›
›

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Nguyễn Thị Giang

pdf 140 trang huongle 180
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Nguyễn Thị Giang", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_phan_xuong_san_xuat_bia_nang_suat_8_trieu_lit.pdf

Nội dung text: Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Nguyễn Thị Giang

  1. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm MỤC LỤC Lời mở đầu 7 Phần 1: Lập luận kinh tế 9 1.1 Địa điểm xây dựng nhà máy 9 1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu và thị trường tiêu thụ 10 1.2.1 Malt 10 1.2.2 Hoa houblon 11 1.2.3 Nấm men 12 1.2.4 Nguồn nước 12 1.2.5 Gạo 12 1.2.6 Nguồn enzym 12 1.2.7 Thị trường tiêu thụ 12 1.3 Hệ thống giao thông 14 1.3.1 Hệ thống giao thông nội bộ 14 1.3.2 Hệ thống giao thông với bên ngoài 14 1.4. Nguồn cung cấp năng lượng 14 1.4.1 Nguồn cung cấp điện 14 1.4.2 Nguồn cung cấp than 15 1.5 Nguồn cung cấp nước 15 1.6 Nguồn cung cấp lao động 15 1.7 Sự hợp tác với các công ty khác 16 1.7.1 Về nguyên liệu 16 1.7.2 Về nguồn cung cấp năng lượng 16 1.7.3 Cấp thoát nước 16 1.7.4 Một số lĩnh vực khác 16 Phần 2 Lựa chọn và thuyết minh công nghệ sản xuất 17 Chương 1: Nguyên liệu 17 1.1 Nguyên liệu chính 17 1.1.1 Malt đại mạch 17 1.1.2 Hoa Houblon 18 1.1.3 Nấm men 22 1.2 Nguyên liệu thay thế 23 1.3 Nước 24 1.4 Một số nguyên liệu phụ trợ 24 1.4.1 Các chế phẩm enzym 24 1.4.1 Một số hóa chất 25 Chương 2: Lựa chọn quuy trình công nghệ 26 2.1 Sơ đồ công nghệ 26 2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất 27 2.2. 1 Nghiền 27 2.2.1.1 Nghiền malt 27 2.2.1.2 Nghiền gạo 28 2.2.2 Công nghệ nấu 29 2.2.2.1 Hồ hoá 29 2.2.2.2 Đường hoá 30 2.2.3 Lọc dịch đường 31 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 1
  2. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 2.2.4 Nấu dịch đường với hoa Houblon 32 2.2.5 Lắng 33 2.2.6 Làm lạnh dịch đường houblon hoá 33 2.2.7 Công nghệ lên men 34 2.2.7.1 Chuẩn bị men giống 35 2.2.7.2 Lên men chính 37 2.2.7.3 Lên men phụ và tàng trữ 37 2.2.8 Hoàn thiện sản phẩm 38 2.2.8.1 Lọc trong bia 38 2.2.8.2 Bão hoà CO2 39 2.2.8.3 Chiết 40 2.2.8.4 Thanh trùng bia chai 42 2.3 Đánh giá chất lượng cảm quan của bia thành phẩm 43 Phần 3: Tính cân bằng sản phẩm 44 Chương 1: Lập kế hoạch sản xuất 44 Chương 2 Tính cân bằng sản phẩm 45 3.2.1 Tính cân bằng sản phẩm của bai chai 110Bx 46 3.2.1.1 Tính lượng bia và dịch 46 3.2.1.2 Nguyên liệu malt – gạo 47 3.2.1.3 Lượng bã malt và bã gạo 48 3.2.1.4 Hoa houblon 48 3.2.1.5 Nấm men 49 3.2.1.6 Nước 49 3.2.1.7 CO2 51 3.2.1.8 Enzym 52 3.2.1.9 Bột trợ lọc 53 3.2.2 Cân bằng sản phẩm của bia hơi 100Bx 55 Phần 4: Tính và chọn thiết bị 58 4.1 Tính và chọn thiết bị trong công đoạn chuẩn bị 58 4.1.1 Cân 58 4.1.2 Máy nghiền 58 4.1.2.1 Máy nghiền malt 59 4.1.2.2 Máy nghiền gạo 59 4.1.3 Gầu tải 60 4.1.4 Thùng chứa bột malt 60 4.2 Thiết bị trong phân xưởng nấu 62 4.2.1 Thiết bị hồ hoá 62 4.2.1.1 Tính và chọn thiết bị 62 4.2.1.2 Tính diện tích truyền nhiệt 63 4.2.3 Thiết bị đường hoá 66 4.2.3.1 Tính toán thiết bị 66 4.2.3.2 Tính bề mằt truyền nhiệt 67 4.2.4 Thùng lọc 68 4.2.5 Nồi nấu hoa 69 4.2.5.1 Tính toán thiết bị nấu hoa 69 4.2.5.2 Tính bề mặt truyền nhiệt 70 4.2.6 Thùng lắng xoáy 72 4.2.7 Thiết bị làm lạnh 73 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 2
  3. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 4.2.7.1 Tính và chọn thiết bị 73 4.2.7.2 Tính bề mặt truyền nhiệt của máy lạnh 74 4.2.8 Thùng đun nước nóng 75 4.2.9 Hệ thống CIP 76 4.3 Chọn thiết bị phân xưởng lên men 77 4.3.1 Thiết bị lên men 77 4.3.2 Thùng nhân giống cấp 2 79 4.3.3 Thùng nhân giống cấp 1 80 4.3.4 Thiết bị rửa men sữa 80 4.3.5 Thiết bị lọc bia 81 4.3.6 Thiết bị bão hoà CO2 81 4.3.7. Hệ thống vệ sinh - Cip phân xưởng lên men 82 4.4 Tính và chọn thiết bị phân xưởng hoàn thiện 82 4.4.1 Bia hơi 82 4.4.1.1 Máy rửa bock 83 4.4.1.2 Máy chiết bock 83 4.4.2 Bia chai 83 4.4.2.1 Máy chiết chai và dập nút chai 83 4.4.2.2 Máy rửa chai 84 4.4.2.3 Máy thanh trùng 85 4.4.2.4 Máy dán nhãn 85 4.5 Bơm 86 Phần 5: Tính hơi – nước - lạnh 89 5.1 Tính hơi cho phân xưởng 89 5.1.1 Tính nhiệt 89 5.1.1.1 Nhiệt cho quá trình hồ hoá 89 5.1.1.2 Lượng nhiệt cần cho quá trình đường hoá 91 5.1.1.3 Lượng nhiệt cần cung cấp cho nồi nấu hoa 93 5.1.1.4 Nhiệt cung cấp để đun nước nóng 94 5.1.2 Nhiệt cung cấp cho khu hoàn thiện 94 5.1.2.1 Nhiệt cho quá trình thành trùng bia chai 94 5.1.3 Tính lượng hơi 94 5.1.3.1 Tính lượng hơi cần thiết cho khu vực nấu 94 5.1.3.2 Lượng hơi cần cung cấp cho quá trình thanh trùng 95 5.1.3.3 Lượng hơi cung cấp cho hấp chai, thanh trùng đường ống thiết bị 95 5.2 Tính lượng nước cần thiết cho phân xưởng sản xuất 97 5.2.1 Lượng nước dùng cho khu nấu 97 5.2.1.1 Lượng nước đi vào bia thành phẩm 97 5.2.1.2 Lượng nước dùng cho máy lạnh 97 5.2.1.3 Lượng nước dùng để vệ sinh thiết bị, sàn nhà, đương ống 97 5.2.2 Lượng nước cần cho khu lên men 98 5.2.2.1 Nước vệ sinh tank lên men và sàn nhà 98 5.2.2.2 Nước cần cho nhân giống men và rửa men 98 5.2.2.3 Lượng nước vệ sinh tank bão hoà CO2 98 5.2.3 Lượng nước dùng cho khu hoàn thiện 98 5.2.3.1 Nước dùng cho quá trình chiết bock 98 5.2.3.2 Lượng nước cho quá trình rửa và chiết chai 99 5.2.3.3 Lượng nước cho quá trình thanh trùng 99 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 3
  4. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 5.2.3.4 Lượng nước dùng cho vệ sinh phân xưởng hoàn thiện 99 5.2.4 Lượng nước dùng cho nồi hơi 99 5.2.5 Lượng nước dùng cho quá trình khác 99 5.3 Tính nhiệt lạnh cần thiết cho phân xưởng 100 5.3.1 Lượng lạnh cần thiết cho máy lạnh 100 5.3.2 Lượng nhiệt lạnh cần thiết cho quá trình lên men chính 100 5.3.2.1 Lượng lạnh cần thiết để hạ và giữ nhiệt độ lên men 100 5.3.2.2 Lượng nhiệt lạnh tổn thất qua lớp cách nhiệt 101 5.3.3 Lượng lạnh cần để hạ từ nhiệt độ lên men chính xuống nhiệt độ lên men phụ 101 5.3.4 Lượng lạnh cần cho quá trình lên men phụ 102 5.3.4.1 Lượng lạnh để giữ nhiệt độ lên men phụ 102 5.3.4.2 Lượng lạnh tổn hao qua lớp cách nhiệt 102 5.3.5 Tính lạnh cho quá trình nhân giống và và bảo quản men tái sản xuất 102 5.3.5.1 Lạnh cho quá trình nhân giống 102 5.3.5.2 Lạnh cung cấp cho quá trình xử lý men tái sản xuất 103 5.3.6 Lạnh cần để hạ nhiệt độ từ nhiệt độ lên men phụ xuống nhiệt độ lọc 103 5.3.7 Lạnh cần cung cấp cho tank bia thành phẩm 103 5.4 Chọn máy lạnh 104 Phần 6 : Tính xây dựng – tính điện 105 6.1 Tính xây dựng 105 6.1.1 Nguyên tắc bố trí tổng mặt bằng 105 6.1.2 Nguyên tắc phân vùng 105 6.1.2.1 Vùng sản xuất chính 105 6.1.2.2 Vùng phụ trợ sản xuất 106 6.1.2.3 Vùng công trình phụ và nhiễm bẩn 106 6.1.2.4 Khu vực xung quanh phân xưởng và hệ thống giao thông 106 6.1.3 Tính toán hạng mục các công trình 107 6.1.3.1 Khu vực sản xuất chính 107 6.1.3.2 Các khu phụ trợ và khu khác 110 6.2 Tính điện 115 6.2.1 Tính phụ tải chiếu sáng 115 6.2.1.1 Nguyên tắc bố trí và phương pháp tính toán 115 6.2.1.2 Tính toán cụ thể 116 6.2.2 Phụ tải động lực 118 6.2.3 Xác định phụ tải tính toán 119 6.2.4 Xác định công suất và dung lượng bù 119 6.2.4.1. Xác định hệ số cống suất cos φ 119 6.2.4.2. Tính dung lượng bù 120 6.3.5. Chọn máy biến áp 120 6.3.6. Tính điện tiêu thụ hàng năm 121 6.3.6.1. Điện năng tính cho thắp sáng 121 6.3.6.2. Điện năng cho động lực 121 6.3.6.3. Tổng công suất tiêu thụ cả năm 122 Phần 7 : Tính kinh tế 123 7.1 Mục đích và ý nghĩa 123 7.2 Nội dung tính toán 123 7.2.1 Tính toán vốn đầu tư 123 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 4
  5. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 7.2.1.1 Vốn đầu tư xây dựng các công trình cơ bản 123 7.2.1.2 Chi phí đầu tư trang thiết bị máy móc 124 7.2.2 Tính giá thành sản phẩm 126 7.2.2.1 Nguyên liệu chính 126 7.2.2.2 Nguyên liệu phụ 126 7.2.2.3 Chi phí tiền lương 127 7.2.2.4 Chi phí nguyên liệu khác và động lực 128 7.2.2.5 Các khoản trích tính vào chi phí 129 7.2.2.6. Chi phí sử dụng nhà xưởng, thiết bị (khấu hao tài sản cố định) 129 7.2.2.7 Tính thu nhập thu được từ sản xuất 129 7.2.2.8 Tính giá thành sản xuất và đưa ra gia bán 130 7.2.3 Đánh giá các chỉ tiêu và hiệu quả 131 7.2.3.1. Tổng doanh thu của phân xưởng 131 7.2.3.2 Doanh thu thuần và lợi nhuận 132 7.3.3. Đánh giá các chỉ tiêu hiệu quả 133 Phần 8 : Vệ sinh và an toàn lao động 134 8.1 Vấn đề vệ sinh 134 8.1.1 Vệ sinh cá nhân 134 8.1.2. Vệ sinh thiết bị 134 8.1.3. Vệ sinh công nghiệp 135 8.2 An toàn lao động 135 8.2.1 Bảo hộ và an toàn lao động 135 8.2.2 Chống độc trong sản xuất 135 8.2.3 An toàn hệ thống chịu áp 136 8.2.4 An toàn điện trong sản xuất 136 8.2.5 An toàn khi thao tác vận hành một số thiết bị phòng cháy chữa cháy 136 8.3 Xử lý nước thải và chất thải trong phân xưởng 136 8.3.1. Nước thải và các chất gây ô nhiễm 136 8.3.2 Phương pháp xử lý nước thải 137 8.3.2.1 Sơ đồ xử lý nước thải 137 8.3.2.2 Thuyết minh 138 Kết luận 139 Tài liệu tham khảo 140 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 5
  6. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Lời cảm ơn Bản đồ án tốt nghiệp hoàn thành là bảng tổng hợp toàn bộ kiến thức đã học được trong suốt 4 năm ngồi trên ghế trường đại học và quá trình tìm hiểu thực tế trong thời gian thực tập của bản thân. Do kiến thức còn hạn chế và kinh nghiệm thực tế còn thiếu nên bản đồ án tốt nghiệp còn thiếu sót. Rất mong thầy cô và các bạn góp ý thêm. Em xin chân thành cảm ơn giảng viên, thạc sỹ Hoàng Minh Quân – Bộ môn Chế biến và bảo quản thực phẩm – Trường Đại học dân lập Hải phòng đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo thuộc Bộ môn Chế biến và bảo quản thực phẩm – Trường Đại học Dân lập Hải phòng đã tận tình giảng dạy cho em trong suốt 4 năm học vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và làm tốt nghiệp Hải Phòng ngày 01 tháng 07 năm 2009 Sinh viên Nguyễn Thị Giang SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 6
  7. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Lời mở đầu Bia được biết tới từ 8000 năm trước công nguyên với những sản phẩm lên men đầu tiên từ lúa mạch do những người nông dân Babylone và sau 2000 năm sau sản phẩm lên men này cũng xuất hiện ở Ai Cập. Từ khi hình thành thì công nghệ sản xuất bia ngày càng phát triển và dần đi đến hoàn thiện. Bia là một loại đồ uống có độ cồn nhẹ với giá trị dinh đưỡng cao, hương thơm quyến rũ đặc trưng và có giá trị dinh dưỡng cao: 1lít bia tương đương với 25g thịt bò (125g bánh mì) =250kcal. Ngoài ra trong bia còn có chứa nhiều vitamin: B1, B2, PP. Vì vậy cùng với sự phát triển của đời sống bia ngày càng trở lên quan trọng hơn và ngày càng được ưa chuộng, thậm chí nó còn trở lên không thể thiếu trong mỗi bữa ăn hàng ngày với người phương tây và một số nước Châu Á. Bia hình thành từ sớm và nhanh chóng trở thành một đồ uống không thể thay thế. Hiện nay thị trường bia vô cùng phong phú với nhiều mặt hàng và nhiều chủng loại: - Dựa vào mằu sắc: bia vàng, bia đen, bia đỏ, bia nâu, bia nâu sẫm - Chia dựa vào độ cồn: Loại bia Độ cồn (%V) Bia khôngcòn 5,5 Bên cạnh đó người ta có thể phan loại bia theo nhiều chỉ tiêu khác nhau: sở thích, theo phương pháp lên men, theo quốc gia Thị trường bia ngày càng phong phú và đa dạng với nhiều hãng nổi tiếng ra đời từ lâu hay nhiều hãng bia mới, bên cạnh đó thì là vô vàn những mặt hàng bia cỏ ngày càng nhiều. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 7
  8. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Một số hình ảnh về một số loại bia trên thị trường hiện nay SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 8
  9. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Phần 1: Lập luận kinh tế 1.1 Địa điểm xây dựng nhà máy Một nhà máy muốn xây dựng có tính khả thi cần đảm bảo những điều sau: - Vốn - Giao thông vận tải - Mặt bằng - An toàn lao động - Nguồn lao động - Quy trình công nghệ sản xuất - Thị trường - Xử lý nước và chất thải - Nguồn nước Phân xưởng sản xuất tôi thiết kế là một phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít bia /năm có thể nằm trong nhà máy sản xuất nước uống với các mặt hàng phong phú.Với năng suất 8 triệu lít và chất lượng bia thuộc dạng trung bình tôi chọn địa điểm đặt tại Khu công nghiệp Tiên Sơn– tỉnh Bắc Ninh với: + Tổng vốn đầu tư cơ sở hạ tầng KCN : 760 tỷ (GĐ1 là 267,5 tỷ) + Tổng diện tích định hướng quy hoạch : 600 ha (GĐ1 là 134 ha + Đất tự nhiên KCN : 439 ha + Đất khu chung cư và dịch vụ KCN : 28 ha + Đất công nghiệp cho thuê : 310 ha - Nằm trong tam giác tăng trưởng kinh tế Hà Nội – Hải Phòng – quảng Ninh. - Phía nam giáp xã Hoàn An và quốc lộ 1A cũ đi Lạng Sơn. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 9
