ dịch đường trước khi lên men là 10,5˚Bx. Bia chai có nồng độ dịch đường trước khi lên men là 11,5˚Bx. Sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ thay thế là 20% Lập kế hoạch sản xuất Do nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, ở miền Bắc khí hậu có 4 mùa rất khác nhau vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ bia các mùa cũng khác nhau. Mùa hè do thời tiết nóng nực nên nhu cầu sử dụng bia cao, trong khi mùa đông do thời tiết lạnh nhu cầu về bia giảm. Do đó nhà máy phải có kế hoạch sản xuất một cách hợp lý để lượng bia sản xuất ra tiêu thụ hết tránh lãng phí. Bảng kế hoạch sản xuất của nhà máy: Quý I II III IV Tổng năng suất dự kiến (triệu lít) 3 6 3 3 Tính toán thiết bị sẽ được tính theo quý có năng suất lớn nhất: Năng suất lớn nhất một tháng: 6 triệu lít /3(tháng) = 2 triệu lít/ tháng. Năng suất lớn nhất một ngày: 2.000.000/25 = 80.000(lít) Mỗi ngày nấu 4 mẻ, năng suất lớn nhất một mẻ khoảng: 80.000/4 = 20.000(lít) Tỉ lệ bia hơi : bia chai = 2 : 3 Do vậy cứ 2 ngày sản xuất bia hơi thì 3 ngày sản suất bia chai. Trong quá trình sản suất, tổn thất ở các công đoạn là không thể tránh khỏi nên trong quá trình tính toán ta đều phải tính đến lượng tổn thất ở từng công đoạn. Lượng tổn thất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng nguyên liệu, chế độ công nghệ, thiết bị Để đơn giản ta tính cho 100l bia với các giả thiết ban đầu như sau: Nguyễn Phi Anh 30 Lớp CB901
  31. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Chỉ số yêu cầu đối với nguyên liệu: Chỉ số Malt Gạo Độ ẩm % 7% 13% Độ hoà tan 75% 85% Tỷ lệ nguyên liệu 80% 20% - Tổn thất tính theo % của từng công đoạn sản xuất là: Quá trình Tổn thất Nghiền 0,5% so với trọng lượng nguyên liệu Nấu, đường hoá, lọc 2.5% so với chất khô Nấu hoa 10% lượng dịch do nước bay hơi Lắng xoáy và làm lạnh nhanh 2% so với chất khô Lên men chính phụ 4% so với thể tích bia Lọc bia 1% Bão hoà CO2 0,5% Chiết chai 4% Chiết box 1% 3.1. Tính cân bằng sản phẩm cho bia hơi. Để đơn giản ta tính cân bằng cho 100 l bia hơi có nồng độ dịch đường lên men là 10,50Bx 3.1.1. Lƣợng bia và dịch đƣờng qua các công đoạn: * Công đoạn chiết bock: tổn thất là 1% Lượng bia trước khi chiết bock là: 100: ( 1 - 0,01) = 101,01 (l) * Công đoạn sục CO2: tổn thất 0.5% Lượng bia trước khi nạp CO2 là: 101,01: (1 - 0,005) = 101,52 (l) *Công đoạn lọc bia : tổn thất 1% Lượng bia trược khi lọc là : 101,52: ( 1- 0,01) = 102,54 (l) Nguyễn Phi Anh 31 Lớp CB901
  32. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm *Công đoạn lên men chính và lên men phụ: tổn thất 4% Lượng dịch đường trước khi lên men : 102,54: (1 - 0,04) = 106,82 (l) *Công đoạn lắng xoáy: tổn thất 2% Lượng dịch đường trước khi lắng xoáy là: 106.82: ( 1 - 0,02) = 109,00 (l) Do làm lạnh nên nhiệt độ của dịch đường hạ xuống thấp gây nên sự co thể tích. Hệ số co thể tích là 4%. Vì vậy lượng dịch đường ở 100oC là: 109,00 : (1 - 0,04) = 113,54 (l) Dịch đường ở 20oC và 10,5oBx có d = 1.040 kg/l .Khối lượng dịch đường sau khi đun hoa là: 109,00 x 1,040 =113,36 (kg) Lượng chất chiết bằng 10.5%. Khối lượng chất chiết là: 113,36 x 0,105 = 11,90 (kg) * Công đoạn nấu, đƣờng hoá, lọc bã: tổn thất chất chiết 2.5% Lượng chất chiết ban đầu là: 11,90 : (1 - 0,025) = 12,21 (kg). 3.1.2. Tính nguyên liệu cho 100l bia hơi 10.50Bx. Giả sử lượng malt cần dùng là M (kg) Malt có các thông số kỹ thuật sau: + Độ ẩm: w = 7%. +Hệ số hoà tan: 75% +Tỷ lệ sử dụng: 80% malt. +Tổn thất trong khi nghiền: 0,5% Lượng chất chiết thu được từ M (kg) malt là: M*(1 - 0,07)*(1 - 0,005)*0,75 = 0,694M (kg) Gạo có các thông số kỹ thuật sau: + Độ ẩm: W=13%. + Hệ số hoà tan: 85% Nguyễn Phi Anh 32 Lớp CB901
  33. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm + Tỷ lệ sử dụng: 20% malt + Tổn thất trong khi nghiền: 0,5% Vậy lượng gạo cần sử dụng là: M x 0,2/(1 - 0,2) = 0,25M Lượng chất chiết thu được từ gạo là: M x 0,2/(1 - 0,2) x (1 - 0,13) x (1 - 0,005) x 0,850 = 0,184M (kg) Tổng lượng chất chiết là: 0,694M + 0.184M = 0,878M (kg) Lượng chất chiết này tương đương với 12,21kg M=12,21 : 0,878 = 13,9 (kg) Vậy lượng malt dùng cho 100 l bia hơi là M = 13,9 ( kg). Lượng gạo tương ứng là: 13,9 x (20/80) = 3,475 (kg). 3.1.3. Tính lƣợng bã. Lượng chất khô từ malt: 13,9 x (1 - 0,005) x (1 - 0,07) = 12,86 (kg) Lượng chất khô từ gạo: 3,475 x (1 - 0,005) x (1 - 0,13) = 3,01 (kg) Tổng lượng chất khô của malt và gạo: 12,86 + 3,01 = 15,87 (kg) Lượng chất chiết từ malt: 13,9 x (1 - 0,005) x (1 - 0,07) x 0,75 = 9,645 (kg) Lượng chất chiết từ gạo: 3,475 x (1 - 0,005) x (1 - 0,13) x 0,85 = 2,5585 (kg) Tổng lượng chất chiết : 9,645 + 2,5585 = 12,2035 (kg) Tổng lượng bã khô: 15,87 - 12,2035 = 3,6665 (kg) Giả sử bã có độ ẩm 80%. Vậy lượng bã ẩm : Nguyễn Phi Anh 33 Lớp CB901
  34. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 3,6665 : 0,2 = 18,3325 (kg) Trong đó lượng nước 18,3325 - 3,6665 = 14,666 (kg) 3.1.4. Tính lƣợng nƣớc dùng trong quá trình nấu và rửa bã. * Lượng nước trong quá trình hồ hoá +Lượng malt lót 20% .Vậy lượng malt cần bổ sung vào nồi hồ hoá: 3,475 x 0,2 = 0,695 (kg) Lượng nguyên liệu cho vào nồi hồ hoá (quá tình nghiền tổn thất 0.5%): (3,475 + 3,475 x 0,2) x (1 - 0,005) = 4,15 (kg) Tỷ lệ nước: bột = 5:1 Lượng nước cho vào nồi hồ hoá: 4,15 x 5 = 20,75 (l) Nước có sẵn trong nguyên liệu gạo và malt: (3,475 x 0.13 + 3,475 x 0,2 x 0,07) x (1 - 0,005) = 0,5 (kg) = 0,5 (l). Lượng nước có trong nồi hồ hoá: 20,75 + 0,5 = 21,25 (l) Tổng lượng nước và dịch trong nồi hồ hoá : 4,15 + 21,25 = 25,4 (kg) Kết thúc quá trình hồ hoá, lượng nước bay hơi 5% Lượng dịch còn lại trong nồi hồ hoá sau khi đun: 25,4 x (1 - 0,05) = 24,13 (kg). * Lượng nước trong quá trình đường hoá: Tỷ lệ nước: malt = 4:1. Độ ẩm malt 7%. Tổn thất nghiền 0.5% Lượng malt cho vào nồi đường hoá: (13,9 - 0,2 x 3,475 ) x (1- 0,005) = 13,14 (kg). Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu: 13,14 x 0,07 = 0,92 (kg) = 0,92 (l) Lượng nước cho vào nồi đường hoá: 13,14 x 4 = 52,56(l) Lượng nước có trong nồi đường hoá: Nguyễn Phi Anh 34 Lớp CB901
