Do An Mon Hoc Hoan Thien

Mục lục------------------------------------------------------------------------------------2 Lời nói đầu-------------------------------------------------------------------------- ----4 Phần I: Thuyết minh dây chuyền công nghệ---------------------------------------5 I.Chỉ tiêu chất lượng của bia II. Chọn nguyên liệu----------------------------------------------------------------6 1. Malt đại mạch---------------------------------------------------------------- ---2. Gạo-------------------------------------- ----------------------------------------9 3. Hoa houblon------------------------------------------------------------------10 4. Nước-------------------------------------------- -------------------------------13 5. Nguyên liệu phụ trợ khác---------------------------------------------------14 III. Thuyết minh dây chuyền sản xuất------------------------------------ -------15 A. Sơ đồ khối của dây chuyền B. Thuyết minh dây chuyền 1. Nghiền nguyên liệu----------------------------------------------------------16 a. Nghiền malt----------------------------------- --------------------------------16 b. Nghiền gạo-------------------------------------------- ------------------------16 2. Quá trình hồ hoá --------------------------------------- ----------------------16 3. Quá trình đường hoá---------------------------------------------------------17 4. Lọc dịch đường------------------------------------------- --------------------18 5. Houblon hóa------------------------------------------------------------------19 6. Láng xoáy và lạnh nhanh------------------------------------------ ----------19 Phần II:Tính cân bằng sản phẩm---------------------------------------------------21 A. Lập kế hoạch sản xuất---------------------------------------------------------21 B. Tính cân bằng sản phẩm---------------------------------------- ---------------21 Tính cân bằng sản phẩm cho 1000l bia ----------------------------------------22 1. Tính lượng gạo và lượng malt----------------------------------------------22 2. Lượng bã gạo và bã malt----------------------------------------------------23 3. Lượng nước dùng trong nấu và rửa bã------------------------------------ -24 4. Lượng hoa houblon sử dụng------------------------------------------------25 5. Các nguyên liệu khác--------------------------------------------------------26 Phần III: Tính và chọn thiết bị------------------------------------ ------------------27 Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu-------------------------------------- 27 1. Cân, gầu tải-------------------------------------------------------------------- 27 2. Máy nghiền-------------------------------------------------------------------- 27 3. Nồi hồ hoá----------------------------------------------------------------- ----27 2

4. Nồi đường hoá--------------------------------------------- -------------------28 5. Thùng lọc đáy bằng----------------------------------------------------------29 6. Nồi nấu hoa-------------------------------------------------------------------31 7. Thùng chứa trung gian---------------------------------------------- ---------32 8. Thùng lắng xoáy----------------------------------------------------- ---------33 9. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí----------------------------------------------34 10. Thùng nước nấu---------------------------------------------- ---------------34 11. Hệ thống cip nấu Kết luận Tài liệu tham khảo

3

Lời nói đầu Bia là một loại đồ uống giải khát hiện rất được ưa chuộng ở nước ta cũng như trên thế giới. Bia có màu sắc, hương vị đặc trưng, dễ dàng phân biệt với các loại đồ uống khác. Được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hublon... bia đem lại giá trị dinh dưỡng, một lít bia cung cấp 400 – 450kcal, bia có khả năng kích thích tiêu hoá, giúp cơ thể khoẻ mạnh khi dùng với liều lượng thích hợp và đặc biệt còn có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống nhờ đặc tính bão hoà CO2. Ở Việt Nam, bia xuất hiện chưa lâu lắm (chỉ khoảng 100 năm), ngành công nghiệp sản xuất bia vẫn còn rất nhiều tiềm năng phát triển. Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng bia ở nước ta ngày càng tăng. Rất nhiều nhà máy cũng như cơ sở sản xuất bia được thành lập trên khắp cả nước nhưng vẫn chưa đáp ứng hết được nhu cầu thị trường cả về chất lượng cũng như số lượng. Hơn nữa bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả năng thu hồi vốn nhanh, và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triển công nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng các thiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho người tiêu dùng các loại bia có chất lượng cao, giá thành phù hợp là vô cùng cần thiết. Trong khuôn khổ đồ án này em trình bày thiết kế phân xưởng nấu nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm. Đây là một nhà máy với năng suất trung bình, nếu được trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năng thích ứng linh hoạt với qui mô sản xuất trung bình, cũng như có khả năng mở rộng qui mô sản xuất.

4

PHẦN I: THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT I.CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA BIA Để chọn dây chuyền công nghệ cần căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng của bia cần sản xuất. Do yêu cầu của đồ án là sản xuất bia chai( bia vàng), sau đây em xin trình bày chỉ tiêu chất lượng bia vàng: Chỉ tiêu bia vàng: 1. Các chỉ tiêu cảm quan: - Độ bọt: bọt trắng, xốp, mịn, thời gian giữ bọt khoảng 2-3 phút - Mùi và vị: Bia phải có độ đắng đặc trưng và hương thơm dịu nhẹ của hoa Houblon, không quá nhạt, không có mùi vị lạ. - Màu sắc và độ trong: Bia phải có màu vàng rơm sáng, trong suốt, không được có cặn hay vẩn đục. 2. Các chỉ tiêu hoá lý: -

Độ cồn: 4,5-5

-

Hàm lượng đường sót: 1 – 2%

-

Hàm lượng CO2: 4,5 – 5 g/l

-

Hàm lượng diacetyl: ≤ 0,2 mg/l

-

Chất khoáng: 0,14 – 0,38%

-

Đạm tổng: 3,5 – 5 g/l

-

Este: 15 – 50 mg/l

-

Aldehyt: 10 – 15 mg/l

3. Chỉ tiêu vi sinh vật: - Vi khuẩn hiếu khí: < 100vsv/ml -Vi khuẩn yếm khí: không có -Vi khuẩn gây bệnh đường ruột: không có -Ecoli: không có

5

II.NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT BIA Nguyên liệu chính dùng cho sản xuất bia là Malt đại mạch, hoa Houblon và nước. Malt đại mạch là nguồn cung cấp chất hòa tan, hệ enzym quan trọng, có tác dụng lớn trong quá trình lọc dịch đường. Hoa houblon tạo nên hương thơm và vị đắng đặc trưng mà chỉ sản phẩm bia mới có. Nước chiếm phần lớn trong bia vì vậy nước là thành phần ảnh hưởng đến chất lượng bia rất lớn. Để hạ giá thành sản phẩm thì ta dùng nguyên liệu thay thế một phần Malt đại mạch. Với điều kiện Việt Nam thì gạo là một nguyên liệu thay thế rất tốt trong sản xuất bia. Lượng gạo thay thế là 25% là hoàn toàn có thể sản xuất được bia chất lượng khá tốt, có thể xuất khẩu được. 1. Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính số một dùng để sản xuất bia. Khoảng 1/3 đại mạch trên thế giới được trồng để sản xuất bia. Đại mạch thuộc họ Hordeum Sativum, có một số ít thuộc họ H.Muvirum, H.Jubatum. Đại mạch thường được gieo trồng vào mùa đông hay mùa xuân, được trồng nhiều ở Nga, Mỹ, Canada, Pháp, Nga… Đại mạch có giống hai hàng và đại mạch đa hàng, trong đại mạch đa hàng lại gồm có đại mạch 4 hàng và đại mạch 6 hàng. Tuy nhiên chỉ có đại mạch hai hàng được dùng trong sản xuất bia. Còn đại mạch đa hàng chỉ dùng trong chăn nuôi và các mục đích khác. Malt đại mạch là sản phẩm được chế biến từ hạt đại mạch, sau khi cho nảy mầm và sấy đến độ ẩm nhất định với những điều kiện bắt buộc. Malt đại mạch gồm các thành phần chính sau: 

Nước



Gluxit: Gồm nhiều thành phần nhưng chủ yếu là các thành phần sau •

Tinh bột: Có chủ yếu trong nội nhũ của hạt, là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi và cung cấp chất hòa tan cho dịch đường

•

Xelluloza: ph©n bè ë líp vá, lµ vËt liÖu quan träng trong qu¸ tr×nh läc dÞch ®êng .

6

•

Hemixelluloza: Díi t¸c dông cña enzym sÏ t¹o thµnh hexoza vµ pentoza lµ nguån cung cÊp dinh dìng quan träng cho nÊm men .