  10. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Phía bắc giáp quốc lộ 1A cũ và tuyến đường sắt quốc gia. - Phía tây giáp đường liên tỉnh 295. - Vị trí của khu công nghiệp là một địa điểm thuận lợi cách các trung tâm và cửa khẩu quan trọng không xa: + Trung tâm thủ đô Hà Nội : 20Km. + Sân bay Nội Bài: 30km + Cảng biển Hải Phòng: 100Km + Cảng biển Cái Lân: 120Km + Cửa khẩu Lạng sơn: 120Km. */ Địa hình: Ttương đối bằng phẳng, có hướng dốc chủ yếu từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông, được thể hiện qua các dòng chảy mặt đổ về sông Đuống và sông Thái Bình. Mức độ chênh lệch địa hình không lớn, vùng đồng bằng thường có độ cao phổ biến từ 3 - 7 m, địa hình trung du đồi núi có độ cao phổ biến 300 - 400m. */ Khí hậu thổ nhưỡng: - Khí hậu: thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh. Nhiệt độ trung bình năm là 23,3°C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất là 28,9°C (tháng 7), nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất là 15,8°C (tháng 1). Lượng mưa trung bình 1400 ÷ 1600mm chủ yếu tập trung vào tháng 5 đến tháng 10. Còn mùa khô từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau. + Tổng số giờ nắng trong năm dao động từ 1530 - 1776 giờ, trong đó tháng có nhiều giờ nắng trong năm là tháng 7, tháng có ít giờ nắng trong năm là tháng 1. Hàng năm có 2 mùa gió chính: gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam. Gió mùa Đông Bắc thịnh hành từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, gió mùa Đông Nam thịnh hành từ tháng 4 đến tháng 9 mang theo hơi ẩm gây mưa. */ Xã hội: Dân cư đông đúc gần khu vực thành phố Bắc Ninh và thị trấn Lim, đây là nơi cung cấp nguồn lao động tay nghề cao và chi phí thấp. 1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu và thị trường tiêu thụ 1.2.1 Malt Do đặc điểm nước ta không thể trồng được đại mạch vì vậy mà nguồn malt củ nhà máy là nhập khẩu từ Đức, Đan Mạch Hay có thể mua từ nhà máy malt ở Tiên Sơn. Malt nhập phải đảm bảo chất lựơng và các chỉ tiêu trong sản xuất. Malt nhập là loại malt mùa xuân hai hàng, độ ẩm 6%, độ hòa tan 75%, malt có màu vàng tự nhiên, vỏ sáng, mùi thơm, có vị hơi ngọt và hơi chua. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 10
  11. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Hay có thể mua trực tiếp thông qua một số công ty thương mại trong nước chuyên cung cấp malt: 1. Công ty TNHH Thanh Tùng Đ/c: số 135 Trần Phú – Từ Sơn – Tiên Sơn – Bắc Ninh ĐT: 0241.832819 Fax: 0241832818 2. Công ty XNK nông sản thực phẩm AGRECO Giám đốc: Bà Phạm Thị Thịnh Địa chỉ: 96/381 Đường Nguyễn Khai, Qụân Cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại: 04.8347127 Fax: 04.7840381 email: agreco@hn.vnn.vn 3. Công ty Ngân Hạnh Giám đốc: Ông Hoàng Ngọc Văn Địa chỉ: Xóm 1, Mễ Trì Thượng, Huyện Mễ Trì, Từ Liêm Hà Nội Điện thoại: 04.7850324 Fax: 047850325 email: nganhanhct@hn.vnn.vn 4. Công ty Phúc Quang-Hồng Anh Giám Đốc: Lê Thiên Thạch Địa chỉ: Lô 7 KCN Tân Hồng, Hoàng Sơn, Từ Sơn, Bắc Ninh Điện thoại: 0241.743373 Fax: 0241.743373 email: phucquanghonganh@hn.vnn.vn 5. Công ty Huyền Anh Giám đốc: Nguyễn Thị Vân Khánh Địa chỉ: 196 Cầu Tiên - Phường Thịnh Liệt Hoàng Mai Hà Nội Điện thoại: 04.8613769 Fax: 04.8614643 1.2.2 Hoa houblon Hoa houblon là nguyên liệu quan trọng thứ hai trong sản xuất bia. Với sản phẩm bia chai nhà máy sử dụng hai loại chế phẩm enzym là: 50% hoa viên 10% α – axít đắng và 50% hoa cánh 5%α – axít đắng. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 11
  12. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Do hoa houblon không thể trồng ở nước ta vì vậy chế phẩm hoa houblon nhà máy sử dụng phải hoàn toàn nhập khẩu ở nước ngoài. Hoa houblon sẽ được nhập khẩu tại Đức hay Tiệp Khắc. 1.2.3 Nấm men Nấm men sử dụng trong sản xuất bia là những chủng nấm men thuần chủng có khả năng lên men cao, sinh trưởng tốt, khả năng chịu cồn tốt. Hai loài nấm men hay sử dụng nhất là: chủng nấm men tôi sử dụng là chủng Saccharomyces carlsbergensis. Để có nguồn nấm men sử dụng trong sản xuất thì có thể lấy từ các công ty bia rồi phân lập, nuôi cấy và giữ giống boả quản sử dụng dần . Bên cạnh đó còn có thể sử dụng nguồn sữa men tái sinh 1.2.4 Nguồn nước Trong bia hàm lượng nước chiếm 80 – 90% là nước. Vì vậy nước trong nhà máy bia có vai trò rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của bia thành phẩm. Ngoài ra thì bên cạnh phân xưởng sản xuất bia thì nhà máy còn sản xuất nước giải khát. Vì vậy nước có vai trò rất quan trọng. Vì vây để giảm chi phí thì nguồn nước sử dụng trong phân xưởng bia có thể mua hoặc lấy từ hệ thống nước ngầm của nhà máy đã qua xử lý. 1.2.5 Gạo Với tỷ lệ chiếm 40% thì gạo là nguyên liệu mà chúng ta cần phải quan tâm. Gạo sử dụng trong sản xuất cần phải đảm bảo chất lượng và có nguồn cung cấp ổn định. Nguồn nguyên liệu gạo sẽ được mua từ các nhà máy chế biến gạo hay có thể thu mua trực tiếp từ nông dân hợp đồng theo mùa vụ. 1.2.6 Nguồn enzym Enzym sử dụng trong quá trình hồ hóa: Termamyl 120L có bản chất là amylza.Được mua từ các công ty thương mại trong nước hay có thể mua trực tiếp từ hãng NoVo (Đan Mạch). Enzym sử dụng trong đường hóa: Neutraza, Fungamyl 800L, Ultraflo 1.2.7 Thị trường tiêu thụ Từ khi ra đời đến nay công nghệ sản xuất bia không những không bị mai một mà ngày càng phát triển và hoàn thiện. Đây là một tiềm năng mới mang lại lợi ích to lớn cho các nhà đầu tư. Hiện nay bia đã dần dần trở nên quan tọng trong mỗi bữa ăn hàng ngày không chỉ ở các nứơc phương tây mà hiện nay ngay cả một số nước Châu Á. Trên thế giới hiện nay có trên 6 tỷ người nhu cầu sử dụng bia là vô cùng lớn. Trong một vài năm gần đây nhu SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 12
  13. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm cầu sử dụng bia ở Châu Á ngày càng tăng: Trung Quốc, Nga, Indonexia, Xinhgapo Đây chính là thị trường tiêu thụ lớn cho chúng ta có thể khai thác và phát triển. Ở Việt Nam hiện nay bia cũng đang ngày càng trở lên cần thiết hơn trong cuộc sống. Với hơn 8 triệu dân thì đây khônhg phải là một thị trường nhỏ cho những ai muốn đi lên từ bia. Với tiềm năng như vậy thì hiện nay các công ty bia vẫn chưa thực sự đáp ứng hết được nhu cầu sử dụng hiện nay đó vẫn là một tiềm năng mở cho những nhà đầu tư. Bắc Ninh là một thành phố công nghiệp trẻ và còn tiếp giáp với thủ đô nên đây là một cơ hội mới.Với hơn 980.000 dân và nhịp phát triển sôi động thì bia là một mặt hàng hoàng toàn có cơ hội và khả năng phát triển. Hiện nay trên địa bàn tỉnh có nhà máy bia Á Châu với năng suất 5 triệu lit/ năm và một số hãng bia cỏ tuy nhiên nó chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu sử dụng của người dân ngày càng tăng. Vì vậy một phân xưởng sản xuất bia mới hoàn toàn có thể tìm thấy chỗ đứng cho riêng mình và phát triển. Với công nghệ sản xuất bia tỷ lệ nguyên liệu thay thế 40% thì về mặt khách quan tôi nhận định đối tượng chủ yếu của sản phẩm là tầng lớp bình dân, công nhân lao động với mức sống trung bình. Để đánh vào đối tượng chủ đạo này thì thị trường trước mắt của nhà máychính là tại khu công nghiệp, các khu công nghiệp xung quanh mới được hình thành và một số khu công nghiệp đang hình thành trong tỉnh. Bên cạnh đó thì tiến hành xâm nhập vào một số tỉnh thành lân cận đang phát triển và hình thành nhiều khu công nghiệp trẻ mà nguồn cung cấp bia còn thiếu như: Hải Dương, Bắc Giang. Ngoài ra thì còn một thị trường tiềm năng đó là khu vực ngoại thành Hà Nội nơi phần lớn tập trung các khu công nghiệp và tập trung đông đảo tầng lớp đối tượng chủ đạo của sản phẩm. Sau khi đã xâm nhập và có được vị trí trong thị trường tiềm năng trước mắt thì tấn công ra thì trường khác xa Để đưa sản phẩm tới tay người tiêu dùng có thể thông qua các kênh bán hàng như: đại lý cấp 1, đại lý cấp2, các siêu thị, các cửa hàng bán buôn bán lẻ, các nhà hàng, các khách sạn. Ngoài ra thì nhà máy sẽ có một trang wed riêng để khách hàng có thể biết thêm thông tin về nhà máy và bán hàng trực tiếp qua mạng. Trong nhà máy sẽ có một nhà giới thiệu sản phẩm để: giới thiệu sản phẩm, đồng thời bán cả sản phẩm.Bên cạnh đó thì nhà máy sẽ mở một số cửa hàng là nơi trực tiếp bán sản phẩm. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 13
  14. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 1.3 Hệ thống giao thông 1.3.1 Hệ thống giao thông nội bộ Hệ thống giao thông nội bộ chiếm 15% tổng diện tích Khu công nghiệp, được xây dựng hoàn chỉnh và bố trí hợp lý trong khuôn viên của Khu công nghiệp, bao gồm các đường chính 2 làn xe rộng 37 m và các đường nhánh rộng 28 m. Dọc theo các đường có vỉa hè rộng 6 m, là nơi bố trí các hành lang kỹ thuật ngầm như điện, cấp thoát nước, thông tin. Toàn bộ các tuyến đường nội bộ Khu công nghiệp đều được trang bị hệ thống đèn cao áp chiếu sáng. Khu công nghiệp Tiên Sơn được nối với Quốc lộ 1 mới bằng một nút giao thông và cầu vượt. 1.3.2 Hệ thống giao thông với bên ngoài Hiện nay thì hệ thống giao thông đường bộ của tỉnh ngày càng được mở rộng và nâng cấp nên việc giao lưu, liên thông hàng hoá với bên ngoài rất thuận tiện. Hiện nay thì khu công nghiệp Tiên Sơn có thể thông qua các quốc lộ 1A,1B, 18A, 38 để đi tới các khu vực xung quanh hay các tỉnh thành lân cận: thủ đô Hà Nội, Hải Dương, Bắc Giang, Hưng Yên, Hải Phòng, Quảng Ninh Ngoài ra thì hàng hoá có thể thông qua tuyến đường sắt quốc gia để tới các tỉnh thành trong nước. 1.4. Nguồn cung cấp năng lượng 1.4.1 Nguồn cung cấp điện Với địa hình thuận lợi là chỉ cách nhà máy nhiệt điện Phả Lại khoảng 25km nên nhà máy có thể mua điện từ đây. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 14
  15. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Ngoài ra thì kh công nghiệp Tiên Sơn còn được cung cấp mạng lưới điện quốc gia qua hai trạm biến áp 110/22KV với công suất 40MAV và 63 MAV. Hệ thống truyền tải điện dọc theo các lô đất để đảm bảo cấp điện đầy đủ và ổn định đến hàng rào cho mọi Nhà đầu tư trong Khu công nghiệp. Nhà đầu tư có thể lựa chọn sử dụng điện trung thế hoặc hạ thế tuỳ theo nhu cầu. 1.4.2 Nguồn cung cấp than Than là nguồn năng lượng không thể thiếu để cung cấp toàn bộ hơi cho nhà máy cũng như cho phân xưởng sử dụng. Nguồn than của nhà máy được thu mua trực tiếp từ các mỏ than Quảng Ninh do hệ thống giao thông thuận tiện và khoảng cách không xa nên giảm được chi phí vận chuyển. 1.5 Nguồn cung cấp nước Hiện nay khu công nghiệp Tiên Sơn đã có hệ thống cấp nước máy với công suất 6500m3/ngày đêm với đường kính đường ống dẫn nước từ 100 ÷ 300mm. Nước được lấy từ nguồn nước ngầm và ống dẫn nước đến hàng dào từng doanh nghiệp. Vì vậy có thể nói đây là một nguồn cung cấp nước rất tốt và đảm bảo. Trạm cấp nước của khu công nghiệp Tiên Sơn Tuy nhiên thì nhà máy ngoài phân xưởng sản xuất bia rât cần nguồn nước đảm bảo thì những phân xưởng sản xuất nước uống khác cũng rất cần. Như vậy có thể nói rằng nguồn nước nhà máy cần cung cấp không những cần đảm bảo đủ tiêu chuẩn vệ sinh mà còn cần luôn đảm bảo trữ lượng. Từ tình hình thực tế ta có thể thay đổi nguồn nước từ việc mua nước máy sang việ sử dụng hệ thống nước ngầm thông qua xử lý để giảm chi phí sản xuất. 1.6 Nguồn cung cấp lao động Với hơn 980.000 người thì Bắc Ninh có nguồn lao động dồi dào có thể đáp ứng được nhu cầu tuyển dụng của nhà máy. Nguồn lao động phổ thông chưa có việc làm hiên SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 15
  16. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm nay vẫn còn nhiều đây chính là nguồn cung cấp công nhân cho nhà máy. Còn nguồn kỹ sư, bộ máy hành chính, cán bộ các phòng ban thì có thể tuyển dụng dễ dàng từ đội ngũ tri thức trẻ trong tỉnh cũng như các tỉnh lân cận như Hải Dương, Bắc Giang 1.7 Sự hợp tác với các công ty khác Nhà máy có thể hợp tác với nhiều công ty về nhiều mặt khác nhau: 1.7.1 Về nguyên liệu - Nhà máy sản xuất malt bia Tiên Sơn - BắcNinh: mua nguyên liệu sản xuất chính: malt - Nhà máy chế biến gạo: Thu mua nguồn nguyên liệu thay thế- Công ty thương mại: mua chế phẩm ezym, axit, kiềm, dung dịch khử trùng - Công ty TNHH Ngân Hạnh: mua malt và một số thiết bị - Công ty TNHH Thanh Tùng - Công ty XNK nông sản thực phẩm AGRECO - Công ty Phúc Quang - Hồng Anh - Công ty Huyền Anh 1.7.2 Về nguồn cung cấp năng lượng - Nhà máy nhiệt điện Phả Lại: mua nguồn năng lượng điện 1.7.3 Cấp thoát nước - Công ty cấp thoát nước thành phố: mua nước dùng cho sản xuất 1.7.4 Một số lĩnh vực khác - Nhà máy thức ăn gia súc: bán lượng bã thải của nhà máy - Các đại lý SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 16
