MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT BIA VÀ CÔNG NGHỆ CIP 1 1.1 Giới thiệu quy trình sản xuất bia 1 1.1.1 Lên men 2 1.1.2 Làm trong bia 2 1.2 Giới thiệu hệ thống CIP 3 1.2.1 Khái niệm 3 1.2.2 Ưu điểm 3 1.3 Hệ thống CIP trong nhà máy bia Thành Nam 3 1.3.1 Trạm trung tâm 3 1.3.2 Quy trình CIP các tank nấu trong nhà máy 3 CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 12 2.1 Module CPU S715152 PN6ES75152AM010AB0 12 2.2 Máy bơm 14 2.3 Van điện từ 15 2.4 Cảm biến mức RFLS – 35N hãng Dinel 16 2.5 Động cơ khuấy 17 2.6 ET 200SP 18 CHƯƠNG 3. SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI 19 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 25 4.1 Khai báo biến (nồi gạo) 25 4.2 Lưu đồ thuật toán để viết chương trình 27 4.3 Chương trinh lập trình PLC 34 CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ GIAO DIỆN 37 5.1 Giao diện đăng nhập 37 5.2 Giao diện vận hành 38 CHƯƠNG 6. Kết luận 42 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT BIA VÀ CÔNG NGHỆ CIP 1.1 Giới thiệu quy trình sản xuất bia Nguyên liệu để dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H2O, men, hoa hupblon. Trong đó malt và hoa hupblon là hai nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Việc sản xuất dựa trên nền tảng công nghệ tiên tiến và tuân nghiêm ngặt theo đúng các quy trình công nghệ cũng như các tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới. Ngoài ra có thể thay thế malt bằng nguyên liệu phụ như một mì, gạo ngô hay malt chưa nảy mầm. Tuy vậy cho đến nay bia trên thế giới được sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển: BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC Quy trình sản xuất bia Hình 1 1 Quy trình sản xuất bia Các bước chính trong quy trình sản xuất Trong quá trình này Malt và Gạo sau khi được nghiền sẽ hòa tan chung với nước theo một tỷ lệ phù hợp với từng loại sản phẩm và dưới tác dụng của các enzyme ở nhiệt độ nhất định sẽ được đường hóa trong nồi “nồi nấu malt”. Tương tự như vậy gạo sẽ được hồ hóa, sau đó được phối trộn lại với nhau trong nồi nấu malt để được đường hóa trước khi được bơm sang nồi lọc. Mục đích chính của giai đoạn này là hòa tan hết chất đường, minerals, cũng như một số protein quan trọng phục vụ quá trình lên men ra khỏi những thành phần không hào tan như vỏ trấu, chất xơ. Sau đó tại nồi lọc, người ta lọc hết chất lỏng ra khỏi trấu cũng như các chất xơ và mầm để lấy hết lượng đường còn bám trong vỏ trấu. Dich đường này sẽ được đun sôi và houblon hóa nhằm trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nito và hương thơm dịu của hoa. Đồng thời quá trình này cũng giúp tăng độ bền keo của dịch đường, thành phần sinh học của nó được ổn định và tăng hoạt tính sức căng bền keo của dich đường thành bọt. Sau khi quá trình đun sôi và houblon hóa kết thúc thì toàn bộ lượng oxy đã bay ra ngoài theo hơi nước và trong dich đường có rất nhiều cặn. Do đó dịch đường cần được bơm qua bồn lắng cặn theo phương pháp lắng xoáy để tách cặn trước khi qua bộ phận làm lạnh nhanh, đưa nhiệt độ xuống đến mức cần thiết phù hợp với nhiệt độ lên men. 1.1.1 Lên men Là giai đoạn quyết