•

Hîp chÊt chøa Nit¬: Quan träng nhÊt lµ c¸c hîp chÊt cao ph©n tö gäi lµ protit. Hµm lîng cña chóng ¶nh hëng ®Õn chÊt lîng bia. NÕu hµm lîng cao qu¸ bia dÔ bÞ ®ôc, nÕu thÊp qu¸ th× bia kÐm bät, vÞ kÐm ®Ëm ®µ .

•

C¸c hîp chÊt kh«ng chøa Nit¬: Gåm cã Polyphenol, chÊt ®¾ng, fitin, vitamin, chÊt kho¸ng. Polyphenol cã kh¶ n¨ng kÕt hîp dÔ dµng víi protit t¹o thµnh phøc chÊt dÔ kÕt l¾ng nªn lo¹i bá ®îc protit,lµm t¨ng ®é bÒn keo cña bia.

•

ChÊt bÐo : lµ chÊt dinh dìng nu«i mÇm, chóng lµm gi¶m ®é bÒn keo cña s¶n phÈm .

•

HÖ enzym : Gåm rÊt nhiÒu lo¹i, song chñ yÕu lµ Proteaza vµ Amyaza.

Trong h¹t ®¹i m¹ch kh«, hÖ enzym ë tr¹ng th¸i liªn kÕt. Qu¸ tr×nh quan träng nhÊt mµ qua ®ã h¹t ®¹i m¹ch trë thµnh malt lµ sù n¶y mÇm. B»ng c¸ch t¹o ®iÒu kiÖn thÝch hîp vÒ ®é Èm, nhiÖt ®é vµ ®é tho¸ng khÝ cho h¹t, khi ®ã ph«i cña h¹t sÏ n¶y ph¸t triÓn t¹o ra c©y non. Lóc nµy hÖ enzym cã trong h¹t sÏ ®¬c gi¶i phãng khái tr¹ng th¸i liªn kÕt chuyÓn thµnh tr¹ng th¸i tù do. HÖ enzym sÏ b¾t ®Çu ph©n c¾t c¸c hîp chÊt cao ph©n tö trong néi nhò cña h¹t thµnh c¸c s¶n phÈm thÊp ph©n tö ®Ó nu«i ph«i: Amylaza ph©n c¾t tinh bét thµnh glucoza, maltoza, vµ dextrin, proteaza thñy ph©n protein thµnh axit amin, peptid …vv. §Õn mét thêi ®iÓm nµo ®ã khi mµ khèi lîng vµ ho¹t lùc cña c¸c enzym ®¹t ®Õn gi¸ trÞ tèi ®a, ngêi ta tiÕn hµnh sÊy malt t¬i ®Ó ®×nh chØ sù sèng cña mÇm mµ kh«ng lµm ¶nh hëng tíi hÖ enzym. Nh vËy malt ®¹i m¹ch lµ mét lo¹i b¸n thµnh phÈm rÊt giµu dinh dìng nh c¸c ®êng ®¬n gi¶n dextrin bËc thÊp, axit

7

amin, vitamin, chÊt kho¸ng, vµ ®Æc biÖt lµ hÖ enzym phong phó. Malt ®¹i m¹ch lµ nguyªn liÖu chÝnh ®Ó s¶n xuÊt bia. Tiêu chuẩn Malt đại mạch dùng cho sản xuất của nhà máy bia: 

Chỉ tiêu cơ học và lý học −Trạng thái: Hạt mảy đồng đều, bóng mượt và xốp −Màu hạt: Vàng sáng đồng đều −Mùi vị: thơm đặc trưng, ngọt nhẹ −Tạp chất(%khối lượng) < 0.1 −Hạt gãy(%khối lượng) < 0.5 −Hạt xẩm màu hai đầu(%khối lượng) < 0.01 −Dung trọng(g/l) ≥ 560 −Trọng lượng 1000(g) : 36



Chỉ tiêu hóa học −Độ hòa tan tuyệt đối(%) ≥ 75 −Độ ẩm(% khối lượng) ≤ 5.5 −Thời gian đường hóa: 15 phút −Năng lực đường hóa tuyệt đối(W/K) > 260 −Độ chua của dịch thủy phân khi xác định độ hòa tan(ml NaOH 0.1N/ 10 ml

dịch) : 0.8- 1.2 −Hàm lượng chất đạm toàn phần, tuyệt đối(%): 9-11 

Bao bì −Lớp trong làm bằng PE −Lớp ngoài làm bằng gai hoặc bằng PP(khâu kín bằng máy) −Bao bì còn nguyên vẹn, khô ráo sạch sẽ



Điều kiện bảo quản và kiểm tra −Bảo quản kho sạch sẽ, thoáng mát, cao ráo, có lưới chống chuột −Nhập hàng theo lô có mã hiệu, hàng nhập trước sử dụng trước, hàng nhập sau

sử dụng sau. 8

−Định kì kiểm tra 1tháng/1lần −Thời gian lưu kho không quá 180 ngày kể từ ngày nhập nguyên liệu vào kho. TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Thành phần hoá học của malt Tinh bột Đường khử Saccarose Pentose Nitơ formol Chất khoáng Pentozan không hoà tan và Hexozan Cellulose Các chất chứa nitơ Các chất chứa nitơ không đông tụ Chất béo

% chất khô 58 – 65 4 5 1 0,7 – 1 2,5 9 6 10 2,5 2,5

2. Gạo Gạo là nguyên liệu dạng hạt được dùng để thay thế một phần malt nhằm mục đích giảm giá thành sản phẩm So với các nguyên liệu thay thế khác gạo được sử dụng nhiều hơn cả bởi chúng có hàm lượng tinh bột cao, khoảng 75%, lượng Protein ở mức vừa phải, khoảng 8%. Gạo lại là loại lương thực rất phổ biến, giá thành thấp. Đặc biệt ở Việt Nam, nguồn cung cấp gạo rất dồi dào. Phụ thuộc vào mức độ chứa đầy protein của tế bào, mức độ liên kết của protein với các hạt tinh bột, cũng như kích thước và hình dạng hạt tinh bột mà nội nhũ của gạo có thể là trắng trong hay trắng đục hoặc trắng trong từng phần. hạt trắng trong khác hạt trắng đục bởi hàm lượng protein cao hơn, hạt chắc và cứng hơn. Để thay thế malt đại mạch ta nên chọn loại gạo có độ trắng đục cao hơn. Không sử dụng gạo mới thu hoạch để sản xuất. Gạo mới thu hoạch khi hồ hóa dịch sẽ có độ nhớt cao gây khó khăn cho việc đường hóa và lọc dịch đường sau này. Gạo mới thu hoạch phải được bảo quản ít nhất 1 tháng mới được sử dụng. Tiêu chuẩn đối với gạo sử dụng trong sản xuất của nhà máy bia. 

Tiêu chuẩn cảm quan 9

−mùi vị: Không có mùi lạ, không có vị đắng −Hình thái: trắng đục, nhẵn bóng, hạt đều, không mối mọt, không vón cục, không mốc −Thóc lẫn(% khối lượng) ≤ 4.0 −Tỉ lệ gạo, cám lật(% khối lượng) ≤ 6.5 

Tiêu chuẩn hóa học −Độ ẩm(% khối lượng) ≤ 14

Gạo đóng vào bao tải hoặc bao PP khô, sạch, khâu kín. Không vận chuyển gạo cùng các loại hóa chất khác. Kho chứa gạo đảm bảo khô ráo thoáng mát, không bị chuột phá, bị mối mọt xâm nhập. Thời gian lưu kho không quá 90 ngày từ ngày nhập nguyên liệu vào kho. Thành phần Tinh bột Protein Chất béo Cellulose Chất khoáng