  35. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 52,56 + 0,92 = 53,48 (l) Tổng lượng nước và dịch trong nồi đường hoá : 13,14 + 53,48 = 66,62 (kg) Khi đường hoá chuyển toàn bộ lượng dịch trong nồi hồ hoá sang nồi đường hoá lượng dịch có trong nồi đường hoá là: 24,13 + 66,62 = 90,75 (kg) Sau khi đường hoá, lượng nước bay hơi 4% nên lượng dịch còn lại: 90,75 x (1 - 0,04) = 87,12 (kg) Vậy lượng nước trong dịch đường khi lọc là : 87,12 - (12,86 + 3,01) = 71,25 (kg) Lượng nước trong dịch sau khi đun hoa (dịch có nồng độ 10,5oBx) 109,00 x (1 - 0,105) = 97,56 (kg) Lượng nước trong dịch trước khi đun hoa (lượng nước bay hơi 10% so với Tổng số lượng dịch trước khi đun hoa): 97,56 + (109,00 : 0,9) * 0,1 = 109,67 (kg) = 109.67 (l) Lượng nước rửa bã: Vnước trước khi lọc + Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch đun hoa Vnước rửa bã = 14,666 + 109,67 – 71,25 = 53,086 (l) Tổng lượng nước cho vào hai nồi nấu và đường hoá là: 20,75 + 52,56 = 73,31 (l) Tổng lượng nước dùng trong quá trình nấu và rửa bã là: 73,31 + 53,086 = 126,396 (l) 3.1.5. Tính các nguyên liệu khác: * Lượng hoa houblon sử dụng: Lượng hoa houblon dao động trong khoảng rộng tuỳ thuộc vào loại hoa, chất lượng hoa, độ đắng của hoa. Trong quá trình nấu, hiệu suất trích ly chỉ đạt 30-35% Nếu gọi lực đắng trong hoa là 100% thì trong bia thành phẩm chỉ còn 30%. Bia hơi có độ đắng là 18độ = 18mg/lít = 1,8g/100lít Sử dụng 70% hoa viên 8% ( -axit đắng) và 30% cao hoa (30% -axit đắng). Hiệu suất trích ly là 30%. Lượng chất đắng ban đầu là 1,8/0,3=6 (g/100 lít) Gọi lượng hoa viên sử dụng là: M (g) Nguyễn Phi Anh 35 Lớp CB901
  36. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Lượng cao hoa là: (30/70) x M (g) Lượng chất đắng có trong hoa viên: M x 0,08 (g) Lượng chất đắng có trong cao hoa: M x (30/70) x 0,3 (g) Tổng lượng chất đắng ban đầu là: M x 0,08 + M x (30/70) x 0,3 = 0,2086M (g) Lượng hoa viên sử dụng là: M = 6 / 0,2086 = 28,76 (g) Lượng cao hoa sử dụng là: M = 28,76 x (30 / 70) = 12,33 (g) Bột trợ lọc: thông thường 100 l bia cần 0.073 kg bột trợ lọc 3.1.6. Tính các sản phẩm phụ *Bã malt và gạo: Theo trên đã tính, ta có: Lượng bã malt và bã gạo 80% ẩm = 18,3325 (kg) *Bã hoa: Coi lượng cao hoa hoà tan hoàn toàn. Chỉ tính bã cho lượng hoa viên: Lượng chất khô không hoà tan trong hoa: 70% Độ ẩm bã hoa: 85% Lượng bã hoa là: 28,76 x 0,7 / (1 - 0,85) = 134,21 (g) Lượng nước có trong bã hoa: 134,21 x 0.85 = 114,01 (g) *Cặn lắng: 100kg nguyên liệu có khoảng 1,75kg cặn lắng độ ẩm 80% 100 l bia có lượng nguyên liệu: 13,9 + 3,475 = 17,375 (kg) Lượng cặn lắng cả ẩm: 17,375 x 1,75 / 100 = 0,304 (kg) Lượng cặn lắng khô: 0,304 x 0,2 = 0,0608 (kg) *Bã sữa men Nguyễn Phi Anh 36 Lớp CB901
  37. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Cứ 100l bia cho 2 lít sữa men dộ ẩm 85% Tái sử dụng 50% tương đương: 1(l)/100 (l) bia Còn thải bỏ: 2 - 1 = 1(l)/100 (l) bia *Lƣợng CO2 Phương trình lên men: C12H22O11 + H2O 4.C2H5OH + 4.CO2 342g 176g Lượng dịch trước khi lên men: 106.84(l) có d = 1.040 (kg/l) Khối lượng dịch lên men : 106.84 x 1.040 = 111.11 (kg) Dịch đường có nồng độ 10,5oS. Khối lượng chất chiết: 111.11 x 0.105 = 11.66 (kg) Coi toàn bộ lượng đường là maltoza Hiệu suất lên men 60% Lượng CO2 tạo thành: 11.66 x 176 x 0.60/342 = 3.60 (kg) Lượng CO2 hoà tan trong bia (2g/lbia non) 2 x 102.54 = 205.08 (g) = 0.20508 (kg) Lượng CO2 thoát ra là: 3.60 - 0.205 = 3.395 (kg) o 3 ở 20 C, 1atm, 1m CO2 nặng 1.832kg. Thể tích CO2 bay ra là: 3.395 : 1.832 = 1.853 (m3) Thường chỉ thu hồi được 70%. Thể tích CO2 thu hồi là: 1.853 x 0.7 = 1.29 (m3) Lượng CO2 cần bão hoà thêm để đạt 4.5 (g/l) 4.5 x 101.52- 2 x 101.01 = 254.82 (g) = 0.255 (kg) Thể tích CO2 cần bão hoà thêm là: 0.255 : 1.832 = 0.139 (m3) Nguyễn Phi Anh 37 Lớp CB901
  38. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Bảng 3.1: Bảng cân bằng sản phẩm cho bia hơi. Đơn 20000lít 80000lít 6000000lít STT Sản phẩm 100lít vị (mẻ) (ngày) (1 năm) 1 Malt kg 13,9 2780 11120 834000 2 Gạo kg 3,475 695 2780 208500 3 Hoa viên g 28,76 5752 23008 1725600 4 Cao hoa g 12,33 2466 9864 739800 5 Nước vào nồi hồ hoá l 20,75 4150 16600 1245000 6 Nước vào đường hoá l 52,56 10512 42048 3153600 7 Nước rửa bã l 53,086 10617,2 42468,8 3185160 8 Bột trợ lọc kg 0.073 14.6 58.4 4380 9 Bã ẩm kg 18,333 3666,6 14666 1099980 10 Bã hoa g 134,21 26842 107368 8052600 11 Cặn lắng kg 0,304 60,8 243,2 18240 12 Sữa men thu hồi l 2 400 1600 120000 13 Sữa men thải bỏ l 1 200 800 60000 3 14 CO2 thoát ra m 1,853 370.6 1582,4 111180 3 15 CO2 thu hồi m 1,290 258 1032 77400 16 Men giống l 10,684 2136.8 8547,2 641040 17 Men sữa tái sử dụng l 1 200 800 60000 18 Dịch đường vào lắng l 113,53 22706 90824 6811800 19 Dịch đường lên men l 106,82 21364 85456 6409200 20 Bia non l 102,54 20508 82032 615240 21 Bia sau lọc l 101,52 20304 81216 6091200 22 Bia đó bão hoà CO2 l 101,01 20202 80808 6060600 Nguyễn Phi Anh 38 Lớp CB901
  39. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 3.2. Tính cân bằng sản phẩm cho bia chai 3.2.1. Tính lƣợng bia và lƣợng dịch đƣờng qua các công đoạn. -Công đoạn chiết chai: Tổn thất 4% Lượng bia trước khi chiết chai là : 100 : (1 – 0,04) = 104,17 (l) -Công đoạn sục CO2 : Tổn thất 0,5% Lượng bia trước khi nạp CO2 là: 104,17 : (1 – 0,005) = 104,69 (l) -Công đoạn lọc bia: Tổn thất 1% Lượng bia trước khi lọc là: 104,69 : (1 – 0,01) = 105,75 (l) -Công đoạn lên men chính và lên men phụ: Tổn thất 4% Lượng dịch đường trước khi lên men là: 105,75 : (1 – 0,04) = 110,16 (l) -Công đoạn lắng xoáy: Tổn thất 2% Lượng dịch đường trước khi trước khi lắng xoáy là: 110,16 : (1 – 0,02) = 112,41 (l) Do làm lạnh nên nhiệt độ của dịch đường hạ xuống thấp nên có sự co thể tích. Hệ số co thể tích 4%. Vì vậy dịch đường ở 100 0C là: 112,41 : (1 – 0,04) = 117,09 (l) Dịch đường ở 200C và nồng độ 11,5% có d=1,046 kg/l Khối lượng dịch đường sau khi đun hoa là: 112,41 x 1,046 = 117,58 (kg) Lượng chất chiết bằng 11,5%. Khối lượng chất chiết là: 117,58 x 0,115 = 13,52 (kg) Công đoạn nấu, đường hóa, lọc bã: Tổn thất chất chiết 2,5% Lượng chất chiết ban đầu là: 13,52 : (1 – 0,025) = 13,87 (kg). 3.2.2. Tính lƣợng gạo, malt cho 100l bia chai 11,5o Bx Gọi lượng malt cần để sản xuất 100l bia chai là M(kg) thì: Lượng gạo cần: M x 0,2/ (1-0,8) = 0,25M (kg). Lượng chất chiết thu được từ M(kg) malt là: Nguyễn Phi Anh 39 Lớp CB901
  40. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm M.(1-0,005).(1-0,07).0,75 = 0,694M(kg) Lượng chất chiết thu được từ gạo là: 0,25M.(1-0,005).(1-0,13).0,85 = 0,184M(kg) Tổng lượng chất chiết thu được là: 0,694M + 0,184M = 0,878M (kg) Lượng chất chiêt này tương ứng với 13,87 kg Ta có: 0,878M = 13,87(kg) M = 15,80 Suy ra: Lượng malt cần là M = 15,80(kg) Lượng gạo cần là 15,80 x (20/80) = 3,95(kg) 3.2.3. Tính lƣợng bã Lượng chất khô từ malt : 15,80 x (1-0,005) x (1-0,07) = 14,62 (kg) Lượng chất khô từ gạo : 3,95 x (1-0,005) x (1-0,13) = 3,42 (kg) Tổng lượng chất khô là : 14,62 + 3,42 = 18,04 (kg) Lượng chất chiết từ malt : 14,62 x 0,75 = 10,965 (kg) Lượng chất chiết từ gạo : 3,42 x 0,85 = 2,907 (kg) Tổng lượng chất chiết là : 10,965 + 2,907 = 13,872 (kg) Tổng lượng bã khô là : 18,04 – 13,872 = 4,168 (kg) Nếu giả sử bã có độ ẩm 80%. Suy ra lượng bã ẩm là : 4,168 : ( 1- 0,8 ) = 20,84 (kg) Trong đó lượng nước sẽ là : 20,84 – 4,168 = 16,672 (kg). Nguyễn Phi Anh 40 Lớp CB901
