BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHẬP MÔN NGHÀNH ĐIỆNĐề tài Phân tích vai trò của Điều khiển và Tự động hóa trong lĩnh vực sản xuất bia

lOMoARcPSD|9242611 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN -    - BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHẬP MÔN NGHÀNH ĐIỆN Đề tài: Phân tích vai trị Điều khiển Tự động hóa lĩnh vực sản xuất bia Họ tên : Nguyễn Mạnh Quân Mã số sinh viên : 20212935 Lớp : KT ĐK&TĐH 02/K66 Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN DUY ĐỊNH Hà Nội, năm 2021 lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG I.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA I.1 Nguyên liệu sản xuất bia I.1.1.Nước I.1.2.Malt đại mạch I.1.2.Hoa Houblon I.1.2 Nấm men I.1.2 Các nguyên liệu phụ khác I.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất bia I.2.1.Xay, nghiền I.2.2 Nấu malt I.2.3.Lọc dịch hèm I.2.4 Gia nhiệt I.2.5.Nồi tách cặn I.2.6 Giải nhiệt nhanh I.2.7 Tnak lên men I.2.8 Tank ủ bia I.2.9 Làm lạnh sâu I.2.10 Lọc bia I.2.11 Tank bia I.2.12 Chiết bia g n ợ l t ấ h c v t ấ ấ u u x Ể I N H … K … Ề U … I … N Ạ Đ … … Đ O … A I G B Ô C , Ị N T Ấ U X B N Ế I H T , T Ả S Ệ H G H N Ì N G R N T Ơ C Á U G N Q a i b O Ố R S t T T ó A Ộ r , Ó M t ế H i s t n ả s í c I I ự G h c n g N I l h p Ộ y ă i n G M Đ N â N h h C N Ự Ơ I I Ư H T I I V À I C I CHƯƠNG II.VAI TRÒ CỦA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 88 lOMoARcPSD|9242611 III.1.1.Nguyên lý hoạt động ứng dụng III.1.2 Ưu điểm 10 III.2 Máy thu hồi CO2 10 III.2.1 Nguyên lý làm việc 10 III.2.2.Hệ thống điều khiển 11 CHƯƠNG IV MỘT SỐ ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH CẢ NHÂN VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI …………………………………………………………………12 CHƯƠNG V KẾT LUẬN…………………………………………………………………………………….13 lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA I.1 Nguyên liệu sản xuất bia I.1.1 Nước Nước thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất, thông thường từ 90-95% khối lượng bia Nước việc tham gia vào thành phần bia cịn tham gia vào tồn quy trình cơng nghệ q trình sản xuất Nước dung mơi hịa tan hợp chất hóa học (như tinh bột, đường, protein, chất béo, …) hạt malt, hợp chất đắng, thơm hoa bia Các enzym tham gia vào trình thủy phân hợp chất cao phân tử thành hợp chất đơn giản cho nấm men sử dụng Sau đó, nấm men tiếp tục sống phát triển mơi trường nước Bên cạnh đó, q trình cơng nghệ khác nhà máy bia sử dụng nước thành phần như: nước bão hòa để truyền nhiệt từ lò đến thiết bị sử dụng nhiệt, hỗn hợp nước-Glycol dùng để dẫn lạnh, nước dùng hệ thống trùng,… Như vậy, nước có vai trị quan trọng cho sản xuất bia Tính chất nước tác động đến hương vị bia Các loại bia khác yêu cầu nguồn nước đầu vào khác I.1.2 Malt đại mạch Bia phải sản xuất từ malt đại mạch Malt nguồn cung cấp hợp chất đường, protein, chất béo, loại vitamin,… cho trình sản xuất bia Tại công đoạn nấu, tinh bột malt bị thủy phân hệ enzyme amylase thành đường lên men Sau đó, nấm men sử dụng đường để tạo thành CO2 cồn bia Có nhiều loại malt khác dùng sản xuất bia malt vàng, malt nâu, malt đen, malt chocolate,… Nhà sản xuất bia phối trộn nhiều loại malt khác để