định để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác động của nấm men thong qua hoạt động sống của chúng. Phản ứng sinh học chính của quá trình này là tạo cồn và CO2. Ngoài ra nhà sản xuất còn thu được dịch lên men có nhiều cấu tử với tỉ lệ về khối lượng của chúng hài hòa và cân đối. Có thể chia quá trình lên men thành 2 giai đoạn: quá trình lên men chính nhằm thay đổi lớn về lượng và biến đổi sâu sắc về chất trong các cấu tử hợp thành chất hòa tan của dịch đường: quá trình lên men phụ nhằm chuyển hóa hết phần đường có khả năng lên men còn tồn tại trong bia non, đồng thời làm ổn định thành phần và tính chất cảm quan của sản phẩm. 1.1.2 Làm trong bia Đây là quá trình tách các hạt dạng keo, nấm men sót, các phức chất proteinpolyphenol, và nhiều loại hạy ly ty khác để tăng thời gian bảo quản và lưu hành sản phẩm trên thị trường tăng giá trị cảm quan về độ trong suốt của bia. 1.2 Giới thiệu hệ thống CIP 1.2.1 Khái niệm Hệ thống CIP (clean in place): là hệ thống vệ sinh, tẩy rửa, sát trùng tại chỗ mà thiết bị không cần phải tháo lắp. 1.2.2 Ưu điểm Không phải tháo lắp thiết bị Rửa vị trí khó rửa bằng rửa thông thường Cải thiện chất lượng và tuổi thọ sản phẩm Tăng công suất của nhà máy 1.3 Hệ thống CIP trong nhà máy bia Thành Nam 1.3.1 Trạm trung tâm Tank chứa chất tẩy rửa, hóa chất Tank chứa nước nóng sạch Hình 1 2 hệ thống tank nguồn 1.3.2 Quy trình CIP các tank nấu trong nhà máy 1.3.2.1 Chế độ CIP CIP nước nóng trước và sau khi nấu Sau 3 lần nấu CIP hóa chất vào trước lần nấu thứ 4 1.3.2.2 Hướng dẫn CIP a) CIP nước nóng Tiến hành đun nóng nước: cấp nước vào tank “Nước nóng”, bật bơm CIP, gia nhiệt nước tới 800C, khóa van hơi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO CUỐI KỲ Môn: DCS & SCADA Đề tài: Thiết kế hệ thống CIP cho nhà máy nấu bia Giảng viên hướng dẫn: TS Đào Quý Thịnh Hà Nội, 08/2023 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT BIA VÀ CÔNG NGHỆ CIP .1 1.1 Giới thiệu quy trình sản xuất bia 1.1.1 Lên men 1.1.2 Làm bia 1.2 Giới thiệu hệ thống CIP .3 1.2.1 Khái niệm .3 1.2.2 Ưu điểm 1.3 Hệ thống CIP nhà máy bia Thành Nam 1.3.1 Trạm trung tâm .3 1.3.2 Quy trình CIP tank nấu nhà máy CHƯƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 12 2.1 Module CPU S7-1515-2 PN-6ES7515-2AM01-0AB0 .12 2.2 Máy bơm 14 2.3 Van điện từ 15 2.4 Cảm biến mức RFLS – 35N hãng Dinel 16 2.5 Động khuấy 17 2.6 ET 200SP .18 CHƯƠNG SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI .19 CHƯƠNG THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .25 4.1 Khai báo biến (nồi gạo) 25 4.2 Lưu đồ thuật tốn để viết chương trình .27 4.3 Chương trinh lập trình PLC .34 CHƯƠNG THIẾT KẾ GIAO DIỆN 37 5.1 Giao diện đăng nhập 37 5.2 Giao diện vận hành .38 CHƯƠNG Kết luận .42 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT BIA VÀ CÔNG NGHỆ CIP 1.1 Giới thiệu quy trình sản xuất bia Nguyên liệu để dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H2O, men, hoa hupblon Trong malt hoa hupblon hai nguyên liệu dùng để sản xuất bia Việc sản xuất dựa tảng công nghệ tiên tiến tuân nghiêm ngặt theo quy trình công nghệ tiêu chuẩn Việt Nam giới Ngồi thay malt