  41. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 3.2.4. Tính lƣợng nƣớc dùng trong quá trình nấu và rữa bã 3.2.4.1. Lƣợng nƣớc dùng trong quá trình hồ hóa Lượng mat lót 20%. Vậy lượng malt cần bổ xung vào là: 3,95 x 0,2 = 0,79 (kg) Lượng nguyên liệu cho vào nồi hồ hóa ( nghiền tổn thất 0,5%) ( 3,95+0,79) x (1-0,005) = 4,72 (kg) Tỷ lệ nước : bột = 5 : 1 Lượng nước cho vào nồi là : 4,72 x 5 = 23,6 (l) Nước có sẵn trong nguyên liệu gạo và malt (3,95 x 0,13 + 3,95 x 0,2 x 0,07) x (1-0,005) = 0,57 (kg) = 0,57 l Lượng nước có trong nồi hồ hóa 23,6 + 0,57 = 24,17 (l) Tổng lượng nước và dịch trong nồi hồ hóa 4,72 + 24,17= 28,89 (kg) Kết thúc quá trình hồ hóa, lượng nước bay hơi 5% Lượng dịch còn lại trong nồi hồ hóa sau khi đun là : 28,89 x (1-0,05) = 27,45 (kg) 3.2.4.2. Lƣợng nƣớc trong quá trình đƣờng hóa Tỷ lệ malt : nước = 4 : 1 Độ ẩm malt 7%, tổn thất nghiền 0,5% Lượng malt cho vào nôi đường hóa là : (15,80-0,2 x 3,95) x (1-0,005) = 14,94 (kg) Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu : 14,94 x 0,07 = 1,05 (kg) = 1,05 (l) Lượng nước cho vào nồi đường hóa : 14,94 x 4 = 59,76 (l) Lượng nước có trong nồi đường hóa: 59,76 + 1,05 = 60,81 (l) Nguyễn Phi Anh 41 Lớp CB901
  42. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Tổng lượng nước và dịch có trong nồi đường hóa: 14,94 + 60,81= 75,75 (l) Khi chuyển toàn bộ lượng dịch trong nồi hồ hóa sang nồi đường hóa thì lượng dịch trong nồi đường hóa sẽ là: 27,45 + 75,75 = 103,2 (kg) Sau khi đường hóa lượng nước bay hơi 4% nên lượng dịch còn lại la : 103,2 x (1-0,04) = 99,072 (kg) Lượng nước trong dịch đường khi lọc là : 99,072 – (14,62+3,42) = 81,032 (kg) Lượng nước trong dịch đường sau khi đun hoa có nồng độ 11,5 Bx là : 117,09 x (1-0,115) = 103,63 (kg) Lượng nước trong dịch trước khi đun hoa ( lượng bay hơi 10%) 103,63+(117,09 : 0,9) x 0,1 = 116,64 (kg) = 116,64 (l) Lượng nước rữa bã : Vnước trước khi lọc + Vnước rữa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch đun hoa Suy ra : Vnước rữa bã = 16,672 + 116,64 – 81,032 = 52,28 (l) Tổng lượng nước cho vào cả nồi nấu và đường hóa là : 23,6 + 59,76 = 83,36 (l) Tổng lượng nước dùng cho quá trình nấu và rữa bã là : 83,36 + 52,28 = 135,64 (l) 3.2.4.3. Tính các nguyên liệu khác a. Tính lượng hoa houblon sử dụng Lượng hoa houblon dao động trong khoảng rộng tuỳ thuộc vào loại hoa, chất lượng hoa, độ đắng của hoa. Trong quá trình nấu, hiệu suất trích ly chỉ đạt 30-35% Nếu gọi lực đắng trong hoa là 100% thì trong bia thành phẩm chỉ cũng chỉ còn khoảng 30%. Bia chai có độ đắng là 22 độ = 22 mg/l = 2,2 g / 100 (l) Sử dụng 70% hoa viên (8% -axit đắng) và 30% cao hoa (30% -axit đắng). Hiệu suất trích ly là 30%. Lượng chất đắng ban đầu là 2.2 / 0.3 = 7.3 (g/100l) Gọi lượng hoa viên sử dụng là M (g). Lượng cao hoa là (30/70) x M (g) Lượng chất đắng có trong hoa viên: M x 0.08(g) Nguyễn Phi Anh 42 Lớp CB901
  43. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Lượng chất đắng có trong cao hoa: M x (30/70) x 0.3 (g) Tổng lượng chất đắng ban đầu là: M x 0.08 + M x (30/70) x 0.3 = 0.2086M(g) Lượng hoa viên sử dụng là: M = 7.3 / 0.2086 = 35.14 (g) Lượng cao hoa sử dụng là: M = 35.14 x (30/70) = 15.06 (g) b. Tính lượng nấm men Lượng dịch trước khi lên men: 110.16 (l) Lượng men đưa vào: 110,16 x 10% = 11,02 (l) c. Bột trợ lọc Thông thường 100 l bia cần 0.073 kg bột trợ lọc 3.2.4.4. Tính các sản phẩm phụ a. Bã malt và gạo: Theo trên đó tính, ta có: Lượng bã malt và bã gạo 80% ẩm = 20,84 (kg) b. Bã hoa: Coi lượng cao hoa hoà tan hoàn toàn. Chỉ tính bã cho lượng hoa viên: Lượng chất khô không hoà tan trong hoa: 70% Độ ẩm bã hoa: 85% Lượng bã hoa là: 35,14 x 0,7 / ( 1- 0,85) = 163,99 (g) Lượng nước có trong bã hoa: 163,99 x 0,85 = 139,39 (g) c. Cặn lắng 100kg nguyên liệu có khoảng 1.75kg cặn lắng độ ẩm 80% 100 lít bia có lượng nguyên liệu: 15,80 + 3,95 = 19,75 (kg) Lượng cặn lắng cả ẩm: 19,75 x 1,75/100 = 0,35 (kg) Lượng cặn lắng khô: 0,35 x 0,2 = 0,07 (kg) Nguyễn Phi Anh 43 Lớp CB901
  44. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm d. Bã sữa men Cứ 100l bia cho 2 lít sữa men độ ẩm 85% Tái sử dụng 50% tương đương 1lít/100 lít bia Còn thải bỏ: 2 - 1 = 1 (l) / 100l bia e. Lượng CO2 Phương trình lên men: C12H22O11 + H2O 4C2H5OH + 4CO2 342g 176g Lượng dịch trước khi lên men: 110.16 (l) có d = 1.046 g Lượng men đưa vào: 110,16 x 10% = 11,02 (l) Khối lượng dịch lên men: 110,16 x 1,046 = 115,23 (kg) Dịch đường có nồng độ 12 0Bx. Khối lượng chất chiết: 115,23 x 0,115 = 13,251 (kg) Coi toàn bộ lượng đường là maltoza Hiệu suất lên men 60% Lượng CO2 tạo thành: 13,251 x 176 x 0.6 / 342 = 4,092 (kg) Lượng CO2 hoà tan trong bia (2g/l bia non) 2 x 105.75 = 211.5 (g) = 0.211 (kg) Lượng CO2 thoát ra là: 4,092 - 0,211 = 3,881 (kg) o 3 ở 20 C, 1atm, 1m CO2 nặng 1.832 kg. Thể tích CO2 bay ra là: 3,881 : 1.832 = 2,12 (m3) Thường chỉ thu hồi được 70%. Thể tích CO2 thu hồi là: 2,12 x 0.7 = 1,484(m3) Lượng CO2 cần bão hòa thêm để đạt 4.5g/l 4.5 x 105.75 - 2 x 104.69 = 266.495 (g) = 0.266kg Thể tích CO2 cần bão hòa thêm là: 0.266 / 1.832 = 0.145 (m3) Nguyễn Phi Anh 44 Lớp CB901
  45. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Bảng 3.2: Bảng cân bằng sản phẩm cho bia chai STT Sản phẩm Đơn 100l 20000l 80000l 9000000 vị (mẻ) (ngày) (1 năm) 1 Malt kg 15,8 3160 12640 1422000 2 Gạo kg 3,95 790 3160 355500 3 Hoa viên g 35,14 7028 28112 3162600 4 Cao hoa g 15,06 3012 12048 1355400 5 Nước vào nồi hồ hoá l 23,6 4720 18880 2124000 6 Nước vào đường hoá l 59,76 11952 47808 5378400 7 Nước rửa bã l 52,28 10456 41824 4705200 8 Bột trợ lọc kg 0,073 14,6 58,4 6570 9 Bã ẩm kg 20,84 4168 16672 1875600 10 Bã hoa g 163,99 32798 131192 14759100 11 Cặn lắng kg 0,36 72 288 32400 12 Sữa men thu hồi l 2 400 1600 180000 13 Sữa men thải bỏ l 1 200 800 90000 3 14 CO2 thoát ra m 2,22 444 1776 199800 3 15 CO2 thu hồi m 1,554 310,8 12432 139860 16 Men giống l 11,02 2204 8816 991800 17 Men sữa tái sử dụng l 1 200 800 90000 18 Dịch đường vào lắng l 117,09 23418 93672 10538100 19 Dịch đường lên men l 110,16 22032 88128 9914400 20 Bia non l 105,75 21150 84600 9517500 21 Bia sau lọc l 104,69 20938 83752 9422100 22 Bia đó bão hoà CO2 l 104,17 20834 83336 9375300 Nguyễn Phi Anh 45 Lớp CB901