sản xuất loại bia mong muốn I.1.2 Hoa Houblon Hoa houblon nguyên liệu sau malt Hoa Houblon làm bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khả tạo giữ bọt làm tăng độ bền keo ổn định thành phần sinh học sản phẩm Trong công nghệ sản xuất bia sử dụng hoa chưa thụ phấn Việc sử dụng hoa bia bắt đầu Châu Âu thời trung cổ Vào khoảng kỹ thứ sau công nguyên, thầy tu vùng Hallertau thuộc Bavarian sử dụng hoa bia nhằm tạo vị đắng kéo dài thời gian lưu trữ bia mà không bị chua Ngày nay, kỹ thuật trình độ khoa học kỹ thuật phát triển, bia trùng phương pháp Pasteur nên khả kháng khuẩn hoa bia không ý nghĩa Mà nhà sản xuất bia chủ yếu nhằm vào mục đích tạo hương vị đặc trưng ổn định độ bền bọt I.1.2 Nấm men lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học Nấm men có vai trị chuyển hóa hợp chất lên men dịch nha sau nấu thành cồn khí CO2 Trong trình lên men, nấm men sản xuất hợp chất tạo mùi, vị thơm cho bia Các chủng men khác cho hương vị bia đặc trưng Các hãng bia khác sở hữu chủng nấm men đặc trưng hãng bảo vệ nghiêm ngặt I.1.2 Các loại phụ gia Các loại phụ gia sử dụng bia với mục đích khác nhau, : điều chỉnh độ kiềm nước( HCl, Al2(SO4)3.16H2O, CaSO4, ), ngăn q trình oxy hóa số thành phần bia ( H2O2) , tạo màu cho bia( caramem),…… I.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất bia Ảnh 1.1 Quy trình sản xuất bia I.2.1.Xay nghiền: Nghiền nhỏ hạt malt (hoặc hạt gạo) đến kích thước yêu cầu để thành phần nguyên liệu hịa tan vào nước giải phóng enzym để xúc tác q trình thủy phân sau Ảnh 1.2 Hạt malt nghiền nhỏ máy nghiền malt I.2.2 Nấu malt: lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học Thủy phân hợp chất cao phân tử tinh bột, protein thành hợp chất lên men đường malto, gluco, axit amin,… Kết thúc trình nấu nồi malt thu dịch nên quy trình gọi q trình đường hóa I.2.3 Lọc dịch hèm Là trình tách võ trấu hạt malt khỏi dịch đường I.2.4 Đun sôi Dịch đường đun sôi với hoa bia để tạo vị đắng đặc trưng, đồng thời trình đun sôi làm bay kết tủa hợp chất không mong muốn tiệt trùng dịch nha I.2.5Nồi tách cặn Loại bỏ thành phần cánh hoa bia, kết tủa hình thành trình đun sôi I.2.6Giải nhiệt nhanh Dịch nha sau đun sôi (100oC) đưa nhiệt độ thích hợp cho nấm men hoạt động 10 – 15oC Nhiệt độ tùy thuộc vào chủng loại nấm men loại bia I.2.7Tank lên men Dịch nha lạnh với nấm men đưa vào tank lên men để tiến hành trình lên men Nấm men sử dụng đường hình thành giai đoạn nấu để tạo thành Cồn khí CO2 Các hợp chất tạo mùi thơm cho bia nấm men tạo thành giai đoạn Hình 1.3 Hệ thống tank lên men bia Kết thúc trình lên men, nấm men thu hồi khỏi tank lên men để tái sử dụng cho lần lên men Dịch bia sau lên men chuyển sang tank ủ bia để bắt đầu trình lên men phụ I.2.8Tank ủ bia Là trình chuyển hóa loại bỏ hợp chất khơng mong muốn hình thành trình lên men diacetyl Quá trình ủ bia kết thúc hàm lượng chất giảm đến mức mong muốn đạt thời gian theo yêu cầu loại bia lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học I.2.9Làm lạnh sâu Bia trước qua trình lọc làm lạnh sâu xuống nhiệt độ -1à-2oC để hình thành cặn lạnh Các cặn lạnh loại bỏ trình lọc sau I.2.10Lọc bia Nấm men, cặn lạnh, … loại bỏ để làm cho bia