  17. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Phần 2 Lựa chọn và thuyết minh công nghệ sản xuất Chương 1: Nguyên liệu 1.1 Nguyên liệu chính 1.1.1 Malt đại mạch Malt đại mạch là một bán thành phẩm rất giàu dinh dưỡng, được nảy mầm từ hạt đại mạch trong điều kiện nhân tạo, rồi được sấy khô đến điều kiện nhất định trong điều kiện nhất định, sau đó tách rễ và làm sạch. Malt đại mạch là nguyên liệu quan trọng nhất quyết định hương vị cho bia do chúng có chứa một hệ enzym phong phú (amylaza, proteaza, amylophosphataza). Nó có khả năng thủy phân các cao phân tử (tinh bột, protein ) thành các hợp chất phân tử lượng thấp hay tinh bột, đường, dextrin, axit amin với hoạt lực cực đại. Do điều kiện nước ta là khí hậu nhiệt đới gió mùa nên không trồng được đại mạch vì vậy malt phải nhập khẩu trực tiếp từ nước ngoài qua các công ty thương mại hoặc sử dung malt của công ty sản xuất malt Yêu cầu đối với malt: Do bia sản xuất là loại bia vàng nên chọn malt sử dụng là malt vàng từ đại mạch mùa xuân hai hàng thỏa mãn các yêu cầu sau: - Chỉ tiêu cảm quan: + Màu sắc: vàng rơm, sáng, vỏ trấu óng ánh + Mùi: Thơm nhẹ, đặc trưng +Vị: hơi ngọt và hơi chua + Malt có hình dáng và kích thước đồng đều và tương ứng với hạt ban đầu + Hạt gãy vỡ ≤0,5% SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 17
  18. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm + Tạp chất ≤ 1 % - Chỉ tiêu cơ lý: + Khối lượng 1000 hạt không lựa chọn: 36 – 38 g + Dung trọng (khối lượng 1lít hạt) 650 – 760g + Tỷ lệ hạt có độ trắng đục ≥ 94% + Độ xốp ≤ 55000 g.cm/g - Chỉ tiêu hóa sinh và hóa học + Độ ẩm: 5 ÷ 7% + Hàm lượng Tinh bột: 65% khối lượng chất khô + Hàm lượng chất chiết ≥ 80 ÷ 85% chất khô + Hoạt lực diastada (amylaza): 200 -250 WK (số g maltoza được tạo ra khi thành phần tinh bột có trong 100g maltoza) + Đường khử (tính theo maltoza): 65 ÷ 72% + Protein tổng số: 10 ÷ 11% + Đạm hòa tan: 3,5 ÷ 4,5% + Đạm amin 140-160mg % malt khô + Thời gian đường hóa: 10 ÷ 15 phút + pH = 5,6 ÷ 5,9 1.1.2 Hoa Houblon Tên khoa học Huhulus lupulus: Đây là loài thực vật khác gốc, tức là hoa đực và hoa cái mọc ra từ các gốc khác nhau. Tuy nhiên trong cản xuất bia thì chỉ sử dụng búp của hoa cái chưa tụ phấn và các các chế phẩm của nó bởi vì: chúng chiết ra nhựa đắng và các tinh dầu thơm tạo ra hương vị đặc trưng cho bia. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 18
  19. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Cấu trúc búp hoa: Búp hoa có hình nón, dài 3 – 5cm có các bộ phận: cuống, trục, cánh, nhị hoa và hạt lupulin. Tỷ lệ khối lượng của chúng tính theo chất khô của bông hoa như sau: + Cuống: 5 – 8% + Trục: 7 – 8% + Hạt lupulin: 18 – 20% + Cánh và nhị hoa: 65 – 68% Hạt lupulin là thành phần quan trọng nhất của hoa trong sản xuất bia vì đây chính là nguồn gốc tạo ra chất đắng và tinh dầu thơm của hoa. Trong hạt lupulin có chứa thành phần quan trọng đối với sản xuất bia đó là nhựa đắng: + Nhựa đắng: Là thành phần có giá trị nhất trong công nghệ sản xuất bia vì chúng có vai trò: tạo ra vị đắng dịu rất đặc trưng, tạo ra sức căng bề mặt cho bia có khả năng giữ bọt lâu, ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Nhựa đắng của hoa gồm 2 loại: - nhựa mềm (90%) - nhựa cứng (10%). Trong đó thì nhựa mềm gồm chủ yếu 2 loại là α và β- axit đắng đây là thành phần chính quy định độ đắng cho bia. Trong sản xuất bia thì α –axít đắng được đánh giá cao hơn. + Tinh dầu thơm: Chúng được tạo thành trong đài lupulin và cho houblon hương thơm đặc trưng. Tinh dầu hoa có hơn 200 hợp chất, chúng được chia thành 3 nhóm: hydrocacbon, các chất chứa lưu huỳnh Thành phần và tính chất của các cấu tử trong hoa houblon vô cùng quan trọng đối với chất lượng bia. Phụ thuộc vào giống, điều kiện canh tác, khí hậu mà thành phần hóa học của hoa có sự thay đổi khác nhau đáng kể: Bảng 2.1.1 Bảng sự thay đổi thành phần phụ thuộc vào giống, điều kiện canh tác Thành phần Hàm lượng (%) Nước 10 – 11 Nhựa đắng tổng số 15 – 20 Tinh dầu 0,5 – 1,5 Tanin 2 – 5 Monosaccarit 2 Pectin 2 Amino axit 0,1 Protein 15 – 17 Lipit và sáp 3 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 19
  20. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Chính vì những lý do trên mà hoa houblon là nguyên liệu quan trọng thứ hai và nó là nguyên liệu “không thể thay thế” trong sản xuất bia. Các chế phẩm: để tăng cường khả năng bảo quản cũng như thuận tiện cho việc vận chuyển và sử dụng hoa Huoblon được chế biến thành 3 dạng chế phẩm chủ yếu: cao hoa, hoa viên và hoa cánh + Hoa cánh: Hoa houblon được sấy khô đến một độ ẩm nhất định rồi được đóng gói bảo quản. Hoa cánh giữ được hương thơm, độ đắng (bảo toàn được chất lượng) nhưng tốn công vận chuyển, lọc, thiết bị cồng kềnh và cần cung cấp nhiều năng lượng + Hoa viên: hoa Huoblon đã sấy khô sau đó được nghiền thành bột rồi ép thành viên. Có 3 loại hoa viên: hoa viên loại 90, hoa viên loại 45(nồng độ cao), hoa viên đã được đồng phân hóa. Chế phẩm hoa viên có đặc tính giữ lại được hàm lượng tanin, α-axit đắng, hương thơm, giảm lượng bã thải và hàm lượng cac polyphenol. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 20
  21. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Bảng 2.1.2: So sánh thành phần của hoa viên với hoa cánh Các chỉ tiêu (tính theo %) Loại 90 Loại 45 Tỷ lệ tính theo trọng lượng 90 – 96 44 – 52 Phần dung tích 20 – 30 10 – 25 Độ đắng và hươn thơm 100 – 106 200 – 220 Hàm lượng tanin 100 50 Hàm lượng chất rắn 100 50 Hàm lượng các chất có hại 100 50 + Cao hoa: người ta sử dụng nhiều loại dung môi hữu cơ (cồn) hay CO2 để trích ly nhựa đắng và tinh dầu thơm của hoa Huoblon sau đó làm bay hơi dung môi. Cao hoa thu được nhớt và có màu xanh da trời, được bảo quản trong các hộp hoặc chai và rất bền trong quá trình bảo quản. Cao hoa cũng có được những ưu điểm giống hoa viên nhưng hàm lượng hàm lượng các axit đắng cao hơn rất nhiều đặc biệt là hàm lượng α- axít đắng.Tuy nhiên bên cạnh đó thì hàm lượng tinh dầu thơm hầu như không còn và có nguy cơ còn sót lại gốc hữu cơ dung môi mang độc tố và gây ảnh hưởng tới môi trường. Từ những lí do trên mà nhà máy sẽ sử dụng kết hợp 50% hoa cánh và 50% hoa viên trong công nghệ sản xuất dịch đường. Tuy nhiên do đặc điểm khí hậu mà nước ta không thể trồng được loại hoa này mà chế phẩm hoa phải nhập khẩu trực tiếp từ nước ngoài (Tiệp, Đức ) hay thông qua các công ty thương mại - Các yêu cầu đối với chế phẩm hoa Huoblon đưa vào sản xuất: + Màu sắc: có màu xanh hơi vàng và có màu sáng. + Hình dáng: các búp hoa phải to đều, các cánh hoa phải xếp khít nhau. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 21
  22. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm + Mùi thơm: có mùi thơm đặc trưng, bền lâu, dễ chịu, không có mùi lạ: chua, mốc, khói, cháy, mùi cỏ, mùi lưu huỳnh + Tạp chất: Không lẫn tap chất, thân, lá, cuống. + Hàm lượng chất đắng: Bảng 2.1.3: Bảng một số chỉ tiêu của chế phẩm hoa viên đưa vào sản xuất bia Chỉ tiêu (% chất khô) Hoa viên Tổng nhựa 22 – 40 Tổng hàm lượng nhựa mềm 18 – 36 Α – axit 7 – 20 Β- axit 11 – 16 Nhựa cứng 2 – 7 1.1.3 Nấm men Là vi sinh vật đơn bào, có khả năng sống trong môi trường dinh dưỡng có chứa đường, nitơ, photpho, các hợp chất vô cơ và hợp chất hữu cơ. Chúng có khả năng sống cả trong điều kiện hiếu khí và yếm khí.Trong điều kiện yếm khí chúng sản sinh ra các sản phẩm trao đổi chất: C2H5OH, CO2, este, aldehit, rượu bậc cao, axeton tao ra hương vị đặc trưng cho bia. Hiện nay nấm men sử dụng trong sản xuất bia gồm chủ yếu hai loại là: Saccharomyces serevisiae và chủng nấm men Saccharomyces carlsberginsis. - Chủng nấm men nổi Saccharomyces serevisiae: Thường có hình ovan hoặc cầu thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ 15 ÷ 250C, chúng phân bố chủ yếu ở các lớp chất lỏng trên bề mặt của môi trường lên men.Trong suốt thời gian lên men tế bào nấm men nổi lơ lửng trong dịch lên men và tập trung ở bề mặt dịch, các tế bào nấm men không liên kết với nhau thậm chí khi quá trình lên men kết thúc chúng vẫn lơ lửng trong bia non. Do khả năng kết lắng của chúng rất kém nên việc tách nấm men SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 22
  23. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm gặp rất nhiều khó khăn, do đó quá trình lọc rất khó. Ngoài ra khả năng lên men của nấm men nổi chỉ đượch 1/3 đường raffinoza (galactoza >glucoza + fructoza) + Chủng nấm men chìm Saccharomyces carlsberginsis: Thường hình cầu, thích hợp với nhiệt độ lên men là 8 ÷ 120C.Trong suốt quá trình lên men thì nấm men kết hợp lại với nhau và tạo thành chùm kết lắng xuống đáy.Vì vậy khi kết thúc quá trình lên men thì hầu như chúng đã bị kết lắng nên việc lọc trở nên dễ dàng. S. carlsberginsis có khả năng lên men được toàn bộ đường raffinoza (galactoza, melibioza). Từ những đặc điểm trên thì ta chọn chủng nấm men S. carlsberginsis để thực hiện lên men dịch đường * Những yêu cầu đối với nấm men đưa vào sản xuất bia - Nấm men phải thuần chủng - Có khả năng lên men nhanh - Có khả năng sinh ra nhiều hợp chất tạo hương thơm - Có kả năng đề kháng cao và có khả năng tái sản xuất - Không sinh tổng hợp ra các hợp chất lạ 1.2 Nguyên liệu thay thế Để giảm giá thành sản xuất thì hiện nay người ta sử dụng nguyên liệu giàu tinh bột để thay thế một phần malt như tiểu mạch, yến mạch, gạo, ngô, sắn, rỉ đường Tỷ lệ và loại nguyên liệu thay thế tùy thuộc vào từng nhà máy,vào điều kiện sản xuất, vào khẩu vị của từng nước. Để phù hợp với khẩu vị của người tiêu dùng trong nước và đồng thời cũng thu được hiệu quả kinh tế cao nhất thì nhà máy cũng lựa chọn gạo là nguyên liệu thay thế với tỷ lệ là 40% - Những yêu cầu của gạo đưa vào sản xuất: * Chỉ tiêu cảm quan - Hạt có màu trắng đục, không bị mốc - Kích thước của hạt phải đồng đều, kông bị mối mọt - Gạo không có mùi khét, mùi mốc hay mùi lạ - Gạo không được lẫn tạp chất: sạn, kim loại * Chỉ tiêu hóa học - Độ ẩm: W ≤ 13% - Hiệu suất hòa tan: 85% - Hàm lượng tinh bột: 75÷ 85% - Hàm lượng protein: 7÷9% SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 23
  24. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Hàm lượng chất béo: 1 ÷ 1.5% - Xenluloza: 0.5 ÷ 0.8% - Chất khoáng: 1 ÷ 1.2% - Các loại đường: 2 ÷ 5% 1.3 Nước Nước là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất bia nó chiếm 80÷90% trong bia thành phẩm và nó còn có vai trò góp phần vào việc hình thành chất lượng bia. Bên cạnh đó nó còn sử dụng cho nhiều mục đích khác: vệ sinh công nghiệp, nước sinh hoạt trong nhà máy. Vì vậy nước sử dụng trong sản xuất bia cần đảm bảo chất lượng tốt và thỏa mãn - Nước trong suốt không có mùi lạ - pH 6.5÷7 - Độ cứng chung: < 6 oH - Hàm lượng Mg2+: < 100 mg/l - Hàm lượng muối cacbonat: < 50 mg/l - Hàm lượng muối clorua : < 200 mg/l - Hàm lượng muối CaSO4 : < 200 mg/l - Hàm lượng clo: 75 ÷ 150 mg/l - Hàm lươngj Fe2+ : < 0.3 mg/l - Vi sinh vật: < 100 tế bào/l - Không có NH3, NO2, kim loại nặng, vi khuẩn ecoli và các vi sinh vật có hại Để có nguồn nước đủ tiêu chuẩn thì ta có thể sử dụng những phương pháp xử lý nước như: làm mềm nước băng phương pháp lắng, lọc, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý, băng phương pháp trao đổi ion và phải khử trùng. Khi nước đủ các tiêu chuẩn trên thì mới đưa nước vào sản xuất bia để có được bia có chất lượng cao 1.4 Một số nguyên liệu phụ trợ 1.4.1 Các chế phẩm enzym Do nhà máy sử dụng phần trăm nguyên liệu thay thế khá cao (40%) vì vậy để đảm bảo bia đáp ứng được thị hiếu người tiêu dùng thì nhà máy lựa chọn công nghệ nấu có sử dụng enzym. Enzym được sử dụng nhằm mục đích: để tăng hiệu suất của các quá trình thủy phân, các quá trình chuyển hóa và đồng thời giảm thời gian sản xuất. Các loại enzym lựa chọn sử dụng trong công sản xuất: - Termamyl 120L: - Có dạng lỏng, chịu được nhiệt độ cao. Được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus lichenformis. Là một endo – α amylaza, có khả năng thủy phân liên kết α - (1,4) glucozit SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 24