  46. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm PHẦN IV : TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ Việc tính toán và chọn thiết bị trong quá trình sản xuất phải đảm bảo nguyên tắc đáp ứng yêu cầu về năng suất của nhà máy và chỉ tiêu kỹ thuật cũng như chỉ tiêu về kinh tế. Theo kế hoạch sản xuất của nhà máy và cân bằng sản phẩm cho tháng bia cao nhất của năm để chọn kích thước thiết bị. Dựa theo tính toán ở trên, ta sẽ tính toán kích thước thiết bị cho sản xuất bia chai Lượng nguyên liệu dùng cho 1 mẻ nấu nhiều nhất (20000 lít): - Malt: 3160 kg - Gạo: 790 kg - Hoa viên: 7,028 kg - Cao hoa: 3,012 kg - Nước cho vào nồi hồ hóa: 4720 lít - Nước cho vào nồi đường hóa: 11952 lít - Nước rửa bã: 10456 lít 4.1. Thiết bị trong khu nghiền. 4.1.1. Cân Nguyên liệu được cân theo từng mẻ. - Chọn cân gạo và malt lót có khả năng cân cao nhất 1000 kg, độ chính xác 0,5 kg - Cân malt dùng cân điện tử được gắn với xylo, xylo có kích thước: đường kính 1,6m, cao 2m, đáy côn 60o chứa được khoảng 1500kg malt. 4.1.2. Gầu tải  Gầu tải gạo chưa nghiền có năng suất 2000 kg/h Chọn 01 gầu tải tải gạo chưa nghiền có năng suất vận chuyển 2000 kg/h có thông số kỹ thuật: - Kích thước: rộng 200mm, cao 4000mm - Vận tốc kéo 1,2-1,4m/s - Công suất động cơ 1 KW  Gầu tải gạo đã nghiền có năng suất 2000 kg/h Chọn 01 gầu tải tải gạo đã nghiền có năng suất vận chuyển 2000 kg/h có thông số kỹ thuật: Nguyễn Phi Anh 46 Lớp CB901
  47. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Kích thước: rộng 200mm, cao 6000mm - Vận tốc kéo 1,2-1,4m/s - Công suất động cơ 1,5 KW  Vít tải gạo đã nghiền 2500 kg/h Chọn 01 vít tải gạo đã nghiền có năng suất vận chuyển 2500 kg/h có thông số kĩ thuật sau: - Kích thước: Rộng 200mm, Dài 2500mm. - Công suất động cơ 1 KW.  Gầu tải malt chưa nghiền có năng suất 5000 kg/h. Chọn 01 gầu tải malt chưa nghiền có năng suất vận chuyển 5000 kg/h có thông số kỹ thuật: - Kích thước: rộng 500mm, cao 4000mm - Vận tốc kéo 1,2-1,4m/s - Công suất động cơ 2.5 KW 4.1.3. Máy nghiền malt. Chọn máy nghiền malt ướt có các thông số kỹ thuật sau: - Năng suất 5000kg/h - Công suất động cơ: 8 KW/h - Vật liệu chế tạo: thép không gỉ chịu mài mòn - Kích thước thiết bị: dài 1000mm, rộng 800mm, cao 3500mm - Kích thước trục nghiền: đường kính 300mm, dài 600mm - Số đôi trục: 2 4.1.4. Máy nghiền gạo. Chọn máy nghiền gạo là máy nghiền búa có các thông số kỹ thuật sau: - Năng suất : 2000 kg/h - Công suất máy: 6 KW/h - Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, chiều rộng 250mm - Kích thước máy: dài 1850mm, rộng 1600mm, cao 1650mm 4.1.5. Máy nghiền malt lót. Chọn máy nghiền malt lót là máy nghiền khô, nghiền trục, năng suất 500 kg/h. 4.1.6. Thiết bị khác. Nguyễn Phi Anh 47 Lớp CB901
  48. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Xylo chứa gạo chưa nghiền: 1,5 m3 - Xylo chứa gạo đã nghiền: 1,5 m3 - xylo chứa malt chưa nghiền: 4 m3 4.2. Thiết bị trong nhà nấu 4.2.1. Nồi hồ hoá - Lượng gạo sử dụng cực đại cho 1 mẻ là : 790 kg/ mẻ - Nghiền tổn thất 0,5 % - Lượng gạo trong nồi hồ hoá là : 790 x 0,995 = 786,05 (kg) - Lượng malt lót 20% so với gạo 790 x 0,2 x 0,995 = 157,21 (kg) - Lượng nước cho vào nồi hồ hoá theo tỷ lệ 5 : 1 so với nguyên liệu ( 786,05 + 157,21) x 5 = 4716,3 (l) - Khối lượng trong nồi hồ hoá 786,05 + 157,21 + 4716,3 = 5659,56 (kg) - Khối lượng riêng của hỗn hợp bột nước là: d = 1,08 kg/l - Thể tích hỗn hợp trong nồi hồ hoá là: 5659,56 / 1,08 = 5240,33 (l) - Thể tích sử dụng của thùng là 75% Thể tích thực của thùng là 5240,33 / 0,75 = 6987,11 (l) - Chọn nồi hồ hoá là thiết bị hai vỏ thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp hình nún làm bằng thép không gỉ, có các thông số sau: H = 0.6 D; h1 = 0.2D; h 2 = 0.15 D; r = 0,5D h2 D H h1 Nguyễn Phi Anh 48 Lớp CB901
  49. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Thể tích nồi V = V( Trụ) + V( nắp) + V( dáy) = 0.614D3 2 2 2 2 V = H* D /4 + (h1 + 3r )* h1/6 + h2* D /4*3 V = 0,593*D3 D = ( V/ 0,593)1/3 D = (6987,11/0,593)1/3 = 2,275 m; Lấy D = 2,3m Vậy kích thước nồi hồ hoá: D = 2300mm; H = 1380mm; h1 = 460mm; h2 = 345mm Phần vỏ dày 100 mm, do đó đường kính ngoài của thiết bị là : D ng = 2300 + 2*100 = 2500 mm; Chiều cao phần hai vỏ: H = 1380mm. Thể tích thực của thùng: V = 0,593*D3 = 0,593*2,33 = 7,22 (m3) Đặc tính của cánh khuấy: - Chọn cánh khuấy cong có đường kính = 0.8D = 2080 mm; - Số vòng quay của cánh khuấy: 30 vòng / phút - Động cơ cánh khuấy 10 Kw; - Diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5 m2/ m 3 dịch F= 0,5 * 7,5 = 3,75 ( m2); 4.2.2. Nồi đƣờng hoá Lượng dịch cháo bơm sang nồi đường hoá là: 5490 (kg) Lượng malt sử dụng cực đại cho 1 mẻ là : 3160 kg/ mẻ Lượng malt lót : 158 kg Nghiền tổn thất 0.5 % Lượng malt trong nồi đường hoá là : (3160 – 158)*0,995 = 2987 (kg) Lượng nước cho vào nồi đường hoá theo tỷ lệ 4: 1 so với nguyên liệu 2987*4 = 11948 (l) Khối lượng trong nồi đường hoá 5659,56 + 11948 + 2987 = 20594,56 (kg) Nguyễn Phi Anh 49 Lớp CB901
  50. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Khối lượng riêng của hỗn hợp bột nước là d = 1,08 kg/l Thể tích hỗn hợp trong nồi đường hoá là : 20594,56/ 1,08 = 19069 (l) Thể tích sử dụng của thùng là 75% Thể tích của thùng là 19069 / 0,75 = 25,435 (m3 ) h2 D H h1 Chọn nồi đường hoá là thiết bị hai vỏ thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp hình nún làm bằng thép không gỉ, có các thông số sau: H = 0.6 D; h1 = 0.2D; h 2 = 0.15 D;r = 0.5D Thể tích nồi V = V( Trụ) + V( nắp) + V( dáy) 2 2 2 2 V = H* D /4 + (h1 + 3r )* h1/6 + h2* D /4*3 V = 0,593*D3 D = ( V/ 0,593)1/3 = 3,501 m; Lấy D = 3,60m Vậy kích thước nồi đường hoá: D = 3600mm; H = 2160mm; h1 = 720mm; h2 = 540mm. Phần vỏ dày 100 mm, do đó đường kính ngoài của thiết bị là : 3600 + 2x100 = 3800 mm; Chiều cao phần hai vỏ:H = 2160 mm; Đặc tính cánh khuấy; - Chọn cánh khuấy cong có đường kính = 0,8D = 2880 mm; Nguyễn Phi Anh 50 Lớp CB901
  51. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Số vòng quay của cánh khuấy 30 vòng / phút - Động cơ cánh khuấy 15 Kw; - Diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5 m2/ m 3 dịch F= 0,5x19,8 = 9,9 ( m2) 4.2.3. Thùng lọc đáy bằng: h2 D H Thùng đáy bằng, thân trụ, nắp nón h2 = 0,15D. Khối lượng bã malt và gạo tương ứng với một mẻ nấu là: 4168 (kg) Khối lượng riêng của bã là: 0,75kg/l Thể tích bã là: 4168 / 0,75 = 5558 (l). Muốn quá trình lọc xảy ra bình thường thì chiều cao lớp bã vào khoảng 0,3–0,5m Chọn chiều cao lớp bã là: 0,5m Diện tích đáy lọc: S = 5,558 / 0,5 = 11,116 (m2) Đường kính thùng lọc là: S = D2/4 suy ra D = (4*S/ )1/2 D = (4*11,116/3,14)1/2 = 3,77 (m) Quy chuẩn: D = 3,8m. Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng là: Dng = 3,8 + 2*0,1 = 4,0 (m). Nắp nún: h2 = 0,15D = 0,15*3,8 = 0,57 (m) Diện tích đáy lọc thực tế: S = D2/4 = *3,82/4 = 11,34 (m2) Khối lượng dịch còn lại sau đường hóa: 20594,56*0,96 = 19771 (kg) Thể tích dịch còn lại sau đường hóa: 19771 / 1,08 = 18306,3 (l) Chiều cao của lớp dịch lọc trong nồi:18,306/11,34 = 1,62 (m) Nguyễn Phi Anh 51 Lớp CB901