trở nên suốt I.2.11Tank bia Bia sau lọc chứa tank bia để chờ trình chiết, đóng gói Nhiệt độ bia lúc tăng lên đến 1oC nhằm bão hịa CO2 có bia I.2.12Chiết bia Là trình bia chiết vào dạng bao bì khác để đánh ứng nhu cầu sử dụng khách hàng dạng chai, lon, can, thùng,… lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học CHƯƠNG II Vai trị điều khiển tự động hóa công nghệ sản xuát bia Trong sản xuất công nghiệp đồ uống nói chung cơng nghiệp sản xuất bia nói chung, điêù khiển tự động hóa đóng vai trò quan trọng, giải nhiều vấn đề liên quan đến suất, thiếu hụt nhân cơng, vệ sinh xử lí rác thải cơng nghiệp,… II.1 Năng suất chất lượng Trước hết, với việc sử dụng hệ thống tự động hóa dây truyền sản xuất bia, doanh nghiệp , nhà máy sản xuất tối ưu hóa q trình vận hành sản xuất, qua nâng cao suất lẫn chất lượng sản phẩm Sử dụng phần mềm quản lý tiên tiến, sản xuất khép kín, tự động hóa 100% từ công đoạn nấu, lọc, làm lạnh, ủ lên men đến chiết, rót, đóng chai… Với dây chuyền sản xuất tự động chất lượng đảm bảo, sai sót q trình quản lý ghi nhận xử lý kịp thời Việc áp dụng công nghệ đại giúp cho suất sản xuất tăng cao, mà cịn kiểm sốt chặt chẽ khâu sản xuất nhờ hệ thống quản lý phần mềm IT II.2 Chi phí sản xuất Với dây chuyền sản xuất tự động, thông số lượng nước, mg hoa bia, nhiệt độ , điện tiêu thụ,… kiểm soát chặt chẽ theo quy chuẩn nhờ hệ thống quản lí dây chuyền, từ tránh việc sử dụng thừa, thiếu nguyên liệu, điện năng,… gây lãng phí khơng cần thiết Ngồi nhờ vào hệ thống quản lí giúp phát lỗi sai nhanh để kịp thời sửa chữa mà tránh tình trạng ngưng trệ sản xuất II.3 Nhân lực Tự động hóa 100% công đoạn sản xuất bia giải vấn đề nhân lực với trình độ định Sử dụng dây chuyền khép kín so với phương pháp thủ công đảm bảo suất mà người yêu cầu tiết giảm tối đa nguồn nhân lực Chỉ cần từ vài chục đến vài trăm nhân lực lao động cơng nghệ cao vận hành nhà máy sản xuất với công suất từ vài chục đến vài trăm triệu lít bia năm Hơn dùng công nghệ sản xuất ia hạn chế vài thủ tục vấn đề An toàn Vệ sinh thực phẩm dành cho nhân công huyết áp, vấn đề da, loại bệnh truyền nhiễm,… lOMoARcPSD|9242611 Đồ án mơn học CHƯƠNG III MỘT SỐ Q TRÌNH, THIẾT BỊ, CƠNG ĐOẠN ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA TRONG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA III.1 Máy chiết rót bia Hình 1.4 Máy chiết rót bia dạng chai III.1.1 Nguyên lý hoạt động ứng dụng *Máy chiết rót bia thuộc dịng máy chiết rót đóng chai Thiết bị áp dụng với dung dịch lỏng sệt, sử dụng công nghệ đại q trình chiết Do đảm bảo xác tuyệt đối hoạt động với tốc độ cao Công nghệ chiết tránh tạo bọt đảm bảo chất lượng sản phẩm cao sau chiết Máy thường kết hợp với số loại máy khác để hồn tất dây chuyền chiết rót bia Máy chiết rót bia sử dụng nguyên lý chiết rót đẳng áp Phương pháp thường sử dụng để chiết rót dung dịch có gas Theo cách chiết rót này, người ta nạp khí CO2 vào chai cho áp suất chai áp suất bình chứa Tiếp theo, họ lợi dụng độ cao để sản phẩm chảy vào chai Máy chiết rót bia sử dụng để chiết rót bia, bia tươi Ngồi cịn chiết rót nước giải khát, nước có gas, dung dịch có gas,… Trong ngành cơng nghiệp thực phẩm, máy chiết rót thường áp dụng