  25. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm giúp tinh bột nhanh chóng chuyển hóa về các hợp chất có phân tử lượng thấp pHopt = 6, 0 0 T opt = 95 C. - Termamyl 120L được sử dụng trong quá trình hồ hóa với mục đích: + Giảm độ nhớt của dịch đường + Nâng cao hiệu suất thu hồi nguyên liệu - Maxturex L: - Là một enzym α- axetolactat decacboxylaza, thu nhận từ Bacillus subtilis. Chế phẩm ở dạng lỏng, màu xám, có tỷ trọnglà 1.2g/l - Sử dụng trong thời kỳ lên men phụ và tàng trữ nhằm rút ngắn thời gian và làm giảm hàm lượng diaxetyl tạo thành trong bia thành phẩm còn 1.5 ppm do chúng xúc tác phản ứng decacboxyl chuyển hóa α - acetolactat thành acetonin - Cereflo: - Là một endo - glucanlaza, sản xuất từ B.subtilis, chế phẩm ở dạng lỏng có tỷ trọng là 1.2 mg/l - Chúng giúp phân giải β - glucan ở liên kết β - (1,4)glucozit tạo thành oligosaccarrit có 3 ÷ 5 đơn vị glucoza - Chế phẩm này được sử dụng trong quá trình đường hóa sẽ làm giảm độ nhớt của dịch đường giúp cho quá trình lọc dễ dàng hơn - Neutraza: - Là một proteaza được sản xuất từ B. subtilis - Giúp thủy phân protein thành peptit hay một phần tạo ra đạm hòa tan cho nấm men sinh trưởng và phát triển - Neutraza được sử dụng trong quá trình đường hóa với chế phẩm neutraza 0.5L của NoVo 1.4.1 Một số hóa chất Ngoài các nguyên liệu chính phục vụ cho quá trình sản xuất bia thì trong nhà máy việc vệ sinh là một việc rất quan trọng - NaOH 96% để khử trùng, tẩy rửa vệ sinh và trung hòa - Axit: các axit sử dụng là H3PO4, axit lactic nhằm điều chỉnh pH trong quá trình nấu: hồ hoá và đường hoá. Nó còn cung cấp nguồn phospho để cho nấm men phát triển. - Muối: CaSO4, CaCl2: bổ sung vào quá trình đường hóa nhằm cung tăng cường hoạt lực cho enzym amylaza đồng thời còn điều chỉnh pH - Chất trợ lọc: sử dụng diatomit để hỗ trợ quá trình lọc được dễ dàng - Caramem: nhằm tăng độ màu cho bia SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 25
  26. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Chương 2: Lựa chọn quuy trình công nghệ 2.1 Sơ đồ công nghệ Malt Gạo Malt lót Nghiền Nghiền Nước Nước Đường hóa Hồ hóa Enzym Enzym Lọc dịch Bã Nước 780C Hoa Thức ăn Nấu hoa houblon Nước rửa gia súc Lắng trong Cặn thô Nấm men giống Làm lạnh nhanh Ôxi Nhân giống Men sữa Lên men chính CO2 Bã men Xử lý bã Lên men phụ men Xử lý, nạp CO2 Lọc bia Chai Bão hòa CO2 Rửa, Chiết, dập nắp Chiết Bock kiểm tra bock Nắp Dán nhãn Xuất xưởng SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 26
  27. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất 2.2. 1 Nghiền 2.2.1.1 Nghiền malt Nghiền malt nhằm đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh nhỏ để tăng bề mặt tiếp xúc với nước làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần chất của nội nhũ nhanh hơn thúc đẩy quá trình đường hoá và thuỷ phân. Hiện nay thì malt được nghiền bằng 3 phương pháp: + Nghiền khô: + Nghiền ẩm: + Nghiền ướt: Chúng tôi chọn phương pháp nghiền khô với máy nghiền 4 trục. Tuy phương pháp này không giữ nguyên được vỏ nhưng nó có nhiều ưu điểm: + Phù hợp với năng xuất của xưởng sản xuất + Thuận tiện có thể nghiền ngay trước lúc nấu + Bột sau khi nghiền có thể bảo quản trong một thời gian + Dễ vệ sinh b) Tiến hành 1. Trục cấp liệu 1. Trôc cÊp liÖu 2. 2.Malt Cơ v µcấuo định hướng 3. §«i trôc nghiÒn th« 4. 3.§ «Đôii trôc trụcnghiÒn nghiềnl¹i vá thô 5. Sµng rung 6. 4.H ÖĐôithè ngtrục®iÒu nghiềnkhiÓn lại 7. 5.H çSàngn hîp rungvá vµ tÊm 8. Malt nghiÒn th« 9. 6.B éCơt cấu truyền động 7. Bột lớn và tấm 8. Lớp bột nghiền lần 1 9. Lớp bột đạt yêu cầu - Malt từ xilo chứa được vận chuyển vào cân nhờ gầu tải. Sau khi được định lượng bằng cân thì malt được vận chuyển vào máy nghiền. Malt được đưa vào trong máy nghiền qua trục cấp liệu phía trên máy nghiền. Nhờ cơ cấu định hướng mà malt được đưa vào giữa khe của đôi trục nghiền thứ nhất (đôi trục nghiền thô) và được nghiền nhỏ. Bột nghiền rơi xuống sàng rung, ở đây những bột nghiền chưa đủ tiêu chuẩn, hỗn hợp vỏ và tấm được đưa xuống nghiền tiếp ở đôi trục thứ hai (đôi trục nghiền lại) và được nghiền nhỏ tới kích thước yêu cầu và được đưa ra ngoài qua đường tháo bột nghiền phía dưới máy nghiền. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 27
  28. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm * Một số lưu ý khi nghiền malt: - Malt được nghiền không được nhỏ quá sễ gây khó khăn cho lọc và bia có vị đắng kkhó chịu - Không được nghiền phá vỡ hết lớp vỏ trấu của malt mà cần giữ lại nguyên cấu trúc của vỏ để quá trình lọc dược dễ dàng - Khi nghiền thì cần điều chỉnh khe giữa hai trục nghiền cho phù hợp Thành phần bột nghiền - Bột mịn: 35 ÷ 40% - Tấm: 40 ÷ 55% - Vỏ: 10 ÷ 15% 2.2.1.2 Nghiền gạo Khác với malt thì gạo là nguyên liệu chưa qua ươm mầm nên hạt tinh bột của nó chưa được hồ hoá, chưa được tác động bởi enzym. Cấu trúc tinh bột của chúng còn cứng, rất khó bị thuỷ phân. Vì vậy để có thể chiết ly được nhiều nhất chất hoà tan thì gạo cần được nghiền thật nhỏ. Để đáp ứng yêu cầu này thì tôi chọn phương pháp nghiền khô bằng máy nghiền búa. Cấu tạo máy nghiền búa: b) Tiến hành: - Gạo được định lượng theo từng mẻ nấu được gầu tải vận chuyển vào máy nghiền. Gạo được đưa vào máy nghiền từ cửa nạp liệu. Trước khi vào khoang nghiền thì gạo được loại bỏ các tạp chất kim loại nhờ nam châm. Vào trong khoang nghiền dưới tác động va đập của búa và thành máy mà gạo được nghiền nhỏ. Những hạt đạt yêu cầu được đưa ra ngoài còn những hạt chưa đạt tiêu chuẩn thì tiếp tục được nghiền tiếp nhờ chuyển SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 28
  29. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm động quay của máy nghiền. Toàn bộ quá trình này được tiến hành qua hệ thống điều khiển tự động. Do gạo cần được nghiền nhỏ hơn malt nên thành phần của bột nghiền là: Bột mịn: ≥ 45% Tấm lớn: 25% Tấm nhỏ: 30% 2.2.2 Công nghệ nấu Việc sử dụng nguyên liệu gạo thay thế vào sản xuất bia đòi hỏi nhà máy phải có những giải pháp công nghệ thích hợp thì mới đảm bảo được hiệu suất đường hoá và ổn định được chất lượng của sản phẩm. Hiện nay căn cứ vào phương thức tiến hành công nghệ đường hoá chia làm 2 nhóm cơ bản: + Đường hoá phân đoạn + Đường hóa toàn khối Do tỷ lệ gạo thay thế cao nên hàm lượng tinh bột chưa được đồ hoá cao rất khó đường hoá, hoạt lượng enzym ít không đủ để thuỷ phân hết phần tinh bột gạo. Bên cạnh đó thì căn cứ vào tình hình sản xuất thực tế của nhà máy: Năng suất nhỏ, chất lượng bia thuộc dạng trung bình nên phương pháp đường hoá toàn khối có sử dụng enzym là một giải pháp tối ưu nhất do: + Phương pháp này đòi hỏi ít thiết bị + Đơn giản dễ tiến hành + Enzym giúp rút ngắn thời gian nấu mà vẫn đảm bảo yêu cầu công nghệ. 2.2.2.1 Hồ hoá Quá trình hồ hoá được tiến hành trong một thiết bị riêng thân hình trụ đáy côn, có vỏ bọc bên ngoài, trong có hệ thống cánh khuấy. Trong quá trình nấu có bổ sung: enzym Termamyl 120L và 10% malt lót. a) Mục đích: - Nhằm làm tinh bột bị trương nở và chuyển về trạng thái hòa tan làm cho độ nhớt tăng nhanh và đạt cực đại giúp cho enzym của malt lót và chế phẩm enzym hoạt động dễ dàng b) Tiến hành -Vệ sinh thiết bị sạch sẽ. - Đóng van đáy - Mở van hơi SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 29
  30. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Cho hỗn hợp bột gạo, 10% malt lót và nước 45 ÷ 500C vào nồi.Tước khi vào nồi thì bột và nước được hoà trộn với nhau. Hỗn hợp bột gạo và malt lót chảy từ trên xuống gặp nước phun từ dưới lên. Nước và bột được trộn theo tỷ lệ 5 nước/ 1 bột. - Bật cánh khuấy: ngay sau khi hỗn hợp bột và nước được chuyển vào nồi thì ta tiến hành bật cánh khuấy. - Cho chế phẩm Termamyl 120L vào. - Khi hỗn hợp được chuyển hết vào nồi thì nhiệt độ hỗn hợp đạt khoảng 42 ÷450C. Quá trình nấu được tiến hành như sau + Bia hơi: Nhiệt độ (0C) 45 95 100 Thời gian (phút) 5’ 30’ 30’ + Bia chai: Nhiệt độ (0C) 45 63 95 100 Thời gian (phút) 5’ 30’ 30’ 1’ Điều chỉnh van hơi sao cho tốc độ nâng nhiệt là 1÷1,50C/ phút. - Đóng van hơi. - Bổ sung nước thường vào để hạ nhiệt độ xuống 70 ÷ 750C. - Chuyển địch cháo sang nồi đường hóa. 2.2.2.2 Đường hoá Đường hoá được thực hiện trong thiết bị giống với nồi hồ hoá nhưng thể tích lớn hơn. Công nghệ đường hoá là phương pháp toàn khối có sử dụng enzym (Neutraza, Fulgamyl, cecreflo) và axít điều chỉnh pH. Tỷ lệ bột malt /nước=1/4 b) Tiến hành - Vệ sinh thiết bị. - Đóng van đáy. - Khi nhiệt độ nồi hồ hoá đạt 1000C thì tiến hành đưa malt và nước vào thực hiện ngâm malt. Bột malt và nước được trộn lẫn với nhau theo tỷ lệ 1/4. Quá trình đưa malt và nước vào nồi và nước sử dụng giống với quá trình hồ hoá. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 30
  31. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Bật cánh khuấy: khi malt và nước được đưa vào nồi thì ta bắt đầu tiến hành bật cánh khuấy. - Mở van hơi: van hơi được mở từ từ khi ta cho malt vào. - hỗn hợp bột và nước tạo ra hỗn hợp có nhiệt độ 450C - Nhiệt độ và thời gian của quá trình như sau: + Bia hơi: quá trình chuyển dịch cháo tiến hành một lần tạo nên nhiệt độ 630C trong nồi đường hoá và tiến hành cho enzym Neutraza và Ultraflo. Nhiệt độ (0C) 45 63 73 78 Thời gian (phút) 30’ 45’ 30’ 5’ + Bia chai: đối với bia chai thì dịch cháo được chuyển sang nồi đường hoá làm 2 lần:+ Lần 1 tạo nên hỗn hợp có nhiệt độ 520C + Lần 2: chuyển hết và tạo ra hỗn hợp có nhiệt độ 630C và enzym Fulgamyl và Ultraflo được cho vào. Nhiệt độ (0C) 45 52 63 73 78 Thời gian (phút) 30’ 30’ 30’ 20’ 5’ - Quá trình đường hoá kết thúc khi dịch đường không làm đổi màu dung dịch iốt. Tốc độ nâng nhiệt 10C/phút. - Kết thúc đường hoá thì vặn nhỏ van hơi và tiến hành bơm chuyển dịch đường sang máy lọc. 2.2.3 Lọc dịch đường Sau khi đường hoá thì thu được hỗn hợp gồm pha rắn và pha lỏng. Lọc bã là nhằm tách pha rắn ra khỏi pha lỏng. Hiện nay thì lọc bã dịch đương thường được tiến hành bằng 2 thiết bị là thùng lọc đáy bằng và máy lọc khung bản. Trong công nghệ này tôi chọn thùng lọc đáy bằng. */ Tiến hành: - Vệ sinh thùng lọc. - Tạo lớp lọc phụ: cho nước nóng 780C vào thùng lọc cho tới khi nước ngập lớp đáy giả và sấp lưới lọc. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 31
  32. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Bơm dịch đường vào thùng lọc và tiến hành lọc: quá trình lọc chia làm 2 giai đoạn: + Lọc dịch đầu: ban đầu dịch lọc chảy ra còn đục ta tiến hành cho tuần hoàn lại cho tới khi dịch lọc trong thì dừng lại bắt đầu quá trình thu dịch lọc (25’) + Rửa bã: Khi quá trình lọc dịch đầu kết thúc thì bật nhẹ cánh khuấy và cho nước rửa bã 780C vào. Khi nước rửa bã được đưa vào hết thì ngừng bật cánh khuấy và thực hiện quá trình lọc. Quá trình rửa bã được tiến hành 3 lần (15’/lần) Đối với bia chai thì lượng nước rửa bã ít hơn do nồng độ chất chiết yêu cầu cao hơn. 2.2.4 Nấu dịch đường với hoa Houblon a) Mục đích: - Trích ly các thành phần chất của hoa houblon vào dịch đường để tăng độ đắng và hương thơm cho bia. - Các chất của hoa sẽ tạo kết tủa với các protit cao phân tử, các kết tủa này sẽ dễ dàng kết lắng góp phần làm quá trình lọc nhanh hơn đồng thời làm tăng độ bền keo và độ bền sinh học cho bia - Một số thành phần của hoa tham gia tạo sức căng bề mặt giúp giữ bọt cho bia. - Điều chỉnh nồng độ đường của dịch đường. - Góp phần tiêu diệt vi sinh vật và làm ổn định thành phần của dịch đường. → Để có thể đạt được những mục đích trên thì tôi chọn công nghệ nấu hoa như sau: +Loại chế phẩm: - 50% hoa cánh 5%α – axít đắng. - 50% hoa viên 10% α – axít đắng. + Phương pháp nạp: 2 lần + Thời gian cho hoa: hoa viên: ngay từ đầu, hoa cánh trước khi kết thúc khoảng 20 phút. b) Tiến hành - Dịch đường được bơm từ máy lọc vào nồi nấu hoa. Ngay khi dịch đường chảy vào nồi nấu hoa thì bắt đầu mở nhỏ van hơi để đảm bảo nhiệt độ dịch luôn ≥ 75oC. Tiến hành mở tăng van hơi từ từ cùng với sự tăng dần của dịch đường vào trong nồi nấu hoa sao cho khi toàn bộ dịch rửa bã được bơm sang nồi nấu hoa cũng là lúc dịch đường trong nồi sôi. - Cho hoa viên 10% α – axít đắng và giữ nhiệt độ trong nồi nấu sôi (khoảng 101 ÷1020C). SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 32
  33. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Cho hoa cánh 5% α – axít đắng vào trước khi kết thúc nấu 20 phút. Hoa cánh được cho vào giỏ hoa và thả vào nồi nấu. - Cho cazamen: - Kết thúc quá trình nấu thì ngừng cấp hơi. - Mở van bơm dịch đường sang thùng lắng. 2.2.5 Lắng Dịch đường hublon hoá có nhiệt độ trên 1000C và chứa một lượng cặn do bã hoa houblon và do sự hình thành một số hợp chất kết tủa của prôtêin và một số hợp chất trong hoa. Các cặn này có ảnh hưởng xấu tới quá trình lên men vì vậy trước khi đưa dịch vào lên men ta cần loại bỏ các cặn này. - Tôi lựa chọn quá trình lắng trong dịch đường houblon hoá được tiến hành trong thùng lắng Wirlpool (thùng lắng xoáy) vì:Đây là một thiết bị khá đơn giản, ít tốn kém, dễ vận hành. b) Tiến hành - Vệ sinh thiết bị. - Đóng van xả bã, van chuyển dịch sang máy lạnh. - Bơm dịch đường huoblon hoá vào thùng lắng: Dịch đường được bơm vào thùng ở vị trí 1/ 4 thân thùng từ đáy lên và dịch được đưa vào thùng theo phương tiếp tuyến với thân thùng. Đường ống dẫn dịch đường vào được thiết kế để cho dịch đường được phóng vào thùng với lực rất lớn làm cho cột chất lỏng trong thùng xoay tròn. Nhờ đó mà cặn bị hút vào tâm và lắng xuống đáy thùng lắng. - Để yên khoảng 20 phút sao cho cặn lắng xuống và nhiệt độ của dịch đường giảm xuống khoảng 900C. - Mở van tháo dịch trong sang máy làm lạnh nhanh. - Sau khi hết dịch trong thì đóng van tháo dịch. - Mở van xả bã. 2.2.6 Làm lạnh dịch đường houblon hoá a) Mục đích: - Hạ nhiệt độ của dịch lọc xuống nhiệt độ lên men. - Tách cặn mịn: kết tủa protein, chất chát. - Hạn chế sự phát triển của tạp khuẩn. - Cung cấp ôxi vào dịch lên men để cho nấm men phát triển. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 33