  52. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Thể tích sử dụng của thùng là 70%. Thể tích của thùng: V = 18,306 / 0,7 = 26,16 (m3) 2 2 V = H* D /4 + h2* D /4*3 H = 2,12 (m) Chiều cao thân trụ: H = 2,12m Đáy giả cách đáy thật 2cm, chiều cao thùng phần thân trụ của thùng là: H = 2,12 + 0,02 = 2,14 (m). Cửa xả bã được thiết kế có đường kính 45cm được đóng mở bằng động cơ điện. Bã xả ra được vít tải đẩy sang xylo chứa. Nồi hai vỏ, thân trụ, đáy phẳng: 2 - S = 11,34m , D = 3,8m, H = 2,14m, h2 = 0,57m, Dng = 4,0m. - Đường kính d = 0,8D = 3,04m - Cánh khuấy có tốc độ gạt bã 6 vòng/ph. - Động cơ có công suất: 7,5Kw 4.2.4. Nồi nấu hoa - Thể tích dịch sau khi nấu hoa là : 117,09/ 100 lít bia - Thể tích dịch sau 1 mẻ nấu là: 23418 lít - Trong quá trình nấu tổn thất do bay hơi là 10% , vậy thể tích dịch trước khi nấu hoa là: 23418/ 0.9 = 26020 (l) = 26,02(m3); - Hệ số đổ đầy thùng là 70% vì khi sôi ở nhiệt độ cao thì dịch sẽ bị bồng lên. Vậy thể tích nồi là: V = 26,02 / 0,7 = 37,17 (m3). Chọn thiết bị đun hoa hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp hình nún, có H = 1,2D; h1 = 0.2D; h 2 = 0.15 D; r =0,5D h2 D H h1 Nguyễn Phi Anh 52 Lớp CB901
  53. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Thể tích nồi V = V( Trụ) + V( nắp) + V( dáy) 2 2 2 2 V = H* D /4 + (h1 + 3r )* h1/6 + h2* D /4*3 V = 1,064*D3 D = ( V/ 1,064)1/3 = 3,27 m; Lấy D = 3,30m Phần vỏ dày 100 mm, do đó đường kính ngoài của thiết bị là:Dng = 3,5m Vậy kích thước nồi nấu hoa: D = 3300mm; H = 3960mm; h1 = 660mm; h2 = 495mm; Dng = 3500mm. Thể tích thực của nồi: V = 1,064*3,33 = 38,24 (m3) Nồi nấu hoa sử dụng ống truyền nhiệt trung tâm, chất tải nhiệt xung quanh ống, dịch đi qua ống. Chọn ống truyền nhiệt có đường kính d = 50 mm, số hìng lục giác là 4,Số ống bố trí trên đường xuyên tâm của hình lục giác là: b = 9. Tổng số ống là: 3 * 42 +3 * 4 +1 = 61 ống Đường kính chùm ống là D = t* (b - 1) +4*d Trong đó t là khoảng cách giữa hai tâm ống, t = (1.2-1.5)d D = ( 1.5 * 0.0 5) * (9 - 1) + 4 *0.05 = 0.8( m); Diện tích bề mặt truyền nhiệt 1m2/ m 3 dịch F= 1*26,02 = 26,02 ( m2) Chiều dài của toàn bộ ống truyền nhiệt là: L = F/ .d = 26,02/ .0.05 = 165,65 (m) Chiều dài của một ống là: L = L/n = 165,65/61 = 2,72 (m). 4.2.5. Thùng lắng xoáy: Thùng lắng xoáy là một nồi hình trụ, dịch đường được bơm theo phương tiếp tuyến. Đáy bằng hơi nghiêng 2˚. Lượng dịch đưa vào lắng xoáy là: 23418 (l) Hệ số sử dụng của thùng là 75%. Vậy thể tích của thùng là: V = 23418/0,75 = 31,22 (m3) Nguyễn Phi Anh 53 Lớp CB901
  54. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Chọn thùng có các thông số: H = 1D; h2 = 0.15D. h2 D H 2 2 Thể tích thùng: V = H* D /4 +h2* D /12 V = 0,825D3 D = (V/0,825)1/3 = 3,36 (m) Chọn D = 3400mm Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm Đường kính ngoài thùng lắng xoáy: D = 3400 + 2x100 = 3600 Vậy kích thước của thùng lắng xoáy: D = 3600mm; H = 3400mm; h2 = 510mm Thể tích thực của thùng: V = 0,825*D3 = 0,825*3,43 = 32,43 (m3) Ống hơi, cửa quan sát Các nồi nấu, lọc, lắng xoáy đều có ống thông hơi đường kính bằng khoảng 0,1D và bằng 400mm. Các nồi đều có cửa quan sát có kích thước: 500mm ,có lắp hệ thống đèn quan sát. 4.2.6. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí.  Chọn thiết bị lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản, một cấp. Lượng dịch đường đưa vào lên men là 22950 lít Thời gian làm lạnh nhanh: 1,5 giờ. Hệ số sử dụng thiết bị là 0,9. Vậy năng suất thực của máy cần: N = 22,95 / (1,5 * 0,9) = 17 m3 Nguyễn Phi Anh 54 Lớp CB901
  55. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Chọn thiết bị làm lạnh nhãn hiệu APV có các thông số kỹ thuật sau: - Năng suất 20 m3/h. - Nhiệt độ dịch vào 900C, nhiệt độ dịch ra 80C - 90C - Nhiệt độ nước vào 2 0C, nhiệt độ nước ra 70 - 800C - Kích thước : 1500 x 800 x 1500 mm - Bề mặt làm việc của bản: 61,9 m2 - Vận tốc sản phẩm : 0,9 m/s - Lưu lượng chất tải lạnh: 17 m3 /h - Số lượng bản: 215 bản - Khối lượng máy: 560 kg.  Thiết bị sục khí vào dịch đường. Bao gồm : - Bộ lọc sạch và vô trùng không khí - Bộ phận sục khí vào dịch đường - Các phụ kiện kèm theo( van, ống lưu lượng, van giảm áp) Chọn thiết bị sục khí có bộ phận khử trùng bằng tia cực tím. 4.2.7. Bơm Trong phân xưởng nấu cần thiết phải dùng các loại bơm để vận chuyển dịch đường và nước. Thông thường người ta dùng bơm li tâm do bơm li tâm có các ưu điểm: Bơm làm việc ổn định , có năng suất lớn, bền, dễ chế tạo a. Bơm từ nồi hồ hóa sang nồi đường hóa. Thể tích nồi hồ hóa : 7,72 m3 Thời gian bơm khoảng 15 phút Năng suất của bơm cần đạt: N = (7,72 / 15 ) x 60 = 30,88 (m3 /h) Chọn bơm có năng suất : 40 (m3 /h) Công suất động cơ : 5,5 Kw Chiều cao bơm lên : 8m Đường kính ống hút đẩy : 75/48 Kích thước : 900 x 570 x 907mm Khối lượng : 85kg Nguyễn Phi Anh 55 Lớp CB901
  56. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm b. Bơm từ nồi đường hóa sang thùng lọc. Thể tích nồi đường hóa : 19,83 m3 Thời gian bơm khoảng 30 phút Năng suất của bơm cần đạt: N = (19,83 / 30 ) x 60 = 39,66 (m3 /h) Chọn bơm có năng suất : 40 (m3 /h) Công suất động cơ : 5,5 Kw Chiều cao bơm lên : 8m Đường kính ống hút đẩy : 75/48 Kích thước : 900 x 570 x 907mm Khối lượng : 128kg c. Bơm dịch từ thùng lọc sang nồi nấu hoa. Thể tích thùng lọc bơm sang nồi hoa bàng thể tích dịc có trong nồi hoa trước khi nấu là : 26,02 m3 Thời gian bơm bằng thời gian lọc : khoảng 180 phút Năng suất của bơm cần đạt: N = (26,02 / 180 ) x 60 = 8,67 (m3 /h) Chọn bơm có năng suất : 20 (m3 /h) Công suất động cơ : 1,5 Kw Chiều cao bơm lên : 7m Đường kính ống hút đẩy : 42/50 Kích thước : 825 x 375 x 450mm Khối lượng : 85kg d.Bơm dịch từ nồi nấu hoa sang thùng lắng xoáy. Thể tích nồi nấu sau khi đun hoa : 23,42 m3 Thời gian bơm khoảng 25 phút Năng suất của bơm cần đạt: N = (23,42 / 25 ) x 60 = 56,2 (m3 /h) Chọn bơm có năng suất : 60 (m3 /h) Công suất động cơ : 6 Kw Chiều cao bơm lên : 7m Đường kính ống hút đẩy : 75/50 Nguyễn Phi Anh 56 Lớp CB901
  57. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Kích thước : 1358 x 570 x 907mm Khối lượng : 210kg e. Bơm từ nấu hoa sang thùng trung gian Chọn bơm giống như bơm dịch từ nấu hoa sang lằn xoáy: Chọn bơm có năng suất : 60 (m3 /h) Công suất động cơ : 6 Kw Chiều cao bơm lên : 7m Đường kính ống hút đẩy : 75/50 Kích thước : 1358 x 570 x 907mm Khối lượng : 210kg h. Bơm dịch từ thùng lắng xoáy sang thiết bị làm lạnh nhanh. Thể tích nồi lắng xoáy : 23,42 m3 Thời gian bơm khoảng 90 phút Năng suất của bơm cần đạt: N = (23,42 / 90 ) x 60 = 15,6 (m3 /h) Chọn bơm có năng suất : 20 (m3 /h) Công suất động cơ : 1,5 Kw Chiều cao bơm lên : 7m Đường kính ống hút đẩy : 42/50 Kích thước : 825 x 375 x 450mm Khối lượng : 85kg. 4.2.8. Thùng nƣớc nóng, thùng nƣớc lạnh. Lượng nước nóng được dùng để rửa bã và vệ sinh thiết bị. Mỗi nồi cần: 500 lít nước nóng vệ sinh. Vậy lượng nước nóng dùng cho 4 nồi là : 500 x 4 = 2000 (lít) Lượng nước đưa vào nấu, đường hoá, rửa bã cho 1 mẻ là: 4720 + 11952 + 10456 = 27128 (lít) Vậy lượng nước nóng cần cho một mẻ là: 2000 + 27128= 29128 (l) hay 29,2 (m3). Nguyễn Phi Anh 57 Lớp CB901