ngun liệu phụ mì, gạo ngơ hay malt chưa nảy mầm Tuy bia giới sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển: BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC Quy trình sản xuất bia Hình 1-1 Quy trình sản xuất bia Các bước quy trình sản xuất Trong trình Malt Gạo sau nghiền hòa tan chung với nước theo tỷ lệ phù hợp với loại sản phẩm tác dụng enzyme nhiệt độ định đường hóa nồi “nồi nấu malt” Tương tự gạo hồ hóa, sau phối trộn lại với nồi nấu malt để đường hóa trước bơm sang nồi lọc Mục đích giai đoạn hòa tan hết chất đường, minerals, số protein quan trọng phục vụ trình lên men khỏi thành phần không hào tan vỏ trấu, chất xơ Sau nồi lọc, người ta lọc hết chất lỏng khỏi trấu chất xơ mầm để lấy hết lượng đường bám vỏ trấu Dich đường đun sơi houblon hóa nhằm trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, hợp chất chứa nito hương thơm dịu hoa Đồng thời trình giúp tăng độ bền keo dịch đường, thành phần sinh học ổn định tăng hoạt tính sức căng bền keo dich đường thành bọt Sau q trình đun sơi houblon hóa kết thúc tồn lượng oxy bay ngồi theo nước dich đường có nhiều cặn Do dịch đường cần bơm qua bồn lắng cặn theo phương pháp lắng xoáy để tách cặn trước qua phận làm lạnh nhanh, đưa nhiệt độ xuống đến mức cần thiết phù hợp với nhiệt độ lên men 1.1.1 Lên men Là giai đoạn định để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia tác động nấm men thong qua hoạt động sống chúng Phản ứng sinh học trình tạo cồn CO2 Ngồi nhà sản xuất cịn thu dịch lên men có nhiều cấu tử với tỉ lệ khối lượng chúng hài hịa cân đối Có thể chia q trình lên men thành giai đoạn: trình lên men nhằm thay đổi lớn lượng biến đổi sâu sắc chất cấu tử hợp thành chất hịa tan dịch đường: q trình lên men phụ nhằm chuyển hóa hết phần đường có khả lên men tồn bia non, đồng thời làm ổn định thành phần tính chất cảm quan sản phẩm 1.1.2 Làm bia Đây trình tách hạt dạng keo, nấm men sót, phức chất proteinpolyphenol, nhiều loại hạy ly ty khác để tăng thời gian bảo quản lưu hành sản phẩm thị trường tăng giá trị cảm quan độ suốt bia 1.2 Giới thiệu hệ thống CIP 1.2.1 Khái niệm Hệ thống CIP (clean in place): hệ thống vệ sinh, tẩy rửa, sát trùng chỗ mà thiết bị không cần phải tháo lắp 1.2.2 Ưu điểm - Không phải tháo lắp thiết bị Rửa vị trí khó rửa rửa thơng thường Cải thiện chất lượng tuổi thọ sản phẩm Tăng công suất nhà máy 1.3 Hệ thống CIP nhà máy bia Thành Nam 1.3.1 Trạm trung tâm - Tank chứa chất tẩy rửa, hóa chất - Tank chứa nước nóng Hình 1-2 hệ thống tank nguồn 1.3.2 Quy trình CIP tank nấu nhà máy 1.3.2.1 Chế độ CIP CIP nước nóng trước sau nấu Sau lần nấu CIP hóa chất vào trước lần nấu thứ 1.3.2.2 Hướng dẫn CIP a) CIP nước nóng Tiến hành đun nóng nước: cấp nước vào tank “Nước nóng”, bật bơm CIP, gia nhiệt nước tới 800C, khóa van Hình 1-3 Colector CIP - CIP nồi gạo, Malt Lắp đường CIP nồi Gạo (Malt) Mở van đáy nồi Gạo (Malt), lắp ống mềm vào đường xả đáy Bật bơm CIP, chuyển van cấp nước nóng vào đường CIP Cấp nước nóng CIP phút, tắt bơm CIP để nước nồi hết lại cấp tiếp Lặp lại lần Kết thúc CIP : đóng van đáy, xả van đáy nồi Gạo ( Malt) CIP nồi lọc CIP đường lọc Mở van 10.1 Mở van đáy