  34. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Để hạ nhiệt độ dịch đường houblon hóa xuống nhiệt độ lên men tôi chọn thiết bị làm lạnh nhanh dạng tấm bản 2 cấp do thiết bị gọn nhẹ, làm lạnh nhanh, không bị nhiễm vi sinh vât. b) Tiến hành - Vệ sinh máy. - Bơm dịch đã lắng trong từ thùng lắng vào máy theo đường dẫn phía trên. - Đưa tác nhân lạnh vào theo chiều ngược với chiều của dịch đường. - Tại máy lạnh thì dịch đường được làm lạnh theo 2 cấp: + Cấp 1: Dịch đường được làm lạnh tới 55 ÷ 600C nhờ nước lạnh 160C. Thời gian khoảng 30 phút. + Cấp 2: Dịch đường được làm lạnh tới 100C nhờ tác nhân lạnh glycol trong 30 phút. Dịch đường và tác nhân lạnh được đưa vào theo chiều ngược nhau và chảy vào các rãnh zích zắc kế tiếp nhau nhờ vậy mà dịch đường nhanh chóng được làm nguội và làm lạnh. - Sau khi được làm lạnh thì dịch đường ra khỏi máy lạnh theo một đường dẫn khác. - Bổ sung ôxi: không khí sạch vào dịch đường với tỷ lệ tính toán. - Bơm dịch lên men vào tank lên men. 2.2.7 Công nghệ lên men Lên men là quá trình quan trọng nhất trong sản xuất bia nhằm biến đổi các hợp chất ở dạng hòa tan có khả năng lên men thành C2H5OH, CO2 và một số hợp chất khác nhờ nấm men (axít hữu cơ, este, .) tạo nên hương vị đặ trưng cho bia. Công nghệ lên men rất đa dạng nó phụ thuộc và nhiều yếu tố + Chủng nấm men sử dụng: hiện nay trên thế giới 2 chủng được lựa chọn nhiều nhất trong lên men bia là: S. cerevisiae và chủng S.carlbergensis. + Phương pháp lên men: - lên men chìm trong điều kiện hở - lên men chìm trong điều kiện kín. - lên men nổi. Quá trình lên men có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn, trong 1 thiết bị hay hai thiết bị. Công nghệ lên men luôn luôn được cải tiến để hoàn thiện. Để phù hợp với tình hình thực tế và theo kịp công nghệ thì nhà máy lựa chọn công nghệ lên men như sau: SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 34
  35. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Lên men theo phương pháp gia tốc trong thiết bị thân trụ đáy côn. Lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong cùng một thiết bị (lên men một pha) ở điều kiện kín. Việc sử dụng phương pháp này có ưu điểm lớn là: + Rút ngắn chu trình sản xuất + Công nghệ đơn giản dễ thực hiện + Tiêu tốn ít lao động thủ công và dễ dàng tự động hoá. + Mặt bằng xây dựng chiếm ít. - Chủng nấm men: S. carlbergensis là lựa chọn tối ưu nhất do chúng dễ dàng kết lắng nên dễ dàng thu hồi trong thiết bị lên men. Nấm men được sử dụng là men giống và men sữa tái sử dụng đến đời thứ 6. - Lên men chia làm 2 giai đoạn: lên men chính ở nhiệt độ 120C (±1) trong 7 ngày và lên men phụ ở nhiệt độ 20C (±1) trong 10 ngày. 2.2.7.1 Chuẩn bị men giống a) Nhân giống nấm men từ môi trường thạch nghiêng - Tiến hành: Nguyên tắc là tăng nhanh sinh khối nấm men nhưng trong những điều kiện môi trường thay đổi dần dần từ môi trường bảo quản trong phòng thí nghiệm sang điều kiện sản xuất - Gây men trong phòng thí nghiệm: men giống được cấy chuyển từ môi trường thạch nghiêng sang ống nghiệm 10ml và qua các bước như sau: Điều kiện 10ml 100ml 1l 10l môi trường Môi trường Nước chiết Nước chiết Nước chiết Nước chiết malt malt và dịch malt và dịch malt và dịch 100Bx hấp thanh chiết nấm chiết nấm men chiết nấm men trùng ở áp suất men 0,5kg/cm2/10phút pH 4,5 ÷5 4,8 ÷5,2 4,8 ÷5,2 4.8 ÷ 5.2 t0 ( 0C) 28 ÷ 30 28 ÷ 30 28 ÷ 30 22 ÷ 25 Thời gian(h) 24 24 24 18 ÷ 24 - Nhân giống trong phân xưởng gây men giống: + Chuẩn bị môi trường: Dịch đường houblon hóa được bơm vào thiết bị nhân giống. Sau đó nén hơi trực tiếp vào (để khử trùng) và tăng dần nhiệt độ lên 100oC giữ trong 1 giờ. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 35
  36. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm + Quá trình nhân giống gồm 2 cấp: Điều kiện môi Cấp 1 Cấp 2 trường Môi trường Dịch đường huoblon hoá Dịch đường huoblon hoá đã đã thanh trùng thanh trùng pH 5 ÷ 5,2 5 ÷ 5,2 T0 ( 0C) 14 ÷ 16o 12 ÷ 14 Thời gian (h) 24 ÷ 26 24 ÷ 48 Kết thúc nhân giống cấp 2 thì mật nấm men đạt mật độ 100 ÷ 200 triệu tế bào/ml thì đưa vào sản xuất. Nếu không sử dụng ngay thì phải bảo quản men giống ở nhiệt độ 0oC. Trong suốt quá trình nuôi cấy thì phải sục khí liên tục, cứ 2 giờ thì sục khí nén một lần trong 30 phút. b) Xử lý men sữa Mục đích: Nhằm tái sử dụng lại nấm men đã đưa vào lên men đáp ứng nguồn nấm men cần cho sản xuất (khoảng 50%), giảm chi phí cho việc nhân giống, tiết kiệm thời gian đồng thời còn tận dụng được khả năng lên men cực đại của các đời nấm men tái sử dụng ở đời thứ 2 ÷ 6. Tiến hành: sau khi kết thúc quá trình lên men chính ta hạ nhiệt độ xuống 0 ÷ 4oC sau 24 giờ thì ta tiến hành mở van đáy dể tháo cặn men để lấy men sữa. Cặn men tháo ra bao gồm 3 lớp: - Lớp trên: lớp cặn có màu nâu, là lớp men già - Lớp giữa: lớp dày nhất, dính, có màu trắng sữa, đây là lớp men sống và trẻ khỏe. - Lớp đáy: đáy là lớp cặn bẩn Ta loại bỏ phần lớp cặn dưới cùng và lớp cặn trên chỉ lấy lớp cặn giữa: Cho cặn men vào thiết bị rửa bằng nước vô trùng có nhiệt độ 0 ÷ 4oC. Khuấy đều, để lắng trong 20 ÷ 30 phút rồi gạt bỏ phần trên và tháo bỏ lớp cặn ở phía đáy chỉ giữ lại phần giữa. - Với men bình thường: Sau khi loại bỏ lớp trên và lớp dưới ta tiếp tục tháo nước vào rửa 3 ÷ 4 lần cho tới khi thấy men trắng thì tháo nước trong đi và đưa men vào sản xuất hay bảo quản ở 0 ÷ 4oC ở trong nước sạch nếu đạt tiêu chuẩn - Nếu men bị nhiễm nặng thì bỏ đi, trừ trường hợp cần thiết thì mới tiến hành xử lý: Sữa men được rửa bằng dung dịch H2SO4 1% với liều lượng 0.3l/1l men sữa đặc. Khuấy đều và điều chỉnh pH ≥ 2. Sau 40 phút thhì đem đi trung hòa sữa men axit hóa SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 36
  37. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm bằng NaOH 1% với tỷ lệ H2SO4 1% /NaOH 1.8% = 1/1. Sau khoảng 15 phút thì pH quá trình trung hòa thực hiện xong thì ta tiến hành rửa như bình thường. Đối với men tái sử dụng để tăng hiệu quả thì trước khi đưa vào lên men tiếp ta cần hoạt hóa sữa men: Đưa nấm men nuôi trong dịch đường lạnh theo tỷ lệ men sệt/ dịch đường = 1/5. Bật cánh khuấy và sục khí vô trùng và tạo nhiệt độ 12 ÷ 14oC giữ trong 2 ÷ 3 giờ (để nấm men phát triển) rồi kết thúc quá trình và đưa men sữa vào tái sử dụng. Men sữa tái sử dụng có thể đạt mật độ 100 ÷ 120 triệu tế bào/ ml, độ cồn đạt 0.3% 2.2.7.2 Lên men chính a) Mục đích: Tạo điều kiện để nấm men lên men các đường tạo thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ đặc trưng hình thành hương vị cho bia thành phẩm sau này: aldehit, este, rượu bậc cao, axit hữu cơ b) Tiến hành: - Trước khi tiến hành lên men tiến hành vệ sinh tank lên men nhờ hệ thống CIP: mở van nước thực hiện vệ sinh bằng nước sau đó đóng van nước lại và mở van kiềm để khử trùng. Cuối cùng vệ sinh bằng chất sát trùng. - Chuẩn bị men: men giống tiếp với tỷ lệ 10% còn men sữa thì 1% so với dịch lên men - Cấp lạnh cho tank lên men. - Chuyển dịch lên men vào tank: + Dịch đường được hoà trộn với nấm men trước khi đưa vào tank nhằm hoà trộn đều nấm men vào dịch. + Dịch lên men được đưa vào phía dưới. + Ngừng cấp dịch khi dịch chiếm 80% thể tích tank lên men. - Đóng van đỉnh và thu CO2: sau khi chuyển hết dịch vào tank thì sau 5 ÷6 giờ đóng van đỉnh và mở van thu CO2. - Trong quá trình lên men luôn phải chú ý khống chế nhiệt độ và áp suất trong tank len men: + Ở những ngày đầu lên men là 11 ÷ 12oC, khi quá trình lên men chính vào giai đoạn kết thúc thì mở to van lạnh để hạ dần nhiệt độ xuống 20C. + Áp lực trong tank lên men là 1÷1.2kg/cm2 - Khi nồng độ đường trong dịch lên men còn khoảng 3,0% thì kết thúc quá trình lên men chính và chuyển sang quá trình lên men phụ và tàng trữ bia non. 2.2.7.3 Lên men phụ và tàng trữ a) Mục đích: SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 37
  38. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Nhằm thực hiện tiếp quá trình lên men đường còn lại trong bia non thành rượu etylic và CO2 - Khử diaxetyl (sản phẩm không có lợi cho bia) thành axetoin (sản phẩm không độc) và hàm lượng diaxetyl giảm từ 0.4mg/l xuống hàm lượng cho phép ≤ 0.2 mg/l. - Tiếp tục tao ra một số sản phẩm phụ với tỷ lệ hài hòa tạo hương vị cho bia - Tạo điều kiện tốt cho qua trình bão hòa CO2 tăng khả năng giữ bọt, tăng vị và góp phần ức chế sự hoạt động của vi sinh vật b) Tiến hành: - Quá trình lên men phụ và tàng trữ được thực hiện ngay trong tank lên men chính. - Đóng van thu hồi CO2. - Mở van lạnh để hạ nhiẹt độ xuống 20C (± 10C) và giữ ở nhiệt độ này trong suốt quá trình. - Mở van khí để tăng áp lực trong tank vào khoảng 1,3 ÷ 1,5kg/cm2. - Xả men sữa: sau 24 giờ lên men phụ thì tiến hành xả men sữa. Quá trình xả men sữa tiến hành khoảng 3 lần cho tới khi thấy hết men sữa trong tank. Men sữa được bơm vào tank chứa men sữa. - Khi nồng độ đường sót trong bia non xuống 2,5 ÷ 2,7 thì tăng cường cấp lạnh để hạ nhiệt độ trong tank là 00C và kết thúc quá trình lên men. 2.2.8 Hoàn thiện sản phẩm Quá trình lên men kết thúc thì bia đã có những tính chất đặc trưng cần thiết nhưng trong dịch bia còn tồn tại một số cặn lơ lửng điều này làm cho bia chưa trở thành hàng hoá thương mại. Vì vậy để được gnười tiêu dùng chấp nhận thì bia sau lên men cần phải được xử lý qua một vài công đoạn: - Lọc trong bia. - Bão hoà CO2 - Chiết chai, chiết bom. - Thanh trùng (với bia chai). 2.2.8.1 Lọc trong bia Một số phương pháp sử dụng - Lắng trong. - Ly tâm. - Lọc. a) Mục đích: SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 38
  39. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Nhằm tách các phần cặn, kết tủa: protein-polyphenol, nhựa đắng, hạt keo, protein và xác nấm men thừa còn xót lại trong bia để tạo cho bia có độ trong lóng lánh nhất định và tăng khả năng bảo quản của bia. Để rút ngắn thời gian lọc mà vẫn đảm bảo chất lượng thì quá trình lọc bia nhà máy sử dụng máy lọc đĩa có sử dụng bột trợ lọc diatomit theo phương pháp lọc đẳng áp. Với phương pháp này sự tổn thất CO2 trong bia là rất ít, dễ dàng thao tác và thay thế hay tháo nắp, dich lọc trong. + Tỷ lệ bột trợ lọc: 1,2 g/lít (bia chai), 1g/lít (bia hơi). + Nhiệt độ bia đưa vào lọc: 00C. + Áp suất lọc: ≤ 4kg/cm2. b) Tiến hành - Vệ sinh máy lọc. - Hoà bột trợ lọc: bơm bia và bột trợ lọc vào thùng phối trộn rồi bật cánh khuấy để hoà bột và bia. - Phủ máy lọc: bơm bột trợ lọc từ thùng phối trộn vào máy lọc. Bột được đưa vào máy từ phía dưới. Khi bột choáng đầy máy lọc thì tiến hành ngừng cấp vào và cho chạy tuần hoàn khoảng 15 phút. Quá trình chạy tuần hoàn sẽ giúp cho bột bám trên bề mặt đĩa và tạo nên một lớp lọc bền vững nhờ đó mà các cặn trong bia được giữ lại vầ bia được lọc trong. - Lọc bia: Khi bia lọc ra trong ngừng chạy tuần hoàn và tiến hành cho bia ra thùng bão hoà. - Trong quá trình lọc phải luôn chú ý việc bổ sung bột trợ lọc. Tỷ lệ bột trợ lọc sử dụng 1g/l. 2.2.8.2 Bão hoà CO2 Một trong những điểm đặc biệt của bia so với một số loại nước uống khác đó là sự hiện diện của CO2 trong bia. CO2 có tác dụng tạo bọt, tạo cảm giác sảng khoái khi thưởng thức. Để tạo được giá trị cảm quan này thì lượng CO2 trong bia phải đạt một hàm lượng nhất định. Vì vậy nên nếu sau khi bia lọc xong mà thấy hàm lượng CO2 trong bia không đạt thì ta buộc phải tiến hành bão hoà CO2. b) Thực hiện: - Vệ sinh thiết bị bão hòa CO2. - Mở van lạnh để đảm bảo nhiệt độ tank đạt 00C. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 39