cho trường hợp đòi hỏi suất cao yêu cầu nghiêm ngặt vệ sinh thực phẩm Tùy theo tính chất chất lỏng, máy chiết rót khác phận làm việc chính, cấu rót *Ưu điểm bạn sở hữu máy chiết rót bia Máy chiết rót bia thiết kế để chiết rót định lượng bia vào chai tự động, tiết kiệm nhiên liệu thích hợp với sở sản xuất bia đóng chai Máy đưa với cơng đoạn tự động tráng lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học rửa, chiết rót đóng nắp Ngồi mở rộng thêm công đoạn tự động khác để tạo nên quy trình sản xuất bia tự động hồn tồn Máy chiết bia ứng dụng công nghệ chiết bia đại Hoa Kỳ với độ xác tuyệt đối Công suất cao phù hợp với nhiều yêu cầu khách hàng Máy thiết kế để vận hành liên tục, tự động không cần nhân công nên suất cao nhiều so với dòng máy chiết rót thơng thường khác Ứng dụng cơng nghệ đại Hoa Kỳ nên máy chiết rót bia với độ xác tuyệt đối, tiết kiệm bia, khơng gây trào bọt, giữ nguyên hương vị bia thời gian dài Dây chuyền chiết rót bia tự động có lợi ích nhiều so với việc đóng chai tay sử dụng nhiều thiết bị khác trước đây, giúp doanh nghiệp đạt suất cao định lượng xác, vừa tiết kiệm số lượng nhân cơng vừa tiết kiệm thời gian chi phí III.1.2 Ưu điểm *Tốc độ chiết rót bia: đồng hồ, máy chiết rót lên đến 2000 chai Tùy loại máy ta có cơng suất khác *Độ xác cao: máy hoạt động hồn tồn tự động, khơng có can thiệp người nhiều Vì tránh rủi ro tới từ người Hàng hóa sản xuất có lỗi, chất lượng sản phẩm đồng *Đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm: vấn đề cần lưu ý chung sản phẩm dung dịch đóng chai khó giữ vệ sinh khu vực chiết rót hàng hóa Khi sử dụng máy chiết rót bia hồn tồn tự động, bia định lượng mức, không thừa, không thiếu nhiều Chất lỏng không bị chảy sàn hay bề mặt khu vực đặt máy Từ giúp xưởng sản xuất trở nên hơn, đạt chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm *Vận hành đơn giản, dễ dàng sử dụng: với chế vận hành đơn giản mà tối ưu cơng sử dụng, máy chiết rót bia giúp quy trình sản xuất trở nên nhanh chóng Các thao tác vận hành cần tuân theo hướng dẫn nhân viên kỹ thuật sở, nhà cung cấp uy tín III.2 Máy thu hồi CO2 Hình 1.5 Hệ thống thu hồi CO2 III.2.1Nguyên lý làm việc: Khí CO2 thu từ q trình lên men chứa balloon khí Khi khí CO2 đầy đóng tiếp điểm khởi động máy Khí CO2 đưa qua tháp rửa sau vào cửa hút máy nén Khí CO2 sau 10 lOMoARcPSD|9242611 Đồ án mơn học nén đưa sang tháp hấp thụ lọc than hoạt tính chuyển sang tháp làm khơ Khí CO2 khơ chuyển sang thiết bị ngưng tụ làm lạnh máy nén lạnh Khí CO2 áp suất cao làm lạnh ngưng tụ thành CO2 dạng lỏng, CO2 chứa tank Khi cần sử dụng CO2 lỏng đưa qua dàn tạo thành khí chứa bồn chứa CO2 có dung tích 2m3 III.2.2 Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển máy thu hồi CO2 lắp tủ điều khiển nhà máy lạnh Hệ thống gồm PLC S7 – 200 modul mở rộng, biến tần VTL5000 Danfosss để diều khiển động máy nén lạnh, aptomat, rơ le trung gian, rơ le nhiệt công tắc tơ đóng cắt Ngồi mặt ngồi tủ điều khiển cịn có hình cảm ứng để theo dõi điều khiển 11 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học CHƯƠNG IV MỘT SỐ ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH CÁ NHÂN VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI Nghành công nghiệp sản xuất bia nghành nghề có mặt từ lâu tiếp tục phát triển nhu cầu ngày tăng người dân Do ảnh hưởng đại dịch Covid mà nghành công nghiệp trải qua thời kì mà mức độ tăng trưởng bị chững lại năm 2020 2021 Tuy nhiên, phát triển không ngừng nghỉ khoa học công nghệ, hệ thống điều khiển , phầm mềm quản lí, thiết bị 100% tự động , ngày tân tiến , đại đề giải toán cung- cầu đòi hỏi chất lượng trải nghiệm sản phẩm người tiêu dùng, trước mắt ,trong tương lai gần, nghành công nghiệp sản xuất bia hồi phục trạng thái trước đại dịch thời gian ngắn phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc qua năm Nếu khả xảy kéo theo việc doanh nghiệp phải mở rộng quy mô sản xuất để đáp ứng nhu cầu Và trang thiết bị, công đoạn sản xuất thủ công bị thay hệ thống điều khiển tự động, thiết bị máy móc với độ xác cao đội ngũ nhân lực nhà máy tinh gọn Trong tương lai, xuất nhà máy sản xuất bia có nhân cơng với trình độ kĩ thuật cao để quản lí bảo trì hệ thống hoạt động trang thiết bị máy móc,… Việt Nam khơng nằm ngồi xu hướng Ngồi tác động đại dịch Covid, sách thắt chặt nhà nước vấn đề bia rượu, ví dụ như: lộ trình tăng thuế tiêu thụ đặc biệt, hay tăng mức xử phạt người tham gia giao thơng sử dụng đồ uống có cồn,… cản trở lớn đến phát triển nghành công nghiệp sản xuất bia rượu Tuy vậy, với điều kiện khoa học kĩ thuật tơi nói trên, xuất phân khúc thị trường tiềm năng, đơn cử sản phẩm bia khơng cồn, nghành sản xuất bia rượu Việt Nam có hội cao để phục hồi phát triển sau đại dịch Nhu cầu nhân lực trình độ cao tương lai lớn để doanh nghiệp mở rộng quy mô sản xuất 12 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Đồ án môn học KẾT LUẬN Bài báo cáo thể tổng quan công nghệ sản xuất bia đại vai trò Điều khiển Tự động hóa lĩnh vực sản xuất bia Nhờ có giảng dạy hướng dẫn tiến sĩ Nguyễn Duy Định, em có kiến thức ban đầu nghành Điều khiển Tự động hóa, kết hợp với thơng tin thân tự tìm kiếm từ nguồn khác để hồn thành cáo cáo trên, đồng thời khơi gợi đam mê thân với nghành học Tuy nhiên, kiến thức em hạn chế, dẫn đến lượng thông tin báo cáo chưa đầy đủ, thơng số có sai sót Đặc biệt, phần đánh giá , phân tích cá nhân xu hướng phát triển đa phần ý kiến chủ quan, khơng dựa q nhiều vào tình hình thực tế ý kiến khách quan khác, dẫn đến tính thực tiễn chưa cao Xin cảm ơn tiến sĩ Nguyễn Duy Định hướng dẫn tận tình thời gian qua Em mong nhận ý kiến đánh giá thầy để tiếp tục hoàn thiện, bổ sung kiến thức 13 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) ... làm cho bia trở nên suốt I.2.11Tank bia Bia sau lọc chứa tank bia để chờ q trình chiết, đóng gói Nhiệt độ bia lúc tăng lên đến 1oC nhằm bão hòa CO2 có bia I.2.12Chiết bia Là q trình bia chiết... mơn học CHƯƠNG II Vai trị điều khiển tự động hóa cơng nghệ sản xt bia Trong sản xuất cơng nghiệp đồ uống nói chung cơng nghiệp sản xuất bia nói chung, điêù khiển tự động hóa đóng vai trị quan trọng,... ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA TRONG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA III.1 Máy chiết rót bia Hình 1.4 Máy chiết rót bia dạng chai III.1.1 Nguyên lý hoạt động ứng dụng *Máy chiết rót bia thuộc dịng máy chiết