% chất khô 75 6–8 1 – 1,5 0,5 – 0,8 1 – 1,2

3 Hoa Houblon Lµ nguyªn liÖu chÝnh trong s¶n xuÊt bia, lµm cho bia cã vÞ ®¾ng dÞu, h¬ng th¬m ®Æc trng, t¨ng kh¶ n¨ng gi÷ bät, t¨ng ®é bÒn keo vµ b¶o qu¶n bia. Trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt bia, ngêi ta chØ sö dông hoa c¸i cha thô phÊn. Trong c¸nh hoa vµ nhÞ hoa cã chøa c¸c h¹t lupulin lµ nguån gèc chÝnh sinh ra chÊt ®¾ng vµ tinh dÇu th¬m cña hoa houblon . Trong thµnh phÇn cña hoa houblon th× quan träng nhÊt lµ chÊt ®¾ng, tinh dÇu th¬m vµ Polyphenol. • Vai trß cña chÊt ®¾ng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt bia lµ rÊt lín. Tríc hÕt chóng t¹o cho bia cã vÞ ®¾ng dÞu lµ mét ®Æc tÝnh c¶m quan 10

rÊt ®Æc biÖt cña bia. Khi hßa tan vµo dÞch ®êng, c¸c chÊt ®¾ng lµ nh÷ng chÊt cã ho¹t tÝnh sinh häc cao, t¹o søc c¨ng bÒ mÆt gióp cho bia cã kh¶ n¨ng gi÷ bät rÊt l©u. MÆt kh¸c, c¸c chÊt ®¾ng cßn cã kh¶ n¨ng øc chÕ sù ph¸t triÓn cña vi sinh vËt, tøc lµ b¶o vÖ chÊt lîng cña bia æn ®Þnh kh«ng bÞ vi sinh vËt t¸c ®éng hay cßn gäi lµ lµm t¨ng ®é bÒn sinh häc cña bia. ChÊt ®¾ng trong hoa Houblon gåm Axit ®¾ng lµ hîp chÊt cã cÊu tróc tinh thÓ vµ nhùa ®¾ng lµ hîp chÊt v« ®Þnh h×nh. •Tinh dÇu th¬m cña hoa houblon hßa tan vµo dÞch ®êng, tån t¹i

trong bia vµ t¹o cho bia mét mïi th¬m ®Æc trng, nhÑ nhµng vµ dÔ chÞu. Tinh dÇu th¬m bay h¬i kh¸ nhanh ë nhiÖt ®é thêng. Tinh dÇu th¬m cã thµnh phÇn hãa häc rÊt phøc t¹p, gåm rÊt nhiÒu c¸c hîp chÊt, trong ®ã phÇn lín lµ terpen, rîu, xeton, aldehid, este vµ axit. •Polyphenol: TÝnh chÊt ®Æc biÖt cña hîp chÊt nµy lµ kh¶ n¨ng dÔ dµng kÕt hîp víi c¸c protein cao ph©n tö ®Ó t¹o ra phøc chÊt kh«ng hßa tan, do vËy chóng ®îc dïng ®Ó lµm kÕt l¾ng vµ lo¹i bá c¸c hîp chÊt protid cao ph©n tö, lµ nguyªn nh©n g©y ®ôc bia, ra khái dÞch ®êng, æn ®Þnh thµnh phÇn vµ t¨ng ®é bÒn keo cña bia. Hoa houblon cã thÓ sö dông c¸nh hoa, hoa viªn, hoÆc cao hoa. • Hoa c¸nh: Lµ hoa houblon sau khi thu ho¹ch ®îc sÊy kh«. Sö dông

hoa nguyªn c¸nh cã thÓ b¶o toµn chÊt lîng, tuy nhiªn ph¶i tèn diÖn tÝch chøa vµ b¶o qu¶n, hiÖu qu¶ sö dông thÊp. • Hoa viªn: Lµ c¸nh hoa vµ lupulin ®îc nghiÒn thµnh bét vµ Ðp

thµnh d¹ng viªn. • Cao hoa: Lµ s¶n phÈm ®îc chiÕt ly b»ng c¸c dung m«i h÷u c¬. ChÕ phÈm nµy kh«ng chøa tinh dÇu th¬m, chñ yÕu lµ chÊt ®¾ng. C¸c chÕ phÈm tuy chÊt lîng kh«ng b»ng hoa c¸nh, nhng chóng cã nh÷ng u ®iÓm h¬n h¼n hoa c¸nh:

11

−DÔ dµng b¶o qu¶n vµ vËn chuyÓn, gi¶m ®îc hao phÝ chÊt ®¾ng trong thêi gian b¶o qu¶n. −T¨ng hÖ sè sö dông chÊt ®¾ng vµ c¸c chÊt kh¸c

−Cã thÓ ®iÒu chØnh liÒu lîng b»ng viÖc c©n ®o sè lîng mét c¸ch chÝnh x¸c. −Gi¶m bít thiÕt bÞ läc b· hoa. Víi nh÷ng u ®iÓm cña m×nh, c¸c chÕ phÈm ngµy cµng ®îc sö dông réng r·i. Tiêu chuẩn đối với cao hoa sử dụng trong sản xuất của nhà máy: 

Chỉ tiêu cảm quan −Cao hoa có dạng keo, màu vàng hổ phách −Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi

−Vị đắng rõ rệt 

Chỉ tiêu hóa học −Hàm lượng α- axit đắng: 30%

−Tan hết và có thể tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước. Hoa thơm rõ rệt, vị đắng dịu. Hoa cao đóng trong các hộp kín, chắc chắn dễ mở, bao bì không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Bảo quản hoa cao trong kho lạnh ở nhiệt độ 5-10 oC. Tiêu chuẩn hoa viên sử dụng trong sản xuất của nhà máy. 

Chỉ tiêu cảm quan −Hoa viên có màu xanh lá mạ, hơi vàng −Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi, vị đắng dịu. −Hình dạng: viên đùn, không vỡ vụn



Chỉ tiêu hóa học −Loại viên 90 có hàm lượng α- axit đắng là 5%, loại viên 45 có hàm lượng α- axit

đắng 8%

12

−có khả năng tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước nha, làm trong nước nha, tạo mùi hoa thơm rõ rệt, vị đắng dịu Hoa viên được đóng bao bì bền chắc, dễ mở, bao bì không làm ảnh hưởng đến chất lượng hoa. STT 1 2 3 4 5 6 7 8

Thành phần Độ ẩm Chất đắng Polyphenol Tinh dầu thơm Cellulose Chất khoáng Protein Các hợp chất khác

% chất khô 11 – 13 15 – 21 2,5 – 6 0,3 – 1 12 – 14 5–8 15 – 21 26 – 28

4 Nước Trong quá trình sản xuất bia, nước được sử dụng rộng rãi trong mọi khâu, từ các công đoạn chính như nấu, lọc ... đến các khâu vệ sinh. Trong thành phần bia, nước cũng chiếm một lượng lớn (80 – 90%), góp phần hình thành nên hương vị của bia. Bởi vậy, nước dùng trong sản xuất bia phải có chất lượng tốt, đáp ứng được các chỉ tiêu quan trọng Ở nhà máy bia nước sử dụng để nấu bia phải đạt tiêu chuẩn sau: −Không màu, không mùi, không vị −Độ đục NTV ≤ 0,7 −pH : 6,5- 7,5 −Kiềm tổng (oF) ≤ 2 −Độ cứng tổng(oF) ≤ 2 −Hàm lượng Ca2+(mg/l): 30-60 −Hàm lượng Mg2+(mg/l) < 20 −Hàm lượng Na+(mg/l): 23-28 −Hàm lượng K+(mg/l) ≤ 4 −Hàm lượng NH 4 +(mg/l) ≤ 0.5 13

−hàm lượng Fe(mg/l) ≤ 0,05 −hàm lượng Mn(mg/l) ≤ 0,05 −hàm lượng muối(quy về mg/l NaCl) ≤ 20 −hàm lượng Cl2 dư(mg/l): 0 mg/l −

−Hàm lượng NO 3 (mg/l) ≤ 15 −Hàm lượng NO −2 mg/l) ≤ 0,1 −Hàm lượng SO 24− mg/l) ≤ 3

−Al(mg/l): 0 −Hàm lượng kim loại nặng: Theo quy định của Bộ Y tế −Vi sinh vật: Theo quy định của Bộ Y tế Nước sử dụng của nhà máy được lấy từ nước ngầm, qua một hệ thống xử lý nước để đạt đến tiêu chuẩn. 5. Các nguyên vật liệu, hóa chất phụ trợ Các hóa chất được sử dụng phải đảm bảo tiêu chuẩn dùng cho thực phẩm, phải có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng. Bảo quản ở nơi khô ráo thoáng mát, tránh ánh nắng mặt trời. Nhà máy bia Á châu sử dụng các hóa chất sau Nhóm hóa chất sử dụng trong quá trình nấu: axit lactic,

H 3 PO4 , CaCl 2 , CaSO4 ,

enzym Termamyl, enzym Cereflo, Hexa Nhóm hóa chất rửa thiết bị: NaOH 2%, P3 trimeta 2%, Oxonia 3%. Nhóm hóa chất dùng trong lọc bia: Bột Diatomit, Vicant... Nhóm hóa chất dùng để xử lý nước: NaCl, NaOH, HCl

14

III. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT. A. Sơ đồ khối của dây chuyền công nghệ sản xuất bia.