  40. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Bơm bia từ thiết bị lọc vào. Bia được bơm vào từ dưới lên với áp suất 1.6kg/cm2 2 vào thì CO2 có áp suất 4kg/cm cũng được vào qua hệ thống ruột gà bên trong tank bão hoà. CO2 được đưa vào bia thông qua các lỗ nhỏ (bugi) trên thành ống. Bia sau khi đã bão hòa CO2 thì có thể đưa đi chiết bock ngay hay giữ trong 2 – 3 giờ trong điều kiện áp suất cao để CO2 hoà tan hết vào trong bia Nồng độ CO2 trong bia đạt yêu cầu: bia hơi 3,5g/lít, bia chai 4,5g/lít. 2.2.8.3 Chiết Bia sau khi đã bão hoà CO2 tuy chất lượng bia đã đạt yêu cầu nhưng để chúng trở thành sản phẩm thương mại trên thị trường thì cần tiến hành chiết để chứa đựng và vận chuyển dễ dàng. a) Chiết bia hơi - Đối với sản phẩm bia hơi thì được chiết vào bock. Bia được chiết vào vào bock dựa vào nguyên tắc chiết đẳng áp và tiến hành theo 2 giai đoạn: - Vệ sinh bên ngoài bock: bock trước khi đưa vào máy chiết thì cần được vệ sinh sạch sẽ bên ngoài nhờ máy rửa. - Vệ sinh bên trong và chiết: quá trình rửa và chiết được thực hiện trong cùng một máy. Quá trình này gồm 4 giai đoạn: + Rửa bock: bock được rửa bằng nước vô trùng. + Vô trùng: vô trùng bằng hơi. + Tạo áp suất đối kháng: áp suất đối kháng được tạo ra bằng việc đưa CO2 vào. + Rót bia: bia sẽ tự chảy vào trong bock. Khi nào bia chảy vào đầy bock thì nó sẽ dừng lại và quá trình chiết kết thúc. - Nâng vòi chiết và giải phóng bock khỏi máy chiết. b) Chiết chai Chai sử dụng phải đạt tiêu chuẩn: nhẵn phẳng, độ dày vỏ phải đều, chai không có các bọt khí, đáy chai phải phẳng hoặc lõm và chai phải chịu được nhiệt độ và áp suất cao 1- Quá trình rửa chai Chai được đưa vào cơ cấu nhận sản phẩm và được đưa vào băng tải (xích với giá mang chai). Nhờ đó chai được vận chuyển vào khu vực rửa 7 bằng nước nóng 35 ÷ 400C → khu vực 8 rửa bằng kiềm 75 ÷ 800C. Tại đây thì kiềm được đung nóng nhờ bộ phận ống dẫn hơi nước 9 và nhãn và nhãn và bụi bẩn sẽ được bộ phân thu gom và lọc 10 xử lý và đưa ra ngoài. Tiếp đó chai được chuyển đi và úp ngược dốc hết kiềm trong chai để chuyển vào khu vực rửa sạch bằng nước sạch 45 ÷ 500C. Chai được rửa cả trong và ngoài nhờ vòi phun nước 3 và 4. Cuối cùng chai đã rửa sạch bằng nước sạch vô trùng 15 ÷ 200C được đưa tới bàn thu chai sạch 5 và được chuyển vào khu vực chiết chai. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 40
  41. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 2 - Kiểm tra chai - Trước khi tiến hành chiết chai thi chai được đưa qua máy kiểm tra bằng tia tử ngoại để loại bỏ những chai không đủ tiêu chuẩn còn những chai đủ tiêu chuẩn được băng tải chuyển vào khu vực chiết chai. Quá trình chiết chai nhằm bảo vệ bia khỏi tác động bên ngoài, tạo bao bì cho bia đồng thời giúp thực hiện các quá trình tiếp theo 3 - Chiết chai và dập nắp - Chai được đưa vào máy chiết và thực hiện qua trình chiết tự động: chai được đưa lên các giá đỡ phía dưới bộ phận chiết bằng bộ phận nạp chai hình sao.Sau đó chai từ từ được nâng lên sát với đầu chiết và thực hiện quá trình chiết theo 4 giai đoạn: + Hút chân không: không khí trong chai được hút ra. + Toạ áp suất đối kháng: CO2 được đưa vào nhờ ống dẫn khí. + Rót bia vào chai: Khi đã có sự cân bằng áp suất bia sẽ tự chảy vào chai nhờ đó không khí trong chai cũng được đẩy ra ngoài. Bia sẽ chảy vào chai cho tới khi chiều cao trong chai đạt yêu thì đừng lại khi đầu vòi ống dẫn khí chạm vào bia, đồng thời thì van thông khí phía trên bể chứa bia cũng đóng lại. + Chai được hạ xuống ra khỏi vòi chiết. - Sau khi bia được chiết vào chai thì quá trình dập nút cũng được thực hiện ngay trên cùng một khối với máy chiết. Nắp chia được đưa vào nhờ băng tải, qua cơ cấu phân phối, xuống ống định hướng nhờ đó mà nắp chia được xoay theo đúng hướng cho quá trình dập nắp.Quá trình dập nắp bắt đầu khi đầu xiết nắp được hạ xuống sát miệng chai. Nắp được giữ bởi nam châm của đầu xiết. Nhờ tác động của đầu xiết 21 bánh răng của SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 41
  42. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm nắp được ép sát lại vào miệng chai. Rồi đầu chiết từ từ nâng lên giải phóng chai sang công đoạn tiếp theo. * Nắp chai: - Vật liệu: thép không gỉ có mạ thiếc hay crom - Chiều dày: 0,235mm - Đường kính ngoài: 32.1mm - Chiều cao: 6mm - Cấu tạo: Xung quanh nắp có 21 bánh răng, phía trong có lớp đệm. */ Yêu cầu đối với quá trình: - Quá trình chiết bia phải đảm bảo bia rót vào đủ thể tích, đồng đều, bia bị rót ra ngoài là ít nhất - Nắp chai dập phải kín, không bị cong vênh hay hở.sau khi ghép nắp xong chai phải được đưa đi kiểm tra độ kín trước khi đưa đi thanh trùng. 2.2.8.4 Thanh trùng bia chai a) Mục đích: - Dịch bia sau quá trình chiết và dập nắp có nhiều vi sinh vật gây hư hỏng bia đồng thời vẫn còn xót lại một ít nấm men điều này không có lợi cho bia. Vì vậy quá trình thanh trùng giúp tiêu diệt hết vi sinh vật gây hư hỏng cho bia giúp tăng cường khả năng bảo quản bia. Hiện nay có 2 phương pháp thanh trùng bia: - Thanh trùng cả khối: + Chiết chai ở nhiệt độ cao (thanh trùng nóng). + Chiết chai sau khi đã làm lạnh (chiết lạnh). - Thanh trùng trong bao bì. Phương pháp thanh trùng mà tôi lựa chọ là phương pháp thanh trùng bao bì với thiết bị thanh trùng Tunel. b) Tiến hành - Chai được đưa vào máy thanh trùng nhờ hệ thống băng tải dạng thanh chuyển động liên tục. - Trong máy thanh trùng gồm 3 vùng: + Vùng 1: 450C/20’ + Vùng 2: 650C/20’ + Vùng 3: 350C/20’ SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 42
  43. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Chai bia sau khi thanh trùng thì được đưa vào máy dán nhãn trên các mâm quay. Nhãn được đưa vào các tấm trên một mâm quay bên cạnh, trên mâm quay thì nhãn sẽ sược phun ngày sản xuất và dán keo. Sau đó thì nhãn ddược kẹp lên các tấm kẹp nhãn và được dán vào chai khi chúng tiếp xúc với nhau. Khi nhãn được gắn vào rồi thì chúng sẽ được gắn chặt hơn nhờ 1 chổi miết. Chai tiếp tục chuyển động và được đưa ra ngoài sang bộ phận đóng thùng, rồi đưa vào kho bảo quản hay đem xuất xưởng. 2.3 Đánh giá chất lượng cảm quan của bia thành phẩm */ Chỉ tiêu cảm quan - Màu sắc: Có màu vàng, sáng - Hương vị: Bia có hương vị đặc trưng của hoa houblon và của malt tạo ra: có vị đắng dịu đặc trưng, hương thơm đặc trưng và hài hòa. Bia không có muìi vị lạ - Độ trong: + Bia chai trong thời gian bảo quản ở điều kiện thường không có hiện tượng vẩn đục. + Bia hơi: bảo quản ở nhiệt độ thường trong 1 – 2 ngày. - Độ bền: độ bền của bia được biểu thị qua độ bền bọt, độ sánh của bia: khi rót ra bia phải có độ sánh và có lớp bọt trắng mịn, lớp bọt dày và bền trong một khoảng thời gian nhất định. */ Chỉ tiêu hóa học - Độ cồn: + bia chai: 4,5 % V. + bia hơi: 3,8 %V. - Hàm lượng diaxetyl: ≤ 0,2 mg/l. - Hàm lượng CO2: + bia chai: 4,5 g/l. + bia hơi: 3,5 g/l. - Độ axít: 1 - Hàm lượng glyxerin: 0,2 ÷ 0,3% - Hàm lượng khoáng: 3 ÷ 4 % dịch chiết SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 43
  44. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Phần 3: Tính cân bằng sản phẩm Chương 1: Lập kế hoạch sản xuất Phân xưởng thiết kế có năng suất 8 triệu lít bia/ năm với tỷ lệ nguyên liệu thay thế là 40%. Trong đó thì: - Bia chai : 3 triệu lít với nồng độ dịch đường trước khi đưa vào lên men là 110Bx - Bia hơi: 5 triệu lít với nồng độ dịch đường trước khi đưa vào lên men là 100Bx 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 phân xưởng phải có kế hoạch sản xuất một cách hợp lý để lượng bia sản xuất ra tiêu thụ hết tránh lãng phí. Bảng 3.1 Kế hoạch sản xuất của phân xưởng: Quý I II III IV Bia chai (triệu lít) 1 0,5 0,5 1 Bia hơi (triệu lít) 1 3 3 1 Tổng năng suất (triệu lít) 2 3,5 3,5 2 Phân xưởng sẽ hoạt động 250 ngày/năm và làm việc 2 ca / ngày, mỗi ca sản xuất 2 mẻ nấu. Trung bình thì phân xưởng sản xuất cao nhất là 26 ngày / tháng. Để tính toán ta tính theo năng suất lớn nhất. Theo kế hoạch sản xuất thì quý 2 và 3 là thời điểm phân xưởng hoạt động mạnh nhất và năng xuất cao nhất. Dự tính trong 2 quý này có năng suất cao nhất mỗi quý phân xưởng sẽ sản xuất ra 3,5 triệu lít. Tuy nhiên do quý 2 phân xưởng làm việc trong ít ngày hơn (75 ngày) nên năng suất sẽ là cao nhất. Như vậy năng xuất lớn nhất: - Một tháng: 3500000 / 3 = 1166667 triệu lít - Một ngày: 3500000 / 78 = 44872 lít. - Một mẻ: 44872 / 4 = 11218 lít SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 44
  45. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Chương 2 Tính cân bằng sản phẩm Ta có các thông số của nguyên liệu malt và gạo phân xưởng sử dụng như sau: Bảng 3.2.1 Các thông số của nguyên liệu sử dụng Nguyên liệu Tỷ lệ (%) Độ ẩm (%) Độ hòa tan(%) Malt 60 6 80 Gạo 40 13 78 Trong quá trình sản xuất thì việc hao tổn là không thể tránh khỏi và ở các công đoạn khác nhau thì sự hao tổn là khác nhau. Sự tổn thất được thể hiện trong bảng sau: Bảng 3.2.2 Bảng tổn thất qua các công đoạn STT Công đoạn Tổn thất Tổn thất lượng dịch chất hòa tan 1 Xuất xưởng 0% 2 Dán nhãn, xếp két 0,1% 3 Kiểm tra 0,1% 4 Thanh trùng 0,5% 5 Chiết chai, dập nút 0,5% 6 Chiết bock 1% 7 Bão hoà CO2 0,5% 8 Lọc bia 1 % 9 Lên men chính và 5 % phụ 10 Làm lạnh nhanh 3% 11 Lắmg trong 2,5% 12 Nấu hoa 10%(nước bay hơi) 13 Lọc dịch, Đường hoá, 3,5% Hồ hoá 14 Nghiền gạo 0,5% 15 Nghiền malt 0,5% SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 45
  46. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Do công nghệ sản xuất của bia chai và bia hơi khác nhau nên việc tính toán cân bằng là không giống nhau và vậy ta phải tính riêng rẽ. Để tiện cho việc tính toán cân bằng sản phẩm được dễ dàng ta tính cho 1 mẻ bia. 3.2.1 Tính cân bằng sản phẩm của bai chai 110Bx 3.2.1.1 Tính lượng bia và dịch Tính lượng bia và dịch đường houblon hoá thu được: S *100n Áp dụng CT: T lit 100 x1 * 100 x2 ** 100 xn Trong đó: T : lượng nguyên liệu đầu (lit) x1 x2 : hao phí ở các công đoạn (%) n : số công đoạn T*(100 x )*(100 x )* *(100 x ) S = 12 n (lít) 100n Từ công thức trên ta tính được lượng bia và dịch đường đưa vào các công đoạn như sau: Bảng 3.2.3 Bảng tính lượng dịch và bia đưa vào các công đoạn Hao phí Lượng dịch đưa STT Công đoạn % Lít vào (lít) 1 Bia 11218 2 Dán nhãn,xếp két 0.1 11 11229 3 Kiểm tra 0.1 11 11240 4 Thanh trùng 0.5 56 11296 5 Chiết chai,dập nút 0.5 57 11353 6 Bão hòa CO2 0.5 57 11410 7 Lọc bia 1 115 11525 8 Lên men 5 607 12132 9 Làm lạnh 3 375 12507 10 Lắng trong 2.5 321 12828 - Dịch đường houblon hoá 110Bx ở 200C có khối lượng riêng d = 1,042kg/m3. Khối lượng của dịch đường houblon hoá ở 200C là SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 46
  47. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 12828 x 1,042 = 13366,78 (kg) - Lượng chất chiết có trong dịch đường houblon hoá 11oBx là 13366,78 × 0,11 = 1470,34 (kg) Trong quá trình nấu hoa thì có một phần chất hoà tan trong dịch đường bị tổn thất nhưng bên cạnh đó thì cũng có một phần chất trong hoa hoà tan vào nên coi như nồng độ chất chiết trong dịch đường trước và sau quá trình nấu hoa là không thay đổi. -Tổng lượng chất chiết có trong dịch đường đưa vào quá trình nấu hoa là: 1470,34 (kg) - Tổng lượng chất chiết cần thiết đưa vào quá trình nấu hồ hoá và đường hoá là 1470,34 1523,67 (1 0,035) - Lượng chất chiết có trong nguyên liệu đầu là (do quá trình nghiền tổn thất 0,5%). 1523,67 1531,32 (1 0,005) 3.2.1.2 Nguyên liệu malt – gạo - Gọi: + lượng malt cần thiết để tạo ra 11667 lít bia là: M (kg) + Lượng gạo cần thiết để tạo ra 11667 lít bia là: G (kg) Nguyên liệu Tỷ lệ (%) Độ ẩm (%) Độ hòa tan(%) Malt 60 6 80 Gạo 40 13 78 - Lượng chất chiết có trong M kg malt là M × 0,8 ×(1 – 0,06) = 0,75 ×M (kg) - Lượng chất chiết có trong G kg gạo là G × 0,78×(1 – 0,13) = 0,68G (kg) - Mà ta có: Gạo/ malt = 40/60 40% →0,68G = x 0,75M = 0,5M 60% - Tổng lượng chất chiết thu được từ malt và gạo là: (0,752 + 0,501) × M (kg) - Ta có tổng lượng chất chiết thu được là: (0,75 + 0,5) × M = 1531,32 → M = 1225 (kg) G = 900 (kg) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 47
  48. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 3.2.1.3 Lượng bã malt và bã gạo - Lượng chất khô có trong bã malt là: 1225x (1 – 0,8) x (1 – 0,06) x (1 – 0,005) = 229,15 (kg) - Lượng chất khô có trong bã gạo là: 900 x (1 – 0,78) x (1 – 0,13) x (1 – 0,005) = 171,4 (kg) - Tổng lượng chất khô trong bã là: 229,15 + 171,4 = 400,55 (kg) - Bã có độ ẩm 80% nên khối lượng bã ẩm của gạo và malt là: 400,55 2003(kg ) (1 0,8) 3.2.1.4 Hoa houblon a) Lượng chế phẩm hoa Trong bia thì để đánh giá độ đắng chủ yếu là đánh giá qua hàm lượng α - axít đắng. Chúng tôi chọn bia chai có độ đắng 22mg/lít bia. Lấy hiệu suất trích ly chất đắng của hoa là 30 % thì lượng chất đắng ban đầu của hoa có trong 11218 lít bia là: 22 x 11218 x 100 /30 = 822653 mg = 0,82 kg - Gọi lượng chế phẩm hoa viên 10% α – axít đắng cần sử dụng là Hv (kg) Chế phẩm hoa cánh 5% α – axít đắng cần sử dụng là Hc (kg) Ta có: Hc x 5% + Hv x 10% = 0,82 Tỷ lệ sử dụng hoa theo độ đắng là 75% hoa viên và 25% hoa cánh 25% → Hc x 5% = x Hv x 10% 75% 1 x H x 10% + H x 10% = 0,82 3 v v Hv ≈ 6(kg) →Hc = 4 (kg) b) Bã hoa Ta coi như hoa viên có độ hoà tan là 40% và bã có độ ẩm 85% nên lượng bã hoa 6*(1 0,4) viên là: 24 (kg) (1 0,85) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 48