  58. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 2 thùng chứa được lượng nước dùng cho 2 mẻ nấu, mỗi thùng chứa 29,2 m3. Hệ số sử dụng thùng nước nóng 80%.Vậy thể tích thùng là: V = 29,2 / 0,8 = 36,5 (m3 ) Chọn thùng hình trụ, đỉnh và chóp chỏm cầu. Các thông số: H = 2D; h1 = 0,2D; h 2 = 0,15 D. Thể tích nồi = V( Trụ)+ V( nắp) +V( dáy) = 2.107D3 D = ( V/ 1,613 )1/3 = ( 36,5/ 1,613 )1/3 = 2,83 (m); Lấy D = 2,9 (m) Phần vỏ dày 100 mm, do đó đường kính ngoài của thùng nước nóng là: Dng = 3100 mm Vậy kích thước thiết bị đun nước nóng: D = 2900mm; H = 5800mm; h1 = 580mm; h2 = 435mm; Dng = 3100mm. Thể tích thực của thùng: V = 1,613 x 2,93 = 39,34 (m3) Diện tích bề mặt truyền nhiệt 1m2/ m 3 nước: F= 1 x 39,34 = 39,34 ( m2) Thùng chứa nước lạnh có kích thước như thùng nước nóng 4.2.9. Hệ thống CIP Chọn thùng hình trụ làm bằng thép không gỉ, gồm: - Thùng NaOH 2 %: 01 thùng - Thùng chứa nước nóng: 01 thùng - Thùng axit Trimeta HC 2%: 01 thùng - Thùng hồi CIP: 01 thùng Mỗi mẻ nấu lượng nước rửa CIP thường = 5 - 8% thể tích thùng, chọn thiết bị nấu hoa làm chuẩn vì nó có thể tích lớn nhất V = 38,24*0.08 = 3.059 (m3). Hệ số sử dụng của các thùng CIP là 80 % nên thể thích mỗi thùng cần đạt là: V = 3,058 / 0,8 = 3,824 (m3). Nguyễn Phi Anh 58 Lớp CB901
  59. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Thùng CIP hình trụ, đáy hình chóp nón, đỉnh hình cầu có H = 1,2 D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D 3 V thùng = 1,055 D = 3,824 D = 1,54 m Chọn đường kính thùng: D = 1600mm H = 1920mm; h1 = 280mm; h2 = 240mm Thể tích thùng CIP: V = 1,055*1,63 = 4,32 (m3). 4.3. Thiết bị trong phân xƣởng lên men 4.3.1. Tank lên men. Chọn thùng lên men có thể chứa đủ cho một ngày sản xuất. Thể tích dịch đường của một ngày là: h4 h3 D h2 h1 V = 88128(lít) = 88,2(m3) Gọi: 3 - Vh là thể tích hữu ích của thùng lên men (m ) - D là đường kính trong của thiết bị (m) - h1 : chiều cao phần nón (m); h1 = 0,866D - h2 : chiều cao phần trụ chứa dịch (m) - h3 : chiều cao phần trụ không chứa dịch (m) - h4 : chiều cao phần nắp (m); chọn h4 = 0,1D - α : góc đáy côn, chọn α = 60o Nguyễn Phi Anh 59 Lớp CB901
  60. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm - Vtr : Là thể tích phần trụ không chứa dịch đường. Người ta chọn h2 : D = 1 - 2:1 (tuỳ theo thể tích dịch lên men Vd ): 3 Vd 50 m : h2/D = 1,5 -1,7 3 Vd > 100 m : h2/D = 1,7 -2,0 Vtrống = 20 - 30% Vd 3 Chọn h2 / D = 1,8 do thể tích dịch đường lên men Vd > 100m . Ta có : Vd = Vh = Vtrụ + Vcôn Thể tích hữu ích của thiết bị là: 2 2 πD h1 πD 0,866D 3 Vh = (h ) = (1,8D ) = 1,640D 4 2 3 4 3 Chọn Vtr = 25% Vh 2 πD 3 3 ta có: Vtr = h = 25% . Vh = 0,25 . 1,640D = 0,41D 4 3 Suy ra: h3 = 0,522D Tổng thể tích của thiết bị là: 3 3 V = Vh + Vtr = 1,25 Vh = 1,25 . 1,64 D = 2,05D Ta sử dụng thùng lên men có thể chứa được lượng dịch ứng với 6 mẻ nấu, tức là có thể tích hữu ích đạt: V = 88,2(m3) Ta có: 1,640D3 = 88,2(m3). Suy ra: D = 3,78(m) Quy chuẩn: D = 3800mm; h1 = 3300mm; h2 = 6840mm; h3 = 1990mm; h4 = 380mm Thể tích thực của thiết bị là: V = 2,05D3 = 2,05*3,83 = 112,5(m3) Vậy chiều cao của thùng lên men: H = h1 + h2 + h3 + h4 = 3300 + 6840+ 1990 + 380 = 12510 (mm). Chọn khoảng cách từ đáy tank đến sàn là 1200mm. Vậy chiều cao của toàn bộ thiết bị là: Htt = H + 1200 = 12510 + 1200 = 13710 (mm). Chọn tank lên men là thiết bị thân trụ, đáy côn, bên ngoài có khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị làm bằng thép không rỉ, có trang bị hệ thống sục khí, van nhiệt kế, kính quan sát. Nguyễn Phi Anh 60 Lớp CB901
  61. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Phần vỏ dày 100 mm, do đó đường kính ngoài của thiết bị là : 3800 + 2 * 100 = 4000 (mm). * Tính số thùng lên men: Thời gian lên men chính : Tc = 7 ngày Thời gian lên men phụ : Tp = 15 ngày Một ngày nghỉ để sửa chữa và vệ sinh → Tổng thời gian lên men và vệ sinh: T = Tc + Tp + 1 = 15 + 7 + 1 = 23 ngày Vì chọn một ngày đổ đầy một tank lên men đồng thời cần một tank dự trữ nên số tank cần có là: M = 23 + 1 = 24 tank. * Yêu cầu chung: - Tank lên men được làm bằng thép không rỉ, riêng phần vành đỡ tank làm bằng thép CT3. - Nắp có cửa Ф = 500mm, có cụm CIP. - Tank có 3 khoang lạnh : 1 khoang ở đáy và 2 khoang ở thân trụ. Trong mỗi khoang có đường vào và đường ra của glycol. - Lớp bảo ôn: toàn tank có lớp bảo ôn trừ phần đỉnh tank. Vật liệu bảo ôn bông thủy tinh. Chiều dày cách nhiệt 100mm. - Bên ngoài lớp cách nhiệt là lớp tôn Inox dày 2mm. - Bộ phận giá đỡ: Các tank lên men được đặt ngoài trời trên các giàn đỡ bằng bê tông cốt thép. 4.3.2. Thiết bị nhân men giống cấp I, cấp II. Cấu tạo các thiết bị gây giống cũng tương tự như thiết bị lên men chính. Việc tính toán cho thiết bị gây men giống cấp 1 và cấp 2 dựa theo nguyên tắc tính cho thiết bị lên men chính đã tính toán và chọn ở trên. Nguyên tắc chọn: Thể tích hữu ích của thùng gây men giống cấp 2 bằng 1/10 thể tích dịch lên men của 1 tank lên men chính. Thể tích hữu ích của thùng gây men giống cấp 1 bằng 1/3 thể tích hữu ích của một thùng gây men giống cấp 2. * Thiết bị nhân men giống cấp II. Chọn thiết bị nhân giống cấp II là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D do thể tích phần dịch 3 đường lên men Vd < 20 m , phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Nguyễn Phi Anh 61 Lớp CB901
  62. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Thể tích hữu ích của thiết bị là: 2 2 πD h1 πD 0,866D 3 Vh = (h ) = (D ) = 1,012D 4 2 3 4 3 Chọn Vtr = 25% Vh πD 2 Ta có: V = h = 0,25V = 0,25 . 1,012D3 = 0,253D3 tr 4 3 h Suy ra: h3 = 0,322D 3 Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,25.Vh = 1,265D Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/10 thể tích dịch lên men trong 1 tank lên men: 3 Vh = 0,1 x 88,2 = 8,82(m ) 3 3 Ta có: Vh = 1,012D = 8,82(m ). Suy ra: D = 2,06(m) Quy chuẩn: D = 2100mm; h1 =1870mm; h2 = 2100mm; h3 = 680mm; h4 = 210mm Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,265D3 = 1,265*2,13 = 11,72(m3). Chiều cao của thiết bị: H = h1 + h2 + h3 + h4 = 1870 + 2100 + 680 + 210 = 4860(mm). Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 0,8m. Thùng nhân giống có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị là: Dng = 2300mm. Thiết bị nhân giống cấp 2 có một thùng. * Thiết bị nhân men giống cấp I. Chọn thiết bị nhân giống cấp I là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: 2 2 πD h1 πD 0,866D 3 Vh = (h ) = (D ) = 1,012D 4 2 3 4 3 Chọn Vtr = 25% Vh Ta có: Vtr = = 0,25Vh Suy ra: h3 = 0,322D Nguyễn Phi Anh 62 Lớp CB901