15

Malt

G¹ o Enzym Termamyl

NghiÒn

Malt lãt

NghiÒn

Hå hãa § ­ êng hãa Läc dÞch ®­ êng

NÊu hoa

Hoa houblon

Men gièng L¾ng xo¸y Nh©n gièng cÊp 1 L¹ nh nhanh

Men s÷a

Röa men

Nh©n gièng cÊp 2 Lªn men chÝnh Lªn men phô Bét trî läc

CO thu håi 2

Xö lý CO

2

Tµng tr÷vµ æn ®Þnh

Bock

Röa bock

Läc bia

Ho¹ t hãa men

ChiÕt bock

Chai

ChiÕt chai

Thanh trï ng

Bia h¬i

D¸n nh· n XÕp kÐt Bia chai

B. Thuyết minh dây chuyền 1. Nghiền nguyên liệu 16

Röa chai

a. Nghiền gạo Mục đích của việc nghiền gạo là nghiền gạo thành dạng bột mịn, phá vỡ cấu trúc vững chắc của các hạt tinh bột có trong hạt gạo. Thiết bị thông dụng để nghiền gạo là máy nghiền búa. Cấu tạo của máy nghiền búa bao gồm một sàng phân loại hình trụ khuyết trong đó có một rôto quay, trên rôto lắp nhiều đĩa, trên mỗi đĩa được gắn nhiều lưỡi dao bằng thép. Bằng lực cơ học, khi rôto quay các lưỡi dao sẽ chém hạt nát vụn. Gạo được đổ vào phễu hứng và được gầu tải đưa lên đổ xuống máy nghiền búa, bột gạo sau nghiền được quạt gió đưa vào phễu hứng của gầu tải tiếp theo và được đưa lên cao, được vít tải đưa qua thiết bị phối trộn với nước ấm rồi đổ vào nồi hồ hoá. Bột gạo trong quá trình được quạt gió thổi và gầu tải vận chuyển sinh ra nhiều bụi nên ở những vị trí này có bố trí đường ống thông với túi lọc và xyclon tách bụi. b. Nghiền malt Mục đích của quá trình nghiền malt là đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh 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 hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn. Yêu cầu của quá trình nghiền malt là vỏ càng nguyên vẹn càng tốt, vỏ tách ra khỏi nội nhũ, lượng tấm thô nhỏ. Trong dây chuyền sản xuất này, chọn thiết bị nghiền trục, nghiền theo phương pháp nghiền ướt, sử dụng máy nghiền có 2 cặp rulô. Malt được đổ vào phễu hứng ở chân gầu tải thứ nhất, được gầu tải này đưa lên thiết bị cân malt, sau đó đổ xuống phễu hứng của gầu tải thứ hai và được đưa lên đổ vào thùng chứa. Từ đây malt được chuyển dần xuống máy nghiền đồng thời được phun nước 65˚C, nghiền xong lại bổ sung thêm nước để hỗn dịch đạt nhiệt độ 45˚C và đạt tỉ lệ: bột malt/nước = 1/4, dịch sữa malt này được bơm chuyển vào các nồi nấu. 2. Quá trình hồ hóa Hồ hóa tinh bột nhằm mục đích thuỷ phân từng phần để tạo điều kiện cho giai đoạn đường hoá đạt hiệu quả cao, đồng thời giai đoạn này cũng hoà tan một phần chất chiết 17

vào dịch đường. Trong quá trình nấu để tăng hiệu quả trích ly và đường hoá nguyên liệu người ta có bổ sung enzym hoặc malt lót. Tuỳ thuộc vào công nghệ sản xuất của từng nhà máy mà người ta có thể sử dụng lượng malt lót theo tỷ lệ thích hợp kèm theo với chế phẩm enzym. Ở giai đoạn này chế phẩm enzym thường dùng là Termamyl. Trong quy trình công nghệ của nhà máy ta sử dụng cả malt lót và enzym Termamyl đây là enzym có nguồn gốc từ vi sinh vật nên có nhiệt độ hoạt động tối thích khá cao ( 86oC ) rất thích hợp cho giai đoạn hồ hoá Trước khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nước nóng. Bột gạo được phối trộn với nước ấm để đạt nhiệt độ dịch khoảng 45˚C trước khi bơm vào nồi với tỉ lệ: bột/nước = 1/5. Bật cánh khuấy, bổ sung axít lactic để hạ pH của hỗn dịch xuống khoảng 5,4 – 5,6. Cho malt lót vào nồi với lượng bằng 20% lượng gạo và bổ sung thêm nước để tỉ lệ: bột/nước = 1/5. Cùng lúc này ta bổ sung enzym Termamyl, Bột được trộn đều và giữ ở nhiệt độ 42 – 45˚C trong khoảng 15 phút để tinh bột hút nước trương nở, đồng thời hệ enzyme trong malt đặc biệt là peptidase thực hiện quá trình đạm hoá. Cấp hơi để nâng từ từ nhiệt độ của khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 10 phút. Tiếp tục nâng nhiệt của khối dịch lên 83˚C và giữ trong 30 phút để thực hiện quá trình hồ hoá tinh bột gạo. Cuối cùng cấp hơi đun sôi khối dịch trong khoảng 30 phút trước khi bơm sang nồi malt. Thời gian nấu một mẻ khoảng 150 phút. 3. Quá trình đường hóa Mục đích của quá trình đường hoá nguyên liệu là phân cắt các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử dể hoà tan tạo thành chất chiết của dịch đường. Thực chất của các quá trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử dưới sự xúc tác của enzym. HÖ enzym trong malt rÊt ®a d¹ng trong ®ã cã vai trß quan träng nhÊt lµ : sitaza, proteaza, vµ amylaza. Nhãm enzym sitaza thñy ph©n hemixelluloza vµ c¸c chÊt d¹ng keo thµnh c¸c ®êng ®¬n pentoza, hexoza vµ c¸c s¶n phÈm kh¸c. Enzym nµy cã t¸c dông chñ yÕu trong giai ®o¹n ¬m mÇm lµ ph¸ hñy thµnh tÕ bµo, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c enzym kh¸c ®îc ho¹t hãa. HÖ enzym proteaza thñy ph©n protein thµnh c¸c c¸c peptid nhá h¬n vµ axit amin. HÖ enzym amylaza gåm 18

α- amylaza vµ β- amylaza ph©n c¾t tinh bét thµnh ®êng ®¬n gi¶n vµ c¸c dextrin. Enzym α- amylaza tÊn c«ng liªn kÕt α-1,4glucozit cña thµnh phÇn amiloza còng nh cña amilopectin t¹o nªn c¸c polysacarit cã kÝch thíc nhá vµ mét lîng rÊt Ýt disacarit hoÆc glucoza. Enzym βamylaza t¸c dông trªn amiloza vµ amilopectin b¾t ®Çu tõ c¸c ®Çu tËn cïng kh«ng cã tÝnh khö cña c¸c chuçi vµ gi¶i phãng lÇn lît c¸c gèc maltoza. Enzym nµy còng tÊn c«ng liªn kÕt α- 1,6glucozit. Bơm dịch nghiền malt vào nồi đường hoá. Bật cánh khuấy để đảo trộn đều dịch malt. Bổ sung axit lactic và CaCl 2 , axit lactic hạ pH của dịch xuống 5,4–5,5 thuận lợi cho hoạt động của hệ enzyme thuỷ phân và cũng có tác dụng khử độ cứng của nước còn lại. Các muối Canxi được bổ sung vào nồi đường hóa nhằm làm tăng độ bền của enzym αamilaza. Do Canxi tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzym, duy trì cấu hình hoạt động của enzym. Canxi còn có tác dụng đảm bảo cho α- amilaza có độ bền cực lớn đối với các tác động gây biến tính và sự phân hủy bởi các enzym phân giải protein.. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 50˚C và giữ trong khoảng 5 phút. Bơm dịch cháo sang nồi malt hoà trộn với dịch bột malt, khi đó nhiệt độ của hỗn dịch sẽ vào khoảng 63-65˚C, thời gian bơm cháo khoảng 10 phút, giữ ở nhiệt độ này 20 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 30 phút. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 76˚C và giữ trong khoảng 20 phút, rồi bơm sang thùng lọc. Thời gian đường hoá một mẻ khoảng 120 phút. 4. Lọc dịch đường Lọc dịch đường có 2 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất là lọc để tách dịch đường ra khỏi bã, giai đoạn 2 là rửa bã để rút nốt phần chất hoà tan còn sót lại trong bã. Tiến hành lọc: Trước tiên bơm nước có nhiệt độ là 78oC vào đầy phần không gian giữa đáy giả và đáy thật. Sau đó mới bơm dịch hèm từ nồi đường hóa sang, cánh khuấy được bật với tốc độ chậm sẽ dàn đều lớp bã. Sau khi hết dịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao. Dịch đường được để yên 20 phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc. Có thể chia lớp bã thành 3 lớp: lớp dưới cùng gồm các phần tử nặng nhất và lớn nhất, dày khoảng 1cm; 19