  49. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 3.2.1.5 Nấm men - Với việc cấy men giống thì lượng men giống sử dụng chiếm 10% so với dịch đưa vào lên men. Vậy lượng men giống cần cấy vào là: 12132 x 10% = 1213,2 (lít) - Còn khi sử dụng men sữa thì chúng tôi chọn tỷ lệ tiếp là 1 % nên lượng men sữa cần là: 12132 x 1% = 121,32 (lít) - Với việc sử dụng men sữa thì cứ 100 lít dịch đưa vào lên men thì cho 2 lít sữa men có độ ẩm 85%. Vậy 1 mẻ nấu cho: 12132 x 2 /100 = 242,64 (lít) Trong đó lượng sữa men được tái sử dụng là 1% so với dịch đưa vào lên men và nó chỉ chiếm là 121,32 lít sữa men. Phần còn lại có thể bảo quản hay cho vào tank lên men khác. - Như vậy thì lượng men sữa thu hồi của một tank có thể cung cấp cho hơn 1 tank có cùng thể tích. Bên cạnh đó thì men sữa được sử dụng đến đời thứ 6 nên trung bình phải ít nhất 1 tuần mới cần tiến hành nhân giống một lần. 3.2.1.6 Nước Ta coi như khối lượng riêng của nước là 1000g/lít tức 1lít có khối lượng là 1kg. a) Lượng nước trong nồi hồ hoá - Lượng bột gạo cho vào nồi hồ hoá: 900 x (1 – 0,005) = 896 (kg) - Lượng bột malt lót cho vào là 896 x 0,1 = 89,6 (kg) - Lượng bột cho vào hồ hoá là 896 + 89,6 = 985,6 (kg) 986 (kg) - Lượng nước cho vào nồi hồ hoá là 5 x 986 = 4930 (kg) 4930 (Lít) - Lượng nước do nguyên liệu mang vào nồi hồ hoá là: 90 x 0,06 + 896 x 0,13 = 121,88 (kg) 122 (lít) - Tổng lượng nước có trong nồi hồ hoá là 122 + 4930= 5052 (lít) - Tổng lượng nước và bột cho trong nồi hồ hoá là 4930 + 986 = 5916(kg) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 49
  50. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Trong quá trình hồ hoá thì lượng nước bị tổn thất do bay hơi là 5% : 5916 x 0,05 = 295,8 (Lít) - Tổng lượng nước trong nồi hồ hoá khi đưa sang nồi đường hoá là 5052 – 296 = 4756 (Lít) - Vậy tổng khối lượng dịch hồ hoá đưa sang nồi đường hoá là: 4756 + 986– 122= 5620 (kg) b) Lượng nước trong nồi đường hoá - Lượng malt sau quá trình nghiền là 1225 x (1 – 0,005) = 1219 (kg) - Lượng bột malt cho vào đường hoá là 1219 – 89,6 = 1129 (kg) - Lượng nước cho vào nồi đường hoá là: 4 x 1129 = 4516 (Kg) 4516 (Lít) - Lượng nước do nguyên liệu mang vào nồi đường hoá là: 1129 x 0,06 = 67,74 (kg) 68(Lít) - Tổng lượng nước có trong nồi đường hoá trước khi cho dịch cháo vào là 4516 + 68 = 4584 (Lít) - Tổng lượng dịch trong nồi đường hoá khi cho dịch cháo vào là 4516 + 1129+ 5620 = 11265 (kg) - Lượng nước khi cho dịch cháo vào là 4584 + 4756 = 9340 (Lít) - Trong quá trình đường hoá thì nước bay hơi 4 % 11265 x 0,04 = 450 (kg) - Nên lượng nước còn lại trong nồi đường hoá là 9340 – 450 = 8890 (Lít) - Dịch đường đưa sang thùng lọc 11265 – 450 = 10815 (kg) c) Lượng nước rửa bã - Lượng nước có trong dịch đường houblon hoá 110Bx sau quá trình đun hoa 12828 x (1 – 0,11) = 11417 (Lít) - Quá trình nấu hoa thì lượng nước bay hơi mất 10 % nên lượng dịch trước khi vào nấu 12828*100 hoa là: 14253(lit ) (100 10) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 50
  51. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Lượng nước bị bay hơi là 14253 x 0.1 = 1425.3 - Lượng nước có trong dịch đường đưa vào nấu hoa là 11417 + 1425.3 = 12842.3 (lít) Ta có sơ đồ Dịch đường hóa Nước 780C Lọc dịch Bã Bã ẩm 80% Nấu hoa Nước rửa bã - Lượng nước có trong 2000 kg bã ẩm 80% là 2000 x 80% = 1600 (kg) - Từ sơ đồ trên ta có tính theo thể tích nước thì: o Vdịch đường + Vnước 78 C = V dịch đường trước nấu hoa + Vbã ẩm 80% o →Vnước 78 C = Vdđ trước nấu hoa + Vbã ẩm 80% – Vdịch đường - Vậy ta có lượng nước 780C dùng để rửa bã là (12842.3 + 2003) – 8890 = 5955 (kg) 3.2.1.7 CO2 - Ta coi như đường lên men là đường maltoza. Ta có phương trình lên men: C12H22O11 + H2O → 4C2H5OH + 4CO2 + Q 342 kg 176 kg - Ta có lượng dịch đưa vào lên men là 12132 (lít) - Ta có khối lượng riêng của dịch đường 110Bx là 1,042 kg/lít → Khối lượng dịch đưa vào lên men là 12132 x 1,042 = 12642 (kg) - Lượng chất chiết có trong dịch đường houblon hoá 110Bx đưa vào lên men: 12642 x 11% = 1390,62 (kg) - Từ phương trình lên men và coi hiệu suất lên men là 63% ta có lượng CO2 sinh ra là 1390,62 x 176 / 342 x 63% = 450,85 (kg) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 51
  52. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Lượng CO2 ngậm trong bia sau lên men là 2,5 g/l và tương ứng là 2,5 x 11525 x 10-3 = 28,81 (kg) - Vậy lượng CO2 thoát ra là 450,85 – 28,81 = 422 (kg) - Hiệu suất thu hồi CO2 là 70% nên lượng CO2 thu hồi được là 422 x 70% = 295 (Kg) 3 - Ở 20˚C, 1atm, CO2 có khối lượng riêng 1,832kg/m , thể tích của CO2 thu được là 295 / 1,832 = 161 (m3) - Vì quá trình lọc bia thực hiện theo nguyên tắc lọc đẳng áp nên coi như lượng CO2 không bị thất thoát sau quá trình lọc. Sau quá trình lọc bia thì lượng CO2 ngậm trong bia là 3g/l và để đạt hàm lượng yêu cầu là 4,5 g/l thì cần bổ sung thêm một lượng CO2. - Lượng CO2 ngậm trong bia sau quá trình lọc là 2,5 x 11410 = 28525(g) 28,5 (kg) - Lượng CO2 đạt yêu cầu cho quá trình bão hoà là 4,5 x 11410 = 51345 (g) = 51,34 (kg) - Vậy lượng CO2 cần bổ sung là 51,34 – 28,5 = 22,84 (kg) - Thể tích CO2 cần để cho quá trình bão hoà là 22,84 /1,832 = 12,48 (m3) 3.2.1.8 Enzym 1) Termamyl 120L Termamyl 120L được cho vào giai đoạn hồ hoá với tỷ lệ 0,08% so với lượng gạo đưa vào. Lượng Termamyl cần là: 0,08% x 896 = 0,7 (kg) ~ 0,7(lít) 2) Neutraza Neutraza được cho vào quá trình đường hoá với tỷ lệ 0,15% so với lượng malt cho vào. Lượng Neu cần là 0,15% x 1129 = 1,7 (kg) ~ 1,7 (Lít) 3) Fulgamyl 800L Fulgamyl 800L cho vào đường hoá với tỷ lệ 0,12% so với khối lượng malt nấu và bằng 0,12% x 1129 = 1,4 (kg) ~ 1,4 (Lít) 4) Ultraflo SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 52
  53. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Lượng Ultraflo cho vào quá trình đường hoá là 0,06% x 1129 = 0,7 (kg) ~ 0,7(Lít) 3.2.1.9 Bột trợ lọc Lượng bột trợ lọc diatomit sử dụng với tỷ lệ 1g/lít bia. Vậy lượng bột cần để lọc 11525 lít bia thành phẩm là 11525 x 1 = 11525 (g) = 11,53 (kg) 3.2.1.10 Lượng bã lắng Trung bình cứ 100 kg nguyên liệu cho vào nấu thì tạo ra 1,75 kg bã. Vậy lượng bã lắng là (985,6+ 1129) x 1,75 / 100 = 37 (kg) Bảng3.2.4 Tổng hợp cân bằng sản phẩm của bia chai 110B Số Đơn Cân bằng sản phẩm Hạng mục TT vị 1 mẻ Ngày Năm Nguyên liệu chính 1 Malt Kg 1225 4900 327599 2 Bột malt cho vào đường hóa Kg 1129 4516 301925 3 Gạo Kg 900 3600 240685 4 Bột gạo Kg 896 3584 239615 5 Bột matl lót Kg 90 360 24068 6 Nước cho vào hồ hóa Lít 4930 19720 1318417 7 Nước cho vào đường hóa Lít 4516 18064 1207702 8 Nước rửa bã Lít 5956 23825 1592897 9 Hoa houblon viên Kg 6 24 1605 10 Hoa houblon cánh Kg 4 16 1070 11 Men giống Lít 1213 4852 324389 12 Men sữa Lít 121 484 32359 Nguyên liệu khác 13 Termamyl 120L Lít 0.7 2.8 187.20 14 Neutraza Lít 1.7 6.8 454.63 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 53
  54. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 15 Fulgamyl 800L Lít 1.4 5.6 374.40 16 Ultraflo Lít 0.7 2.8 187.20 17 Diatomit Kg 11.5 46 3075.41 Các sản phẩm trung gian 18 Tổng dịch trong nồi hồ hoá Kg 5916 23664 1582100 19 Nước đưa sang đường hóa Kg 4756 19024 1271906 20 Dịch cháo đưa sang nồi đường hoá Kg 5620 22481 1502995 21 Tổng dịch trong nồi đường hoá Kg 11265 45061 3012623 22 Dịch đường đưa sang lọc Kg 10815 43258 2892118 23 Dịch đưa vào nấu hoa Lít 14253 57013 3811731 25 Dịch đưa vào lắng Lít 12828 51312 3430558 26 Dịch đưa vào làm lạnh Lít 12507 50029 3344794 27 Dịch đưa vào lên men Lít 12132 48528 3244450 28 Bia đưa vào lọc Lít 11525 46102 3082228 29 Bia đưa vào bão hoà Lít 11410 45641 3051405 30 Bia đưa vào chiết Lít 11353 45413 3036148 31 Bia đưa thanh trùng Lít 11296 45186 3020968 32 Bia đưa đi kiểm tra Lít 11240 44960 3005863 33 Bia đưa đi dán nhãn, xếp két Lít 11229 44915 3002857 34 Sản phẩm Lít 11218 44872 3000000 Sản phẩm phụ, phế liệu 35 Bã malt và gạo ẩm Kg 2003 8013.3 535746 36 Bã lắng Kg 37 148.05 9898 37 Bã hoa Kg 24 96 6418 38 Men thu hồi Lít 243 970.57 64889 39 CO2 thu hồi m3 161 644 43056 40 CO2 bổ sung m3 12 49.92 3337 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 54
  55. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 3.2.2 Cân bằng sản phẩm của bia hơi 100Bx Đối với sản phẩm bia hơi ta có một số thông số công nghệ như sau: - Các thông số chất lượng của nguyên liệu đưa vào giống với bia chai. - Sự hao tổn qua các công đoạn thể hiện ở bảng trên. - Nồng độ chất chiết trong dịch đường trước khi đưa vào lên men là: 100Bx. - Khối lượng riêng của dịch đường 100Bx là: 1,039kg/l. - Độ đắng trong bia hơi là: 18mg/l. - Hàm lượng CO2 yêu cầu trong bia thành phẩm là: 3,5g/l. Bằng cách tính tương tự ta có: Bảng 3.2.5 Cân bằng của bia và dịch khi đưa vào các công đoạn: Hao phí Lượng dịch đưa STT Công đoạn % Lít vào (lít) 1 Bia 11218 2 Chiết bock 1.00 113 11331 3 Bão hòa CO2 0.50 57 11388 4 Lọc bia 0.50 57 11445 5 Lên men 4.50 539 11984 6 Làm lạnh nhanh 3.00 371 12355 7 Lắng trong 2.50 317 12672 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 55
  56. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Bảng 3.2.6 Tổng hợp cân bằng sản phẩm cho bia hơi 100Bx. Số Đơn Cân bằng sản phẩm Hạng mục TT vị 1 mẻ Ngày Năm Nguyên liệu chính 1 Malt Kg 1097 4388 488946 2 Bột malt cho vào đường hóa Kg 1017 4066.8 453157 3 Gạo Kg 807 3228 359690 4 Bột gạo Kg 803 3212 357891 5 Bột matl lót Kg 80 321 35789 6 Nước cho vào hồ hóa Lít 4416 17665 1968402 7 Nước cho vào đường hóa Lít 4067 16267 1812629 8 Nước rửa bã Lít 6632 26529 2956061 9 Hoa houblon viên Kg 5.1 20.4 2273 10 Hoa houblon cánh Kg 3.3 13.2 1471 11 Men giống Lít 1213 4852 540649 12 Men sữa Lít 121 484 53931 Nguyên liệu khác 13 Termamyl 120L Lít 0.64 2.5695 286 14 Neutraza Lít 1.53 6.1002 680 15 Fulgamyl 800L Lít 1.22 4.8802 544 16 Ultraflo Lít 0.61 2.4401 272 17 Diatomit Kg 11.50 46.012 5127 Các sản phẩm trung gian 18 Tổng dịch trong nồi hồ hoá Kg 5300 21198 2362083 19 Nước đưa sang đường hóa Kg 4261 17042 1898971 20 Dịch cháo đưa vào đường hoá Kg 5035 20138 2243979 21 Tổng dịch trong nồi đường hoá Kg 10118 40472 4509765 22 Dịch đường đưa sang lọc Kg 9713 38854 4329374 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 56
  57. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 23 Dịch đưa vào nấu hoa Lít 14224 56898 6340009 25 Dịch đưa vào lắng Lít 12802 51208 5706008 26 Dịch đưa vào làm lạnh 12482 49928 5563380 27 Dịch đưa vào lên men Lít 12108 48432 5396684 28 Bia đưa vào lọc Lít 11503 46012 5127028 29 Bia đưa vào bão hoà Lít 11388 45552 5075771 30 Bia đưa vào chiết Lít 11331 45324 5050365 34 Sản phẩm Lít 11218 44872 5000000 Sản phẩm phụ, phế liệu 35 Bã malt và gạo ẩm Kg 1800 7198 802112 36 Bã lắng Kg 33 133 14820 37 Bã hoa Kg 20.4 81.6 9093 38 Men thu hồi Lít 242 969 107934 39 CO2 thu hồi m3 144 576 64183 40 CO2 bổ sung m3 6 24 2674 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 57
  58. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Phần 4: Tính và chọn thiết bị 4.1 Tính và chọn thiết bị trong công đoạn chuẩn bị - Cân - Máy nghiền malt - Máy nghiền gạo - Gầu tải - Thùng chứa bột malt. - Thùng chứa bột gạo. 4.1.1 Cân Cân dùng cho dây chuyền sản xuất gồm có cân hoa và cân gạo, malt. Nguyên liệu được cân theo từng mẻ và tiến hành cân từng loại riêng biệt. Cân được chọn theo mẻ có năng suất cao nhất. Ta có lượng nguyên liệu cao nhất trong một mẻ là: Nguyên liệu Bia hơi Bia chai Malt (kg) 1097 1225 Gạo (Kg) 807 900 Hoa viên (kg) 5 6 Hoa cánh (kg) 3.3 4 Đối với cân dùng để cân chế phẩm hoa houblon: Thực tế thì chế phẩm hoa được đóng gói trong các túi có khối lượng 5kg nên ta chọn cân có mã lớn nhất là 5 kg. Đối với cân dùng để cân gạo và malt thì ta chọn cân cho cả dây chuyền tức malt và gạo cùng sử dụng một cân. Cân được chọn theo lượng nguyên liệu malt cần cân. Chọn cân có mã cân lớn nhất là 1000 kg, mã nhỏ nhất là 1 kg và sai số 0,5 kg. Như vậy một mẻ thì gạo được cân một mã còn malt thì phải cân 2 mã. Cân được chọn với các thông số sau: - Mã cân lớn nhất: 1000kg - Kích thước: 1000 x 800 x 1200 mm 4.1.2 Máy nghiền Đối với dây chuyền sản xuất bia thì cần phải 2 máy nghiền. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 58
  59. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 4.1.2.1 Máy nghiền malt Máy nghiền malt được chọn là máy nghiền 2 đôi trục với 1 hệ thống sàng rung. Máy nghiền malt được lựa chọn dựa vào lượng malt đưa vào nghiền cao nhất và dây chuyền chỉ sử dụng một máy nghiền malt. Ta có lượng malt nghiền một mẻ là: 1225 (kg). Chọn thời gian làm việc của máy nghiền malt trong một ca sản xuất là 2 giờ và hệ số sử dụng là 75%. Vậy năng suất máy nghiền malt là 1225 1633,33(kg / h ) 75% Vậy chọn máy nghiền malt với các thông số kỹ thuật như sau: - Năng suất: 1000 (kg/h). Năng Công Kích thước máy (mm) Kích thước trục (mm) Nhãn suất suất Số hiệu (kg/h) (KW) C.Dài C.Rộng C.Cao trục C.Dài Đ.kính COKAW (Đức) 2000 6.5 1200 800 1200 2 600 250 4.1.2.2 Máy nghiền gạo Máy nghiền gạo sử dụng là máy nghiền búa. Phân xưởng lựa chọn một máy nghiền với thời gian làm việc trong một mẻ là 2 giờ và hệ số sử dụng của máy là 75%. Năng suất của máy chọn dựa vào năng suất cao nhất của lượng gạo cần nghiền trong một mẻ. - Ta có lượng gạo và malt lót cao nhất cần nghiền trong một mẻ là: 900 + 90 = 990 (kg) - Vậy năng suất thực tế của máy nghiền là: 990 660(kg / h ) 2x 75% → Vậy chọn máy nghiền gạo với các thông số kỹ thuật như sau: - Năng suất: 1000 (kg/h) - Công suất: 6 kw - Kích thước máy: 1200 x 600 x 1200 (mm) - Kích thước buồng nghiền: 400 x 200 (mm) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 59