  63. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,265D3 Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/3 thể tích dịch nhân men cấp II: 3 Vh = 8,82/3 = 2,94(m ) 3 3 Ta có: Vh = 1,012D = 2,94(m ). Suy ra: D = 1,43(m) Quy chuẩn: D = 1500mm; h1 = 1300mm; h2 = 1500mm; h3 = 490mm; h4 = 150mm. Thể tích thực của thiết bị: V = 1,265D3 = 1,265*1,53 =4,27(m3) Chiều cao của thiết bị: H = h1 + h2 + h3 + h4 = 1300 + 1500 + 490 + 150 = 3440 (mm). Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 0,8m. Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kinh ngoài của thiết bị là: Dng = 1900mm. Thiết bị nhân giống cấp 1 có một thùng. 4.3.3. Thiết bị rửa men sữa kết lắng Lượng sữa men kết lắng ứng với 1000 lít bia là 20 lít, với 1 tank lên men có thể tích dịch là 88,2m3 thì thể tích sữa men kết lắng là: 188128 3 20 = 1762,56(l) 1,77 (m ). 1000 Do lượng nước rửa men thường gấp 2 lần lượng men sữa. Nên thể tích của thùng rửa men phải gấp 3 lần thể tích men thu hồi. Vậy thể tích của thùng: 3 Vt = 1762,56 x 3 = 5287,68 (l) = 5,29 (m ). Hệ số sử dụng của thùng là 0,8 nên thể tích của thùng là: 3 Vt = 5,29 / 0,8 = 6,62 (m ). Chọn thiết bị rửa men là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy chỏm cầu Các thông số của thùng: H: Chiều cao phần hình trụ. D: Đường kính của thùng. H: chiều cao đáy. Chọn H = 1,2D, h = 0,1D Nguyễn Phi Anh 63 Lớp CB901
  64. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Thể tích của thùng rửa men được tính theo công thức: Vt = Vtrụ+ Vđáy 2 2 D h 2 D Vt = H h 3 4 6 2 3 3 Vt = 0,98D = 6,62 (m ) D = 1,89 (m). Chọn D = 1,9 m H = 1,2D = 2280 (m) h = 0,1D = 190 (mm) Chiều cao tổng thể của thùng: Ht = 2280 + 190 = 2470 (mm) Vậy thể tích thực của thiết bị rửa sữa men theo thiết kế là: 3 3 3 Vt = 0,98D = 0,98 x (1,9) ≈ 6,73 (m ) 4.3.4. Thiết bị bảo quản men sữa. Chọn thiết bị bảo quản men là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,2D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: 2 2 πD h1 πD 0,866D 3 Vh = (h ) = (1,2D ) = 1,169D 4 2 3 4 3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/4 thể tích hữu ích của thiết bị, πD 2 ta có: Vtr = h = 0,25Vh 4 3 Suy ra: h3 = 0,372D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,461D3 Ta chọn một thiết bị bảo quản men sữa sẽ dự trữ được cho 3 tank. 3 Vh = 3 x 1,77 = 5,31 (m ). 3 3 Vh = 1,461D = 5,31 (m ). Suy ra D = 1,54 (m). Quy chuẩn: D = 1600mm; h1 = 1390mm; h2 = 1920mm; h3 = 600mm; h4 = 160mm. Thể tích thực của thiết bị: V = 1,461D3 = 1,461*1,63 = 5,99(m3). Chiều cao của thiết bị: H = h1 + h2 + h3 + h4 = 1390 + 1920 + 600 + 160 = 4070 (mm). Nguyễn Phi Anh 64 Lớp CB901
  65. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị là: Dng = 1800mm. 4.3.5. Hệ thống CIP lạnh. Hệ thống CIP lạnh gồm: - 1 thùng NaOH 2% . - 1 thùng Trimeta HC 2%. - 1 thùng P3 oxonia 0,5%. - 1 thùng hồi CIP. Mỗi mẻ lên men lượng CIP rửa thường bằng 5-8% thể tích thùng. Ta tính cho 1 tank lên men có thể tích 112,5(m3), hệ số sử dụng của các thùng CIP là 80% thì thể tích mỗi thùng cần đạt: 0,08*112,5/0,8 = 11,25(m3) Chọn thùng CIP làm bằng thép không gỉ, thân trụ, đáy chóp nón, đỉnh hình cầu: Chọn H = 1,2D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D. Thể tích mỗi thùng: V = 1,055D3 Ta có: V = 1,055D3 = 11,25(m3). Suy ra: D = 2,202(m) Quy chuẩn: D = 2300mm; H = 2760mm; h1 = 460mm; h2 = 345mm. Thể tích thực của mỗi thùng: V = 1,055D3 = 1,055.2,33 = 12,84(m3) 4.4. Thiết bị trong phân xƣởng hoàn thiện 4.4.1. Thiết bị lọc trong bia Để lọc trong bia ở đây ta chọn thiết bị lọc ống inox hoạt động luân phiên, ngoài ra để lọc tinh sản phẩm bia chai ta sử dụng thêm 1 thiết bị lọc ống xốp có cùng năng suất. Lượng bia phải lọc một ngày: 84600 lít. Máy làm việc khoảng 8 giờ một ngày. Hệ số sử dụng khoảng 0,8 . Vậy công suất của máy lọc là: N = 846900 = 13219 (lít/h) = 13,22 (m3/h). 0,8 *8 Chọn máy lọc có năng suất: 12 (m3/h). * Thiết bị lọc ống inox: Chọn máy Filtrox của Đức sản xuất có các thông số kỹ thuật: Nguyễn Phi Anh 65 Lớp CB901
  66. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Năng suất: 120 hl/h Áp suất làm việc tối đa 7at Thùng lọc: Đường kính 0,7m, cao 1,8m, có 44 ống lọc đường kính 3cm, trên ống lọc có khoan lỗ đường kính 0,04µm, tổng bề mặt lọc là 6,6m2 Thùng bột có dung tích 200l, tốc độ khuấy 90v/ph, tốc độ bơm định lượng 300l/h. * Thiết bị lọc ống xốp: Chọn máy lọc của Đức sản xuất có các thông số kỹ thuật: Năng suất: 120 hl/h Áp suất làm việc tối đa 7at Kích thước: Đường kính 60cm, cao 1,0m. 4.4.2. Thùng tàng trữ và bão hoà CO2. Để tàng trữ, bão hoà CO2 và ổn định bia sau lọc ta sử dụng 4 thùng chứa thân trụ đường kính D, đáy cầu: h1 = 0,2D, nắp cầu: h2 = 0,2D, chiều cao thân trụ: H = 2D. Thể tích của thiết bị: 2 πD πh πh 3 V = H ++ 1 (h2 3r 2 ) + 2 (h2 3r 2 ) = 1,735D 4 6 1 6 2 Thể tích hữu ích của thiết bị chiếm 85% tổng thể tích của thiết bị: 3 Vh = 0,85V = 1,475D Lượng bia sau lọc ứng với một tank lên men cũng chính là ứng với một ngày nấu là: 125,628(m3), hai tank tàng trữ được sử dụng chứa cho một tank lên men, do đó mỗi tank tàng trữ phải chứa được lượng bia: V = 83,752/2 = 41,876 (m3) 3 3 Ta có: Vh = 1,475D = 41,876(m ). Suy ra: D = 3,05(m) Quy chuẩn: D = 3100mm; h1 = 620mm; h2 = 620mm; H = 6200mm. Thể tích thực của thiết bị: V = 1,735D3 = 1,735*3,13 = 51,69 (m3) Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị: Dng = 3300mm. 4.4.3. Hệ thống chiết bock. Lượng bia hơi lớn nhất một ngày sản xuất là: 80000(l). * Máy rửa bock Chọn bock có dung tích 20(l) thì số bock sử dụng trong ngày là: 80000/20 = 4000(bock) Nguyễn Phi Anh 66 Lớp CB901
  67. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Máy rửa bock làm việc 12 giờ một ngày. Hệ số sử dụng máy là: 80%. Vậy năng suất của máy rửa bock là: NS = 4000 = 417 (bock/h) 12.0,8 Chọn máy rửa bock có thông số kỹ thuật: Năng suất: 500 bock/h Kích thước: 1,5m × 2,2m × 2,1m Nhiệt độ nước nóng: 50 – 55˚C Tổn hao nước nóng: 6 m3/h ở 0,4 at Tổn hao nước nguội: 2 m3/h ở 0,4 at Công suất động cơ: 5 kW. * Máy chiết bock: Ngày làm việc 12h, chọn bock có dung tích 20l, hệ số sử dụng máy là 0,8 thì năng suất máy chiết bock cần đạt: NS = 80000 = 417 (bock/h) tương đương với 8340 (l/h) 20.12.0,8 Chọn máy chiết bock thông số kỹ thuật: Chọn máy chiết bock thông số kỹ thuật: Năng suất 10000 l/h Kích thước máy: 4,15m × 1,6m × 3,85m Số vòi chiết: 3 Khoảng cách giữa 2 vòi: 1,4m Công suất: 0,8 kW Áp suất dư: 0,7 at 4.4.4. Hệ thống chiết chai. Lượng bia chai lớn nhất một ngày sản xuất là 80000(l). * Máy rửa chai: Chọn chai có dung tích 330ml thì số chai cần dùng một ngày là: 80000= 242425 (chai) 0,33 Ngày làm việc 12h, hệ số sử dụng máy là 0,8 thì năng suất máy cần đạt: NS = 242425 = 25252 (chai/h) 12 0,8 Chọn máy rửa chai có thông số kĩ thuật sau: Năng suất: 30000 chai/h Nguyễn Phi Anh 67 Lớp CB901