lớp giữa gồm vỏ và các phần tử nặng khác; lớp trên cùng là các phần tử mịn và nhẹ, xám, dày khoảng 1cm. Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịch đường còn đục nên ta cho hồi lưu trở lại thùng lọc trong khoảng 15 phút đầu. Khi dịch đường bắt đầu trong thì khoá van hồi lưu, dịch đường được đưa ngay sang nồi nấu hoa. Nếu nồi hoa chưa sẵn sàng thì dịch đường được đưa sang nồi trung gian có vỏ bảo ôn chứa tạm. Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do màng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã tạo lại lớp màng lọc. Quá trình tái tạo lại lớp màng lọc như sau: Cho lưỡi dao quay một góc 15 - 20 0. Dùng kích thuỷ lực hạ dao cào xuống vị trí thấp nhất, quay trong 15-20 phút để xáo trộn lớp lọc. Hệ thống van tháo dịch được đóng lại. Dàn bằng bề mặt lọc: nâng hệ thống dao cào lên ngang tầm chiều cao lớp lọc, trả dao về vị tri ban đầu, quay dao trong 15 phút, thao tác lặp lại như lần đầu Tiến hành rửa bã gián đoạn làm 3 lần, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C. Sau khi thu hết dịch đường, khoá van xả dịch, cấp 1/3 lượng nước rửa bã, cho cánh khuấy quay để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vào dịch. Để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơm sang nồi hoa với dịch lọc trước đó. Kết thúc quá trình rửa bã hàm lượng đường trong bã còn 0,5 – 1˚Bx. Thời gian rửa bã khoảng 60 phút. Thực hiện tháo bã: bã malt được hệ thống dao cào dần về chỗ có lỗ hổng để tháo bã ra ngoài qua đáy và được vít tải vận chuyển ra thùng chứa bã malt. 5. Houblon hóa Thiết bị đun hoa được vệ sinh sạch sẽ trước mỗi mẻ nấu. Ngay từ khi dịch lọc đưa sang nồi hoa thì mở van cấp hơi nhưng ở mức vừa phải để duy trì nhiệt độ dịch lọc trên 75˚C. Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tới khi toàn bộ dịch lọc và nước rửa bã được bơm sang nồi hoa thì dịch đường trong nồi cũng vừa sôi. Khi dịch sôi được khoảng 15 phút thì cho toàn bộ lượng hoa cao vào nồi. Sau khi dịch sôi được khoảng 60 phút thì cho 1/2 lượng hoa viên vào nồi. Trước khi kết thúc đun hoa 15 phút thì bổ sung nốt 1/2 lượng hoa viên vào nồi. Tỷ lệ: cao hoa/hoa viên = 1/4. Thời gian đun hoa khoảng 90 phút 6. Lắng xoáy và lạnh nhanh

20

Dịch đường ra khỏi nồi hoa được bơm vào thùng lắng xoáy theo phương tiếp tuyến với vận tốc 12 – 14m/s, dưới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực các cặn lắng và bã hoa tách ra tập trung ở giữa thùng và lắng xuống đáy. Để yên dịch đường khoảng 15 phút cho cặn lắng xuống đáy. Ban đầu tháo dịch ra ở thân thùng, sau đó mới tháo ra từ đáy thùng. Dịch ra khỏi thùng có nhiệt độ khoảng 90˚C được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh. Cặn tập trung ở đáy thùng khi bơm hết dịch được xối nước xả bã ra ngoài. Thời gian lắng xoáy khoảng 30 phút. Sau khi ra khỏi thùng lắng xoáy, dịch đường có nhiệt độ 90˚C, được dẫn vào máy lạnh nhanh kiểu tấm bản. Máy được cấu tạo từ những tấm bản gấp sóng chế tạo từ thép hay hợp kim Cr – Ni. Các tấm bản có hình chữ nhật, có 4 tai ở 4 góc, trên mỗi tai có đục lỗ tròn. Kết hợp xen kẽ các tấm bản với các gioăng cao su tạo nên 4 mương dẫn: dịch đường vào máy, dịch đường ra khỏi máy, chất tải lạnh vào máy, chất tải lạnh ra khỏi máy. Dịch đường nóng được bơm vào một trong hai mương dẫn phía trên, chảy thành màng ziczac trên bề mặt các tấm bản trong khoảng trống giữa 2 tấm bản liền kề, dịch đường chảy các khoảng trống cách nhau 1 khoảng trống xen kẽ bởi chất tải lạnh, cuối cùng ra khỏi máy ở mương dẫn dưới ngược phía. Nước lạnh 2˚C được đi theo chiều ngược lại từ mương dẫn vào ở phía dưới qua các khoảng trống mà dịch đường không đi qua rồi ra ở mương dẫn phía trên đối diện. Nước lạnh qua trao đổi nhiệt với dịch đường trở thành nước nóng 70 – 80˚C được thu hồi về thùng nước nóng đưa đi phục vụ cho quá trình nấu

21

PHẦN II: TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM A.Lập kế hoạch sản xuất Nhà máy được thiết kế với năng suất 25 triệu lít bia/năm. Nồng độ dịch đường trước lên men là 11,5˚Bx. Sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ thay thế là 40% cho tổng lượng gạo và malt sử dụng. Do nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, ở miền Bắc khí hậu có 4 mùa rất khác nhau vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ bia các mùa cũng khác nhau. Mùa hè do thời tiết nóng nực nên nhu cầu sử dụng bia cao, trong khi mùa đông do thời tiết lạnh nhu cầu về bia giảm. Do đó nhà máy phải có kế hoạch sản xuất một cách hợp lý để lượng bia sản xuất ra tiêu thụ hết tránh lãng phí. Bảng kế hoạch sản xuất của nhà máy: Quý Tổng năng suất (triệu lít)

I 5,0

II 7,5

III 7,5

IV 5,0

Một năm nhà máy sản xuất 300 ngày, trung bình mỗi tháng sản xuất 25 ngày, những ngày còn lại để duy tu, bảo dưỡng máy móc thiết bị. Năng suất lớn nhất một tháng: 2,5 triệu lít. Năng suất lớn nhất một ngày: 2500000/25 = 100000(lít). Mỗi ngày nấu 6 mẻ, năng suất một mẻ khoảng: 16700(lít). B.Tính cân bằng sản phẩm

Để đơn giản ta tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia Trong quá trình sản xuất, tổn thất ở các công đoạn là không thể tránh khỏi nên trong trong quá trình tính toán ta đều phải tính đến lượng tổn thất ở từng công đoạn. Lượng tổn thất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng nguyên liệu, chế độ công nghệ thiết bị. Các chỉ số yêu cầu đối với nguyên liệu chính cho sản xuất bia là: Chỉ số Độ ẩm %

Malt 6%

Gạo 14%

Độ hoà tan

80%

85%

Tỷ lệ nguyên liệu

60%

40%

22

Tổn thất tính theo % của từng công đoạn sản xuất là Quá trình Nghiền

Tổn thất 0,1% so với trọng lượng nguyên liệu

Nấu, đường hoá, lọc

3% so với chất khô

Nấu hoa

10% lượng dịch do nước bay hơi

Lắng xoáy và làm lạnh nhanh

0,5% so với chất khô

Lên men chính phụ

5% so với thể tích bia

Lọc bia

0,5%

Bão hoà CO2

0,1%

Chiết bock

1%

Chiết chai

1%

Tính cho 1000lít sản phẩm bia , độ đường là 11,5oBx 1. Tính lượng gạo và lượng malt Gọi lượng gạo cần để sản xuất 1000l bia chai là M(kg) thì lượng malt cần là 1,5M(kg). 