  60. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Số búa: 72 - Vận tốc quay: 2000 vòng/phút - Nhãn hiệu: FL – 2000 4.1.3 Gầu tải Gầu tải được sử dụng để vận chuyển bột gạo và bột malt vào nồi hồ hoá và đường hoá. Lượng bột malt và gạo cần vận chuyyển trong 1 mẻ là: Nguyên liệu Bia chai Bia hơi Bột malt 1129 1011 Bột gạo và bột malt lót 986 882 Việc chọn gầu tải dựa vào lượng bột cần vận chuyển lớn nhất trong một mẻ. Vì vậy nên ta chọn năng suất gầu tải theo lượng bột malt cần vận chuyển của bia chai. Chọn gầu tải làm việc 0,5h/mẻ và hệ số sử dụng là 75%. → Năng suất thực tế của gầu tải là: 1129 3010,67(kg / h ) 0.5x 75% Vậy chọn gầu tải với đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 3500 (kg/h). - Công suất: 1,5KW - Kích thước: 600 x 600 x 2000 (mm) - Vận tốc: 1,5m/s 4.1.4 Thùng chứa bột malt Sau quá trình nghiền thì bột được dự trữ trong thùng chứa sau đó đến khi nấu thì bột mới được vận chuyển vào nồi nấu. Bột malt sử dụng trong đường hoá được chứa trong thùng chứa riêng khác với bột gạo và matl lót gọi là thùng chứa bột malt. Ta biết một tấn malt chiếm thể tích 1,3m3. Lượng bột malt cần dung trong một mẻ là (trong quá trình nghiền tổn thất 0,5%): 1129 (kg) - Vậy thể tích nguyên liệu trong thùng chứa gạo trong một ca sản xuất là : 1129 xm1.3 1.47(3 ) 1000 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 60
  61. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Hệ số chứa đầy là 0,85. Vậy thể tích thực của thùng chứa bột malt là : 1.47 1.73(m3 ) 0.85 - Chọn thùng hình hộp đáy côn. Thể tích của thùng có thể được tính theo công thức : DD22 V H h thung 4 3x 4 1 Trong đó : D : đường kính trụ của thùng (m) H : chiều cao thùng (m), chọn H = 0,8D : góc đáy côn, chọn = 450C h1 : chiều cao phần côn (m), h1 = D.tg = 0,5D DD22 VDD0.8 0.5 thung 4 3x 4 3 Do đó VDthung 0.2 0.042 1.73 0.2 0.042D3 D 1.32( m ) Vậy D = 1,32m, chọn D = 1,4m Ta có : H = 0,8D = 1,12m, h1 = 0,5D = 0,7m Chọn thùng chứa bột gạo có các thong số sau : - Thể tích : 2,07m3 - Đường kính phần trụ thùng : 1,4m - Chiều cao phần trụ : 1,12m - Chiều cao phần côn : 0,7m - Số lượng : 1 chiếc 4.1.5 Thùng chứa bột gạo Thùng chứa bột cho vào nồi hồ hoá bao gồm bột gạo và bột malt lót. Ta có lượng nguyên liệu cho 1 mẻ nấu là: Bột malt: 896 (kg) Bột gạo: 90 (kg) Ta có 1 tấn malt có thể tích là 1,3 m3 , còn một tấn gạo có thể tích là 0,75m3. vậy thể tích của tổng bột là: 896 90 0.75 1.3 0.789(m3 ) 1000 1000 - Chọn hệ số sử dụng của thùng là 85 %. Tính tương tự như thùng chứa bột malt ta có thùng chứa bột gạo có thông số kỹ thuật như sau: SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 61
  62. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Thể tích H h Bột gạo Bột malt Hệ số D thùng chứa (=0.8D) (=0.5D) (kg) (kg) sử dụng (m) (m3) (m) (m) 896 90 0.85 0.79 1.1 0.9 0.6 4.2 Thiết bị trong phân xưởng nấu Thiết bị chính trong phân xưởng nấu gồm có: - Thiết bị hồ hoá. - Thiết bị đường hoá - Thùng lọc. - Thiết bị nấu hoa. - Thùng lắng. - Máy làm lạnh nhanh. - Hệ thống thùng CIP. 4.2.1 Thiết bị hồ hoá 4.2.1.1 Tính và chọn thiết bị Thiết bị hồ hoá được chọn dựa vào năng suất mẻ lớn nhất. Ta có lượng nguyên liệu đưa vào nồi hồ hoá của 1 mẻ bia chai: Nguyên liệu Bột gạo Bột malt lót Nước Tổng dịch Khối lượng (kg) 896 90 4930 5916 - Nồng độ chất khô trong dịch đường là: 896xx (1 0,13) 90 (1 0,06) 14,61% 5916 - Vậy ở 200C tra bảng 1.86 Khối lượng riêng của dung dịch đường (tr58 - sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chât 1 thì khối lượng riêng của dịch là: d = 1,059 (kg/l) - Thể tích dịch trong nồi hồ hoá là: 5916 5586,4(l ) 5,6 (m3) 1,059 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 62
  63. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Chọn hệ số sử dụng của thiết bị là 70 % nên ta có thể tích thực của thiết bị là: 5,6 8(m3 ) 70% * Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy và đỉnh chóp làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15 - Thể tích của nồi hố hoá là: V = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh DDD2 2 2 V H h h 4 3xx 421 3 4 DDD2 2 2 VDDD0,6 0,15 0,2 4 3xx 4 3 4 0,6 0,15 0,2 VDD33( ) 0,563 4 12 12 → 0,563 D3 =8 → D = 2,4 (m) Vậy có: H = 1,45 (m); h1 =0.48 (m);h2 = 0,36 (m) → Vậy chọn thiết bị hồ hoá với các thông số kỹ thuật như sau: Thể tích: 8 (m3) Đường kính trong: D = 2,4 (m) Chiều cao thân trụ: H = 1,5 (m) Chiều cao phần đỉnh: h2 =0,4 (m) Chiều cao phần đáy : h1 = 0,5 (m) Chiều dày thành thiết bị: = 3 (mm) Khoảng cách giữa hai lớp vỏ: l = 50 (mm) Đường kính ngoài thiết bị: Dn = 2,5 (m) - Cánh khuấy: Đường kính cánh khuấy: Dk =2,1 (m) Tốc độ quay của cánh khuấy: 30 ÷ 35 vòng/phút. Công suất cánh khuấy: 8 kw 4.2.1.2 Tính diện tích truyền nhiệt *) Bề mặt truyền nhiệt của nồi hồ hoá: Q Fm()2 Kttb Trong đó: Q: Lượng nhiệt cần trao đổi (Kcal/h) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 63
  64. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm K: Hệ số truyền nhiệt (Kcal/m2h.độ) ttb: Hiệu số nhiệt độ có ích 1) Tìm K: 1 1 1 K 12 → K = 1 1 1 1 2 Với áp suất hơi sử dụng ở đây là P = 3 kg/cm2 Trong đó : : Bề dày thiết bị, = 5.10-3 m : Hệ số dẫn nhiệt của thành nồi = 36,4 9 (W/m2.độ) =36,4/ 1,163= 31,3 (kcal/m2h.độ) ( Tra bảng I.125 – quá trình và thiết bị - 127 – tập 1) 2 0 1 : Hệ số cấp nhiệt từ hơi nóng đến thành nồi (kcal/m .h. C) 2 Chọn : 1 =6000 Kcal/m .h.ºC 2 0 2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành nồi vào dịch (kcal/m .h. C) 2 o 2 = 2000 P = 3162,28 Kcal/m .h. C Thay vào công thức ta có : 1 K1556,08( kcal / m2 do ) 1 1 5*10 3 () 6000 3162,28 31,3 Q 2) Tính Q Q m Với: Qm: lượng nhiệt cung cấp trong giai đoạn cần lớn nhất (kcal/h) T: Thời gian cấp nhiệt ở giai đoạn này (h) *) Trong quá trình hồ hoá thì giai đoạn cần cung cấp nhiệt lớn nhất là giai đoạn nâng nhiệt từ 450C lên 950C. Trung bình thì tốc độ nâng nhiệt là 10C/ phút nên thời gian của giai đoạn này là: T = 95 – 45 = 50 (phút) = 5/6 (h) *) Qm = G x C x (t2 – t1) Trong đó: G: khối lượng của dịch trong nồi hồ hoá (kg) C: Nhiệt dung riêng của khối dịch (kcal/kg.độ) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 64
  65. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 0 t1 : Nhiệt độ đầu của giai đoạn này ( C) 0 t2 : Nhiệt độ sau của giai đoạn này ( C) Ta có thang nhiệt độ của quá trình hồ hoá của bia hơi và bia chai như sau: - Bia hơi: Nhiệt độ (0C) 45 95 100 Thời gian (phút) 5’ 30’ 30’ - Bia chai: Nhiệt độ (0C) 45 63 95 100 Thời gian (phút) 5’ 30’ 30’ 1’ - Từ đây ta lấy giai đoạn cần cung cấp nhiệt lớn nhất là giai đoạn nâng nhiệt từ 45 lên 950C. 0 0 - Suy ra : t1 = 45 C, t2 = 95 C (100a )* C a * C C 12 100 100 a: Hàm ẩm của dịch đường (%) C1: Tỷ nhiệt của chất hoà tan (kcal/kg.độ) C2: Tỷ nhiệt của nước (kcal/kg.độ) Tra bảng 1.149 – sổ tay quá trình và thiết bị - tập 1- 168 có: C1 = 0,34 (kcal/kg.độ) C2 = 1 (kcal/kg.độ) 803*0,13 80*0,006 4416 a 85,38% 5300 C = ( 1 – 0,8538) x 0,34 + 0,8538 x 1 = 0,9 (kcal/kg.độ) → Qm = 5300 x 0,9 x (95 – 45) = 238500 (kcal) 238500 → Q286200( kcal / h ) (5 / 6) 3) Tính t t t t = max min t 2,3.lg max t min 2 o Ở áp suất P = 3 kg/cm → th = 132,9 C. SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 65
  66. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Trong đó : 0 - tmax : hiệu số nhiệt độ lớn nhất giữa hơi nóng và khối dịch đun ( C) 0 tmax = 132,9 - 45 = 87,9 ( C) 0 - tmin : hiệu số nhiệt độ nhỏ nhất giữa hơi nóng và khối dịch đun ( C) tmin = 132,9 – 95 = 37,9ºC Suy ra : (87,9 37,9) tC59,5(0 ) 87,9 2,3lg 37,9 →Vậy diện tích truyền nhiệt của nồi : 286200 Fm3,09(2 ) 1556,08x 59,5 4.2.2 Thiết bị đường hoá 4.2.2.1 Tính toán thiết bị Thiết bị đường hoá được chọn dựa vào năng suất mẻ lớn nhất. - Quá trình hồ hoá chất hoà tan bị tổn thất 1 % nên lượng chất khô do nguyên liệu từ nồi hồ hoá mang vào là + Do malt lót: 90 x (1 – 0,01) =89,1 (kg) + Do gạo: 986 x (1 – 0,01) =887,04 (kg) Ta có lượng nguyên liệu đưa vào nồi hồ hoá của 1 mẻ bia chai: Ng. liệu Bột Bột gạo Malt lót Tổng nước có (không Tổng dịch malt từ nguyên liệu) K.lượng(kg) 1129 887,04 89,1 9187 11265 - Nồng độ chất khô trong dịch đường là: 887,04xx (1 0.13) (89,1 1129) (1 0,06) 17,01(%) 11265 - Vậy ở 200C tra bảng phụ lục 1-Khoa học công nghệ malt và bia – tr59 -Khối lượng riêng của dung dịch đường (tr59 - sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chât 1 thì khối lượng riêng của dịch là: d = 1,07 (kg/l) - Thể tích dịch trong nồi đường hoá là: 11191 10458,88(l ) 10,5 (m3) 1,07 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 66
  67. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm - Chọn hệ số sử dụng của thiết bị là 70 % nên ta có thể tích thực của thiết bị là: 10,5 15(m3 ) 70% * Chọn thiết bị đường hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy và đỉnh chóp làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15 - Thể tích của nồi hố hoá là: V = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh Bằng cách tính tương tự ta có: V D H h1 h2 Dn Dk n (m2) (m) (=0,6D) (=0.2D) (=0.15D) (m) (m) (vòng/phút) (mm) (m) (m) (m) 15 3 1.8 0.60 0.5 3.1 2.6 30 5 4.2.2.2 Tính bề mằt truyền nhiệt Q Fm()2 Kttb Bằng cách tính tương tự như ở bề mặt truyền nhiệt của nồi hồ hoá ta có 1)Tính K α α δ K P 1 2 λ (kcal/ (kcal/ (kcal/ (kcal/ (at) m) m2h.độ) m2h.độ) m2h.độ) m2h.độ) 3 6000 3162.28 31.3 0.005 1556.08 2) Tính Q C C C Q Q t t 1 2 G a m T 1 2 (Kcal/ (Kcal/ (Kcal (Kcal/ (Kcal/ (0C) (0C) (kg) (%) (h) kg.độ) kg.độ) /kg.độ) h) h) 45 63 0.34 1 10188 0.8 0.89 162808 0.3 542694 SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 67
  68. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm 3) tính t 0 0 0 0 0 0 t1 ( C) t2 ( C) th ( C) tmax ( C) tmin ( C) ∆ t ( C) 45 63 132.9 87.9 69.9 78.64 → Vậy diện tích truyền nhiệt là Diện tích tính (m2) Hệ số an toàn Diện tích thực tế (m2) 4.43 1.2 5.32 4.2.3 Thùng lọc Quá trình đường hoá thì lượng chất hoà tan tổn thất là 1,5%. Nên ta có: - Lượng chất khô do malt mang vào thùng lọc là (1129+89) x (1 – 0,015) = 1200 (kg) - Lượng chất khô do gạo mang vào nồi hồ hoá là 887 x (1 – 0,015) =900 (kg) Ta có Chất khô do malt Chất khô do gạo Nước Tổng dịch mang vào mang vào Khối lượng(kg) 1200 900 8715 10815 - Nồng độ chất hoà tan có trong dịch đường mang vào lọc là 1200xx (1 0,006) 900 (1 0,13) 18,3(0 Bx ) 10815 h2 → d = 1,075 (kg/l) – theo bảng I.86 – tr59 – sổ tay các quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – tập 1 D - Vậy thể tích của dịch đường đưa vào lọc là H 11050,77 10289,369(lit ) 10,29( m3 ) 1,075 Chọn thùng lọc có dạng thân trụ đáy bằng, đỉnh chóp có: Đường kính: D (m) Chiều cao: H = 0,85D (m) SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 68
  69. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất bia năng suất 8 triệu lít/năm Chiều cao đỉnh: h2 =0,15D (m) Lớp đáy giả có chiều cao 30mm. Phần đáy giả không thực hiên chứa dich đường nên ta chọn hệ số sử dụng thùng là 75% → Suy ra thể tích thực của thùng là 10,29 13,72(m3 ) 75% - Thể tích thùng được tính như sau: Vthùng = Vtrụ + Vđỉnh DD22 V H h thung 4 3x 4 2 DD22 VDD0,85 0,15 thung 4 3x 4 3 VDthung 0,7069 13,72 0,7069D3 D 2,69( m ) 2,7( m ) H2,295( m ) 2,3( m ) h2 0,405( m ) 0,5( m ) - Vậy chọn thùng lọc với các thông số như sau: D = 2,7 (m) H = 2,3 (m) h2 = 0,5 (m) hđáy giả = 30 (mm) Chiều dày thành thiết bị: = 5 (mm) Diện tích bề mặt lưới lọc: 5,7 (m2) Lớp lưới lọc có các rãnh kích thước 30mm x 50mm và diện tích rãnh chiếm 24% diện tích đáy (diện tích lưới lọc). Hệ thống cánh khuấy đảo gồm 12 cánh khuấy được gắn trên trục thẳng đứng được gắn với động cơ phía dưới. Phía dưới các cánh khuấy gắn dao cạo bã gồm 2 dao cạo đối xứng nhau qua trục quay. Hệ thống ống thu dịch lọc gồm 14 ống. 4.2.4 Nồi nấu hoa 4.2.4.1 Tính toán thiết bị nấu hoa - Dịch sau nấu hoa có thể tích: 12828 (lít) 12,83 (m3) - Quá trình đun hoa thể tích dịch giảm 10% do nước bay hơi, thể tích dịch trước đun hoa: SV : Nguyễn Thị Giang – Lớp CB901 69