  68. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Kích thước: 6,5m × 3,44m × 2,8m Thể tích bể chứa kiềm: 12m3 Đường kính van xối kiềm: 35mm Chu kì một vòng: 12,9 phút Thời gian nghỉ: 1,9 phút Số bơm: 4 chiếc Năng suất bơm: 20 m3/h Công suất động cơ: 7 kW * Máy chiết chai: Chọn máy chiết chai có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Số vòi chiết 45 vòi Kích thước: 3,5m × 2m × 3,2m Áp suất chiết: 0,5 – 1,5 kg/cm2 Áp suất nước cấp của bơm cao áp: 1 – 2 bar Áp suất CO2 vào: 2,5 – 3 bar Độ chân không: 0,85 – 0,97 bar Công suất động cơ: 5,7 KW 4.4.5. Máy thanh trùng: Chọn thiết bị thanh trùng là hầm thanh trùng (tunel) có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước 18m × 2,7m × 2,2m Công suất lắp đặt 4,1 kW, sử dụng điện áp 3 pha: 400V, 50Hz Áp suất khí nén: 6 – 7 bar, 150 l/ph Hơi 3 – 4 bar, 6 – 8 m3/h Thông số hoạt động: Tốc độ băng tải chính: 0,339 m/ph Nhiệt độ đầu vào: 4˚C Nhiệt độ nước cấp: 18˚C Nhiệt độ nước đầu ra: 25 – 36˚C Chu kì chai vào ra khỏi máy là: 62 phút Chu kì hoạt động: 60 phút.Trong đó thời gian gia nhiệt 27 phút, giữ nhiệt 10 phút, hạ nhiệt 23 phút. Hầm thanh trùng có 8 khoang, mỗi khoang phun nước nóng ở một nhiệt độ khác nhau. Nguyễn Phi Anh 68 Lớp CB901
  69. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Gia nhiệt 4→19˚C bằng nước 28˚C Gia nhiệt 19→33˚C bằng nước 42˚C Gia nhiệt 33→47˚C bằng nước 48˚C Gia nhiệt 47→64˚C bằng nước 64˚C Giữ nhiệt 64˚C bằng nước 68˚C Hạ nhiệt 64→59˚C bằng nước 62˚C Hạ nhiệt 59→49˚C bằng nước 40˚C Hạ nhiệt 49→32˚C bằng nước 25˚C. 4.4.6. Máy dán nhãn: Chọn máy dán nhãn có thông số kỹ thuật sau: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước máy: 3,56m × 1,2m × 1,5m Tốc độ quay: 15 v/ph Công suất động cơ: 0,8 kW Trọng lượng máy: 300 kg Sử dụng keo Krones hay Eticol 6300. Chọn máy bắn chữ có thiết bị cảm biến, điều khiển tự động. 4.4.7. Máy xếp két: Một két chứa được 20 chai, máy xếp két cần đạt năng suất: 30000 = 1500(két/h) 20 Chọn máy xếp két có thông số kỹ thuật sau: Năng suất: 1500 két/h Kích thước máy: 1,5m × 1m × 2,5m. 4.4.8. Máy rửa két: Chọn máy rửa két có thông số kỹ thuật: Năng suất: 1500 két/h Kích thước máy: 4m × 0,7m × 1,5m. Nguyễn Phi Anh 69 Lớp CB901
  70. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm PHẦN V: TÍNH NHIỆT NĂNG, HƠI LẠNH, LƢỢNG NƢỚC VÀ ĐIỆN NĂNG 5.1. Tính hơi. Một số công thức được áp dụng để tính: * Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ khối dịch từ t1 lên t2 (hoặc t1 xuống t2): Q1=G C (t1-t2) (kcal) Trong đó: - G: khối lượng dịch (Kg) - C: nhiệt dung riêng của khối dịch (Kcal/Kg.0C) 0 - t1: nhiệt độ đầu của dịch ( C) 0 - t2: nhiệt độ cuối của dịch ( C) - Nhiệt lượng cần cung cấp để duy trì ở các nhiệt độ: Q2=i w (kcal) Trong đó: - i: hàm nhiệt của hơi nước (kcal/kg) - w: lượng nước bay hơi (kg) * Lượng hơi cần cung cấp: Q D(/) kg h 0,96 (iih ) Trong đó - Q: nhiệt lượng cần cung cấp (kcal) - 0,96: độ bão hoà của hơi nước - : thời gian cấp nhiệt (h) - ih: hàm nhiệt của hơi nước bão hoà (kcal/kg) - i: hàm nhiệt của nước ngưng tụ (kcal/kg) Nguyễn Phi Anh 70 Lớp CB901
  71. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm 5.1.1. Lƣợng hơi cấp cho nồi hồ hoá Chu trình nhiệt của quá trình hồ hoá: Theo phần tính thiết bị nhà nấu: khối lượng dịch trong nồi hồ hoá trong một mẻ nấu là: G = 5778(kg). Tổng lượng nước ban đầu trong nồi hồ hoá là: 4834 (kg). Trong đó: 395 lít nước được bổ sung cùng malt lót để hạ nhiệt độ. Vậy khối lượng dịch ban đầu là: 5778 – 395 = 5383 (kg) Vậy % khối lượng nước ( hàm ẩm ) của dịch cháo là: W= = 0,84 hay 84% Nhiệt dung riêng của khối dịch được tính theo công thức: 100-W WC C= C 2 1001 100 Trong đó: 0 C1: Nhiệt dung riêng của chất hoà tan, C1= 0,34 (Kcal/Kg. C) 0 C2: Nhiệt dung riêng của nước, C2= 1 (Kcal/kg. C) 100 83 83 0 C 0,34 1 0,888 (Kcal/Kg C) 100 100 Quá trình gia nhiệt ở nồi hồ hóa: - Giai đoạn 1: Nhiệt độ khối cháo tăng từ 420C đến 720C và giữ nhiệt ở 72oC. 0 0 Lượng nhiệt cần cung cấp để đun dịch từ 42 C - 72 C là Q1: Q11 G C t =5383*0,888*(72 - 42) = 143403,12 (kcal). Lượng nhiệt cần cung cấp để duy trì dịch cháo ở 720C trong 25 phút là , Q1 i 1 W 1 (Kcal) 0 i1: Hàm nhiệt của hơi nước ở 72 C (tra sổ tay hoá công I) ta có: i1=627,68 (Kcal/kg) Nguyễn Phi Anh 71 Lớp CB901
  72. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm Coi quá trình này lượng nước bay hơi là 1%. Lượng nước bay hơi là: W1= 5383*1% = 53,83(Kg). ' Q1 =627,68*53,83 = 33788 (Kcal). - Giai đoạn 2: Nhiệt độ khối cháo tăng từ 720C – 830C và giữ nhiệt ở nhiệt độ 83oC. Khối lượng của dịch cháo lúc này là: G2 = G1-W1 = 5383 – 53,83 = 5329,17 (Kg) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun dịch từ 720C – 830C là : Q2 G 2 C t 2 = 5329,17*0,888*(83 – 72) = 52055,33 (Kcal). Lượng nhiệt cần cung cấp để duy trì dịch cháo ở 830C trong 5 phút là: ' Q2 i22W (Kcal) Ta có: i2=632,36 (Kcal/Kg) (Tra sổ tay hoá công) Coi ở giai đoạn này lượng nước bay hơi là 0,5%. Vậy lượng nước bay hơi trong giai đoạn này là: W2 = 5329,17*0,5% = 26,65 (Kg) ' Q2 = 632,36*26,65 = 16852,4 (Kcal) - Giai đoạn 3: Nhiệt độ khối cháo giảm từ 830C - 72oC và giữ nhiệt ở 72oC Trong giai đoạn giảm nhiệt từ 830C - 72C ta không cấp nhiệt đồng thời bổ sung 800 kg nước và malt lót vào để hạ nhiệt khối dịch. Khối lượng dịch cháo lúc này là: G3= (5329,17 – 26,65) + 395 = 5697,52 (kg). Trong giai đoạn giữ nhiệt ở 72oC lượng nước bay hơi 1%. Vậy lượng nước bay hơi là: W3= 5697,52*1% = 57 (kg). Lượng nhiệt cần cung cấp để giữ nhiệt khối dịch ở 720C là: , Qi3 3W 3 = 627,68*57 = 35762,19 (Kcal). - Giai đoạn 4: Nhiệt độ khối cháo tăng từ 720C – 1000C và giữ nhiệt ở 100oC. Khối lượng dịch cháo lúc này là: Nguyễn Phi Anh 72 Lớp CB901
  73. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế nhà máy bia năng suất 15 triệu lít/năm G4 = G3 - W3 = 5697,52 – 57 = 5640,52 (kg). Lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ từ 720C – 1000C là: Q4 G4 C4 t4 = 5640,52*0,888*(100 – 72) = 140245,89 (kcal). Lượng nhiệt để duy trì dịch cháo ở 100 0C trong 15 phút là: , Qi4 4W 4 (Kcal) Tra sổ tay hoá công 1 ta có: i4 = 639,4 (Kcal/Kg). Ở giai đoạn này nước bay hơi là 2,5%. Vậy lượng nước bay hơi bằng: W4 = 5640,52*2,5% = 141 (kg). ' Vậy: Q4 = 639,4*141 = 90136,7 (kcal). Vậy tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình hồ hoá là: 44 ' QQQhh i i = 512270,63(kcal). ii11 Trong thực tế, khi cấp nhiệt thì một lượng nhiệt bị tổn thất do: - Truyền nhiệt qua thành thiết bị: 2% - Tổn thất ở ống dẫn: 1% - Lượng hơi tiêu hao trong khoảng trống của thiết bị: 1% Như vậy, tổng tổn thất là 4%. Lượng nhiệt tổn thất là: 512270,63 * 4% = 20490,83 (kcal). Tổng lượng nhiệt cần cung cấp là: Q = 512270,63 + 20490,83 = 532761,46 (kcal). Khi đó lượng hơi cần cung cấp là: Qtt Dhh (Kg hơi/h) 0,96 (iih ) Trong đó: : thời gian cấp nhiệt trong nồi hồ hoá, = 150 (phút). Tra bảng hơi nước bão hoà tại điều kiện p = 2 (kg/cm2), t = 119,60C ta được: ih = 646,9 (Kcal/kg) i = 100 (Kcal/kg) →D = = 406(Kg hơi/h) Nguyễn Phi Anh 73 Lớp CB901