Lượng chất chiết thu được từ M(kg) gạo là: M.(1 – 0,001).(1 – 0,14).0,85 = 0,7303M(kg)



Lượng chất chiết thu được từ malt là: 1,5M.(1 – 0,001).(1 – 0,06).0,80 = 1,1269M(kg)



Tổng lượng chất chiết thu được là: 0,7303M + 1,1269M = 1,8572M(kg)



Công đoạn chiết chai tổn thất 1%, lượng bia sau bão hoà CO2 là: 1000 = 1010,1(l) 1 − 0,01



Công đoạn bão hoà CO2 tổn thất 0,1%, lượng bia sau lọc là: 1010,1 = 1011,1(l) 1 − 0,001



Công đoạn lọc bia tổn thất 0,5%, lượng bia sau lên men là:

23

1011,1 = 1016,2(l) 1 − 0,005 

Công đoạn lên men tổn thất 5%, lượng dịch đường đưa đi lên men là: 1016,2 = 1069,7(l) 1 − 0,05



Công đoạn lắng xoáy và lạnh nhanh tổn thất 0,5% khối lượng dịch và tổn hao do co thể tích khoảng 4%, lượng dịch đường sau đun hoa là: 1069,7 = 1119,9(l) (1 − 0.005) × (1 − 0,04)



Dịch đường sau đun hoa có nồng độ chất khô là 11,5˚Bx có d20=1,046, khối lượng dịch đường sau đun hoa là: 1119,9×1,046 = 1171,4154(kg)



Khối lượng chất chiết có trong dịch đường sau đun hoa là: 11,5 × 1171,4154 = 134,7128(kg) 100



Công đoạn nấu, đường hoá, lọc tổn thất chất chiết là 3%, lượng chất chiết ban đầu là: 134,7128 = 138,8791(kg) 1 − 0,03



Ta có 138,8791= 1,8572M

Suy ra lượng gạo cần dùng là: 74,7788 kg Lượng malt cần dùng là: 1,5 × 74,7788 = 112,1682 kg 2. Lượng bã gạo và bã malt  Lượng malt đem nấu là 112,1682 kg trong đó: 

Lượng chất khô không hoà tan 100% – 80% = 20%

Độ ẩm W = 6% Tổn thất khi nghiền 0,1% 

Suy ra lượng chất khô trong bã malt: 112,1682.(1 – 0,001).(1 – 0,06).0,2 = 21,0665(kg)



Bã có hàm ẩm 80%, khối lượng bã malt ướt là: 21,0665 = 105,3326(kg) 1 − 0,8 24

Lượng gạo đem nấu là 74,7788 kg trong đó: Lượng chất khô không hoà tan 100% – 85% = 15% Độ ẩm 14% Tổn thất khi nghiền 0,1% Suy ra lượng chất khô trong bã gạo: 74,7788.(1 – 0,001).(1 – 0,14).0,15 = 9,6368(kg) Bã có hàm ẩm 80%, khối lượng bã gạo ướt là: 9,6368 = 48,1841(kg) 1 − 0,8 

Tổng lượng bã khô là: 21,0665+ 9,6368= 30,7033(kg)



Tổng lượng bã ướt là: 105,3326+ 48,1841= 153,5167(kg)



Lượng nước trong bã là: 153,5167– 30,7033= 122,8134(kg)

3. Lượng nước dùng trong nấu và rửa bã Lượng

nước trong quá trình hồ hoá:

Ở nồi hồ hoá có sử dụng lượng malt lót bằng 20% lượng gạo, tổng lượng bột cho vào nồi cháo là: (74,7788 + 0,2×74,7788 ).(1 – 0,001) = 89,6448(kg) 

Tỷ lệ phối trộn nước:bột = 5:1, lượng nước cho vào nồi hồ hoá là: 5× 89,6448= 448,2241(kg)



Tổng khối lượng dịch bột trong nồi hồ hoá là: 89,6448+ 448,2241 =537,8689(kg)



Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu: 74,7788.(1 – 0,001).0,14 + 0,2×74,7788.(1 – 0,001).0,06 = 11,3550(kg)



Tổng lượng nước có trong nồi hồ hoá: 448,2241 + 11,3550= 459,5791(kg)



Trong quá trình hồ hoá lượng nước bay hơi khoảng 5%: 459,5791×0,05 = 22,9790(kg)



Khối lượng dịch cháo còn lại là: 537,8689– 22,9790 = 514,8899(kg)

Lượng 

nước trong quá trình đường hoá:

Lượng malt cho vào nồi đường hoá: 25

(112,1682 – 0,2× 74,7788).(1 – 0,001) = 97,1152(kg) 

Tỷ lệ phối trộn nước:malt = 5:1, lượng nước phối trộn với malt là: 5×97,1152= 485,5761(kg)



Lượng nước có sẵn trong malt là: 97,1152×0,06 = 5,8269(kg)



Khi chuyển toàn bộ dịch cháo sang nồi đường hoá tổng khối lượng dịch là: 97,1152+ 485,5761+ 514,8899= 1097,5812(kg)



Tổng lượng nước có trong nồi đường hoá là: 485,5761+ 5,8269+ (459,5791– 22,9790) = 928,0031(kg)



Trong quá trình đường hoá lượng nước bay hơi khoảng 5%: 0,05× 928,0031= 46,4002(kg)

Lượng nước còn lại sau đường hoá: 928,0031– 46,4002= 881,603(kg) Khối lượng dịch đường còn lại là: 1097,5812– 46,4002= 1051,2(kg) Lượng

nước rửa bã:



Lượng dịch đường sau đun hoa: 1171,4154 (kg)



Lượng nước có trong dịch đường sau đun hoa: (1 −



11,5 ) × 1171,4154 = 1036,7026(kg) 100

Khi đun hoa tổn thất 10% thể tích dịch do nước bay hơi, lượng nước trong dịch đường trước đun hoa: 1036,7026 = 1151,8918(kg) 1 − 0,1



Lượng nước trong bã là: 122,8134 (kg)



Lượng nước còn lại sau đường hoá là: 881,603 (kg)



Suy ra lượng nước rửa bã: 1151,8918+ 122,8134 – 881,603 = 393,1022(kg)

Dịch

lọc:



Dịch lọc ban đầu: 1051,2– 153,5167= 897,6833(kg)



Tổng lượng dịch lọc: 897,6833+ 393,1022= 1290,7855(kg)

26

4. Lượng hoa houblon sử dụng Chất đắng của hoa Houblon gồm α- axit đắng, β- axit đắng và nhựa mềm. Trong các chế phẩm hoa Houblon thì hàm lượng α-axit đắng chiếm chủ yếu, các thành phần khác không dáng kể. Trong bia α- axit đắng hòa tan với hàm lượng 10 - 30mg/l. Chọn bia có độ đắng 22 độ tức hàm lượng chất đắng là 22mg/l. Lấy hiệu suất trích ly chất đắng trong quá trình nấu hoa là 30% thì lượng chất đắng ban đầu ứng với 1000l bia thành phẩm là: 22 × 1000 = 73,3.103(mg) = 73,3(g) 0,3

Sử dụng 80% hoa viên 8% α – axit đắng và 20% cao hoa 60% α – axit đắng. Gọi lượng hoa viên sử dụng là m(g) thì lượng cao hoa sử dụng là 0,25m(g). Lượng chất đắng trích ly được là: m × 0,08 + 0,25m × 0,60 = 0,23m(g) Ta có: 0,23m = 73,3(g) Suy ra: Lượng hoa viên sử dụng là m = 318,8(g) Lượng cao hoa sử dụng là 0,25m = 79,7(g) Bã hoa: coi lượng cao hoa hoà tan hoàn toàn, hoa viên hoà tan 40%, bã hoa viên có độ ẩm 85% thì lượng bã hoa viên là: 318,8 × 0,6 = 1275,2(g) ≈ 1,3(kg) 1 − 0,85

5. Các nguyên liệu khác * Các hoá chất bổ sung trong quá trình nấu: Ở nồi hồ hoá và nồi đường hoá bổ sung acid lactic để hạ pH của dịch xuống 5,4 – 5,5 thuận lợi cho hoạt động của hệ enzyme thuỷ phân. Lượng acid bổ sung vào nồi hồ hoá bằng khoảng 0,06% lượng gạo, và lượng acid bổ sung vào nồi malt bằng khoảng 0,04% lượng malt. Tổng lượng acid bổ sung là: 0,06% × 42,4 + 0,04% × 127,2 = 0,076(kg) = 76(g)

27

PHẦN III: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu 1. Cân, gầu tải

* Cân: Nguyên liệu được cân theo từng mẻ. Chọn cân hoa loại 5kg. Chọn cân gạo và malt lót có khả năng cân cao nhất 500kg, độ chính xác 0,5kg, có kích thước: dài 1m, rộng 0,8m, cao 1m. Cân malt dùng 3 cân điện tử được gắn với xylo; xylo có kích thước: đường kính 0,8m, cao 1,5m, đáy côn 60˚ chứa được khoảng 500kg malt; kết quả cân khối lượng malt được tính là trị số trung bình do 3 cân đưa ra. * Gầu tải: Chọn gầu tải có năng suất vận chuyển 4500 kg/h có thông số kỹ thuật: Kích thước: rộng 0,5m, cao 2 – 4m Vận tốc kéo 1,2 – 1,4m/s Công suất động cơ 0,8kW 2. Máy nghiền

* Máy nghiền gạo: Một mẻ nấu sử dụng 695 kg gạo. Chọn máy nghiền gạo là máy nghiền búa có năng suất 1500kg/h có các thông số kỹ thuật: Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, chiều rộng 200mm Kích thước máy: dài 1,85m, rộng 1,6m, cao 1,65m * Máy nghiền malt: Một mẻ nấu lượng malt cần nghiền là 2775kg. Chọn máy nghiền malt ướt có công suất 4000kg/h có các thông số kỹ thuật: Vật liệu chế tạo: thép không gỉ chịu mài mòn Kích thước thiết bị: dài 1m, rộng 0,8m, cao 3,2m Kích thước trục nghiền: đường kính 250mm, dài 600mm Số đôi trục: 2 Khoảng cách giữa 2 trục: 1,25m Nước ngâm malt có nhiệt độ 65˚C, lượng nước dùng để ngâm 60l/100kg. Tổng thời gian ngâm và nghiền không quá 30 phút. Khi đó thuỷ phần của hạt tăng lên 20%. 3. Nồi hồ hoá

Tổng khối lượng dịch bột trong nồi hồ hoá là ứng với một mẻ nấu: 8,98 tấn. 28

Khối lượng riêng của hỗn hợp dịch bột là 1,07(tấn/m3) 8,98

Thể tích của hỗn hợp trong nồi hồ hoá là: 1,07 = 8,39(m3) 8,39

Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: 0,75 = 11,19(m3) * Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón, làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D.

h2

D

H

h1

Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy =

πD 2 πD 2 π H +( h1 + h13 ) = 4 8 6

πD 2 πD 2 π 0,6 D + 0,2 D + (0,2 D) 3 = 0,554D3 4 8 6

Ta có: 0,554D3 = 11,19 `(m3). Suy ra: D = 2,72m. Quy chuẩn: D = 2,7m. H = 1,62m; h1 = 0,54m; h2 = 0,405m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 2,9m. Thể tích thực của nồi là: V = 0,554D3 = 0,554.2,93 = 13,5(m3). Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8.D = 2,16m Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 2,16m, tốc độ khuấy 32v/ph. Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,7m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi hồ hoá là 4,65m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là: F = 0,7. 8,39≈ 5,8(m2) 4. Nồi đường hoá

Tổng khối lượng dịch trong nồi đường hoá ứng với một mẻ nấu là: 18,33 tấn.

29

Dịch bột có khối lượng riêng là 1,08(tấn/m3), thể tích dịch trong nồi đường hoá là: 18,33 = 16,97(m3) 1,08 16,97

3 Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: 0,75 = 22,63(m )

* Chọn thiết bị đường hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D.

h2

D

H

h1

Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy =

πD 2 πD 2 π H +( h1 + h13 ) = 4 8 6

πD 2 πD 2 π 0,6 D + 0,2 D + (0,2 D) 3 = 0,554D3 4 8 6

Ta có: 0,554D3 = 22,63m3. Suy ra: D = 3,44m. Quy chuẩn: D = 3,4m. H = 2,04m; h1 = 0,68m; h2 = 0,51m. Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 0,554.3,43 = 21,8(m3). Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài là: Dng = 3,6m. Chiều cao phần hai vỏ: H2vỏ = 0,8D = 2,72m. Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 2,72m. Tốc độ khuấy 32v/ph. Diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,7m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi đường hoá là 16,56m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là: F = 0,7. 16,97≈ 11,9(m2) 5. Thùng lọc đáy bằng

Thùng đáy bằng, thân trụ, nắp nón h2 = 0,15D. 30

h2

D

H

Khối lượng bã malt và gạo tương ứng với một mẻ nấu là: 2,56 tấn Khối lượng riêng của bã là: 0,75 tấn/m3 2,56

Thể tích bã là: 0,75 = 3,41(m3) Chọn chiều cao lớp bã là: 0,4m 3,41

Diện tích đáy lọc: 0,4 = 8,53(m2) Đường kính thùng lọc là: D =

4 × 8,53 ≈ 3,30(m) π

Quy chuẩn: D = 3,3m. Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng là: Dng = 3,5m. Nắp nón: h2 = 0,15D = 0,50m. πD 2 π × 3,3 2 = = 8,54(m 2 ) Diện tích đáy lọc thực tế: S = 4 4

Khối lượng dịch còn lại sau đường hoá: 17,56 tấn Khối lượng chất chiết có trong dịch đường sau đun hoa là: 16700 × 134,7128 = 2250(kg ) 1000

Quá trình lọc bã và đun hoa tổn thất chất chiết là 2%, khối lượng chất chiết có 2250

trong dịch đường trước lọc là: 1 − 0,02 = 2296(kg) Hàm lượng chất chiết trong dịch đường sau đường hoá là: 2296 × 100% = 13,1% 17560

Khối lượng riêng của dịch đường sau đường hoá là: 1,06 tấn/m3 31

17,56

Thể tích riêng của dịch đường sau đường hoá là: 1,06 = 16,57(m3) Chiều cao của lớp dịch lọc trong nồi: hd =

16,57 Vd = 8,54 = 1,94(m) S

Thể tích sử dụng của thùng là 70%, chiều cao thân trụ của thùng là: Ht =

hd 1,94 = 0,7 = 2,77(m) 0,7

Đáy giả cách đáy thật 2cm, chiều cao thùng phần thân trụ của thùng là: H = Ht + 0,02 = 2,77 + 0,02 = 2,79(m) Thể tích thực của nồi: V =

πD 2 π .3,32 ×H = × 2,79 = 23,85(m 3 ) . 4 4

Hệ thống cào bã quay với tốc độ 16v/ph. Lưới lọc thiết kế các khe hình nêm kích thước 0,5mm × 70mm, diện tích thoát dịch trên tổng diện tích sàn: 14%. Cửa thoát dịch hình côn với góc mở rộng. Dao cào bã được chế tạo bằng đồng thau. * Cửa xả bã được thiết kế có đường kính 30cm được đóng mở bằng động cơ điện. Bã xả ra được vít tải đẩy sang xylo chứa. 6. Nồi nấu hoa

Dịch sau nấu hoa có thể tích: 18,70m3 Quá trình đun hoa thể tích dịch giảm 4% do nước bay hơi, thể tích dịch trước đun 18,70

3 hoa: 1 − 0,04 = 19,48(m )

19,48

3 Thể tích sử dụng của nồi là 70%, thể tích của nồi cần đạt là: 0,7 = 27,83(m )

* Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D.

32

h2

D

H

h1

Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy =

πD 2 πD 2 π H +( h1 + h13 ) = 4 8 6

πD 2 πD 2 π 0,6 D + 0,2 D + (0,2 D) 3 = 0,554D3 4 8 6

Ta có: 0,554D3 = 27,83m3 Suy ra: D = 3,76m. Quy chuẩn: D = 3,8m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của nồi hoa: Dng = 4,0m. H = 2,28m; h1 = 0,76m; h2 = 0,57m. Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8D = 3,04m. Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 30,4m3. Ngoài vỏ áo hơi thiết bị còn được thiết kế thiết bị gia nhiệt trung tâm kiểu ống chùm để tăng cường quá trình đun sôi mãnh liệt dịch đường. Diện tích trao đổi nhiệt 0,7m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi hoa là 19,48m3. Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = 0,7.19,48≈ 13,6(m2) 7. Thùng chứa trung gian

Thể tích dịch trước đun hoa là 19,48m3. Thể tích sử dụng của nồi là 90%, thể tích 19,48

thùng cần đạt là: 0,9 = 21,64(m3) * Chọn thùng chứa trung gian là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D.

33

h2

D

H

h1

Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy =

πD 2 πD 2 π H +( h1 + h13 ) = 4 8 6

πD 2 πD 2 π 0,6 D + 0,2 D + (0,2 D) 3 = 0,554D3 4 8 6

Ta có: 0,554D3 = 21,64m3. Suy ra: D = 3,54m. Quy chuẩn: D = 3,6m. H = 2,16m; h1 = 0,72m; h2 = 0,54m. Vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng: Dng = 3,8m. Thể tích thực của thùng: V = 0,554D3 = 0,554.3,63 = 25,8(m3). 8. Thùng lắng xoáy

Đáy bằng hơi nghiêng 3 - 5˚, thân trụ H = 0,8D, nắp nón h2 = 0,15D.

h2

D

H

πD 2 H = 0,628D3 Thể tích thùng: V = 4

Thể tích dịch sau đun hoa: 18,70m3 18,70

Hệ số đổ đầy của thùng là 75%, thể tích thùng cần đạt là: 0,75 = 24,93(m3) Ta có: 0,628D3 = 24,93m3. Suy ra: D = 3,39m Quy chuẩn: D = 3,4m. H = 2,7m; h2 = 0,51m. 34

Thành thùng dày 5mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 3,41m Thể tích thực của thùng: V = 0,628D3 = 0,628.3,43 = 24,7(m3). 9. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí

* Chọn thiết bị lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản có năng suất 15m3/h có các thông số kỹ thuật: Số cấp: 1 Chất tải nhiệt: nước, nhiệt độ đầu vào của chất tải nhiệt: 2˚C Kích thước máy: dài 2000mm, rộng 700mm, cao 1600mm Số vỉ: 171 * Chọn thiết bị sục khí có bộ phận lọc vô trùng sử dụng than hoạt tính, thiết bị sục khí vào dịch đường, các phụ kiện kèm theo: ống lưu lượng, van một chiều, van giảm áp... 10. Thùng nước nấu

Chọn thùng chứa nước nóng và nước lạnh có thể tích như nhau, thùng thân trụ H = 1,5D, đáy bằng, nắp chỏm cầu nhô lên: h2 = 0,1D. πD 2 πD 2 H 1,5 D = 1,178D3 Thể tích thùng là: = 4 4

Một mẻ nấu bia lượng nước sử dụng là: Nước nấu cháo: 7,5 m3 Nước đường hoá: 8,1 m3 Nước rửa bã: 6,6 m3 Nước vệ sinh khoảng 8% thể tích nồi lớn nhất là nồi hoa: 0,08.27,83 = 2,2 (m3) Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia là: 7,5+8,1+6,6+2,2 = 24,4(m3) Ta lấy mỗi thùng chứa lượng nước dùng đủ cho 2 mẻ nấu, tức là chứa được: 2 × 24,4= 48,8(m3) 48,8

Thể tích chứa của thùng 85%, thể tích thùng cần đạt: 0,85 = 57,4(m3) Ta có: 1,178D3 = 57,4m3 Suy ra: D = 3,72m. Quy chuẩn: D = 3,8m. H = 5,7m; h2 = 0,38m. Thể tích thực của thùng: V = 1,178D3 = 1,178.3,83 = 64,6(m3). 35

Ở thùng nước nóng, nước được đun nóng tới nhiệt độ 85˚C bằng hơi nước bão hoà cấp qua đường ống xoắn ruột gà. Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm. Đường kính ngoài thùng: Dng = 4,0m. 11. Hệ thống cip nấu

Hệ thống CIP nấu gồm: 1 thùng NaOH 2% nóng, 1 thùng nước clo 10%, 1thùng HNO3 0,1%. Chọn thùng CIP làm bằng thép không gỉ, thân trụ H = 1,5D, đáy cầu: h1 = 0,1D, nắp cầu h2 = 0,1D. Thể tích mỗi thùng: πD 2 h1 πh13 πD 2 πD 2 πD 2 0,1D π (0,1D) 3 H +( + ) = 1,5 D + + V= = 1,218D3 4 8 6 4 8 6

Lượng CIP rửa thường bằng 5 – 8% thể tích thùng. Ta tính cho thùng nấu hoa là thùng có thể tích lớn nhất 27,83m3, thể tích sử dụng của thùng là 80% thì thể tích các thùng CIP cần đạt: 0,08.27,83 /0,8 = 2,78(m3). Ta có: 1,218D3 = 2,78(m3) Suy ra: D = 1,34(m). Quy chuẩn: D = 1,4m. H = 2,1m; h1 = 0,14m; h2 = 0,14m. Thể tích thực của mỗi thùng: V = 1,218D3 = 1,218.1,43 = 3,34(m3) Các thùng có thành dày 5mm, đường kính ngoài của các thùng: Dng = 1,41m

36

Kết luận Trong những thức uống giải khát hiện nay thì bia là sản phẩm được ưa chuộng và dùng phổ biến trên toàn thế giới, sản xuất bia đem lại lợi nhuận kinh tế cao và đây cũng chính là động lực thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất bia ngày càng phát triển. Lịch sử ngành bia ở nước ta tuy chưa lâu song với quy mô và sức phát triển hiện nay đã khẳng định công nghiệp sản xuất bia là một ngành kinh tế quan trọng có chỗ đứng vững chắc trong nền kinh tế quốc dân và còn nhiều tiềm năng để phát triển. Nhà máy sản xuất bia theo công nghệ lên men hiện đại bao gồm nhiều phân xưởng với các máy móc, trang bị hiện đại. Do đó thiết kế một nhà máy bia hoàn chỉnh với đầy đủ các bộ phận là một công việc rất phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian và phải có kiến thức tổng hợp về nhiều lĩnh vực. Điều này cũng nói lên rằng thiết kế nhà máy bia là một yêu cầu và cũng là điêu kiện cần thiết để rèn luyện kỹ năng và tiếp cận gần hơn với công nghiệp sản xuất thực phẩm và đặc biệt là ngành công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men. Trong đồ án này em có nhiệm vụ thiết kế phân xưởng nấu nhà máy bia với năng suất 25 triệu lít/năm. Sử dụng 40% nguyên liệu thay thế là gạo, dịch đường đi lên men có nồng độ chất khô 11,5˚Bx Nội dung đồ án gồm các phần chính sau: Phần I: Thuyết minh dây chuyền công nghệ Phần II: Tính cân bằng sản phẩm Phần III: Tính và chọn thiết bị Quá trình làm đồ án đã giúp em có thêm nhiều hiểu biết về công nghệ sản xuất bia theo công nghệ hiện đại, một ngành sản xuất hiện vẫn còn là tiềm năng và hứa hẹn phát triển ở nước ta. Được sự giúp đỡ tận tình của TS Quản Lê Hà đồ án của em đã hoàn thành. Do kinh nghiệm bản thân còn ít và thời gian có hạn, đồ án của em chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô để em hoàn thiện kiến thức và rút ra được nhiều kinh nghiệm hơn. Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội tháng 01 năm 2007 Sinh viên Ngô Xuân Đồng 37

Tài liệu tham khảo chính

[1] – PGS,PTS Hoàng Đình Hoà. Công nghệ sản xuất malt và bia Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, năm 2000 [2] – PGS,TS Nguyễn Đình Thưởng, TS Nguyễn Thanh Hằng. Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, năm 2000 [4] – Tập thể tác giả: Bộ môn Quá trình – Thiết bị công nghệ hoá chất và thực phẩm. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (Tập 1,2) Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1982 – 1992. [5] – PGS,TS Nguyễn Bin. Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và công nghệ thực phẩm (Tập 1) Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, năm 2000 [6] – GS,TS Nguyễn Trọng Cẩn; PGS,PTS Nguyễn Thị Hiền; PGS, PTS Đỗ Thị Giang; PGS Trần Thị Luyến. Công nghệ Enzym Nhà xuất bản Nông nghiệp, năm 1998

38