nồi lọc Lắp đường CIP “Lọc” Lắp ống mềm vào van xả đáy nồi Lọc Bật bơm CIP cấp nước nóng vào nồi Lọc Cấp nước nóng CIP phút, mở van CIP vào bình cân áp lần, mớ van tay gần với van 10.1 lần, tắt bơm CIP để nước nóng nồi hết lại cấp tiếp Lặp lại lần CIP đường rửa bã Lắp đường CIP “Rửa bã” Mở van “Sục màng”, bật bơm CIP cấp nước nóng vào đường “Sục màng” phút, tắt bơm CIP, để nước nồi lọc chảy hết lại cấp tiếp Lặp lại lần, sau đóng van “Sục màng” lại, mở van “Tưới bã” Bật cánh khuấy nồi Lọc, bật bơm CIP cấp nước nóng vào đường “Tưới bã” phút, tắt bơm CIP, để nước nóng nồi lọc chảy hết lại cấp tiếp Lặp lại lần Kết thúc CIP : tắt bơm CIP, đóng van đáy, van xả đáy nồi Lọc CIP nồi hoa Lắp đường CIP nồi Hoa Mở van đáy nồi Hoa Lắp ống mềm vào Bật bơm CIP cấp nước nóng CIP nồi hoa, đóng mở van CIP đường “Bộ gia nhiệt” đường “Quả cầu CIP” cách phút, thực phút tắt bơm CIP để nước nồi Hoa hết bật lại bơm CIP Lặp lại lần Đóng van đáy, van xả đáy, van tuần hồn nồi Hoa; cấp khoảng 50l nước nóng vào nồi mở van tuần hoàn, bật bơm để tuần hồn nước nóng nồi Hoa phút Sau mở van bơm nước sang nồi lắng xốy Thực lần Kết thúc CIP nồi Hoa : tắt bơm CIP, đóng van đáy, van xả đáy, van CIP (2 đường) nồi Hoa CIP nồi lắng Lắp đường CIP nồi Lắng Nối ống mềm vào van xả đáy nồi Lắng Đóng van vào máy Lạnh nhanh Bật bơm CIP cấp nước nóng vào nồi Lắng Đóng mở van “Phá bã” van CIP, cách phút, thực hiên phút Sau tắt bơm CIP, xả nóng nồi bật lại bơm CIP Lặp lại lần CIP máy lạnh nhanh đường truyền dịch vào tank lên men Lắp ống mềm vào đường “Dịch” khu tank lên men, đầu ống thả xuống cống Đóng đường CIP vào nồi Lắng, mở đường CIP vào máy Lạnh nhanh Bật bơm CIP cấp nước nóng vào máy Lạnh nhanh Theo dõi nước nóng khỏi đường ống dịch, hết mùi kết thúc CIP Kết thúc CIP : tắt bơm CIP, đóng van CIP máy Lạnh nhanh b) CIP hóa chất CIP xút Mở van đáy tank “Xút nóng”, mở đường hồi vào (chú ý đóng đường hồi vào tank khác đường nước xả cống lại), mở đường tuần hoàn qua gia nhiệt, bật bơm CIP, mở van gia nhiệt Xút lên 750C Nhiệt độ đạt đóng van lại, Tắt bơm CIP CIP xút nồi gạo ( Malt ) Lắp đường CIP nồi Gạo (Malt) Mở van đáy nồi Gạo (Malt) Lắp đầu ống mềm vào đường xả đáy, đầu vào đường hút bơm CIP hồi Bật bơm CIP, chuyển van cấp Xút nóng vào đường CIP Cấp khoảng 200 lít mở van hồi (mở răng) bật CIP hồi, chạy tuần hoàn Xút nồi Gạo (Malt) phút Sau hồi hết Xút tank, tắt bơm, đóng van lại để tiến hành tráng nước Mở van xả cống, mở van cấp nước nóng tráng tất đoạn ống có Xút Sau cấp nước nóng tráng nồi Gạo (Malt), nước thải hút bơm CIP hồi xả cống Khi nước thải không làm đổi màu quỳ tím kết thúc tráng nước CIP xút nồi lọc CIP đường lọc Mở van 10.1 Mở van đáy nồi lọc Lắp đường CIP “Lọc” Lắp đầu ống mềm vào van xả đáy nồi Lọc, đầu lắp vào đường hút bơm CIP hồi Bật bơm CIP cấp Xút nóng vào nồi Lọc Cấp khoảng 200 lít xút nóng bật bơm CIP hồi Mở van CIP vào bình cân áp lần, mớ van tay gần với van “10.1” lần Thực 10 phút hồi hết xút tank Xút CIP đường rửa bã Lắp đường CIP “Rửa bã” Mở van “Sục màng”, bật bơm CIP cấp xút nóng vào đường “Sục màng”, khoảng 200 lít mở van hồi, bật bơm CIP hồi để tuần hồn Đóng mở van “Sục màng” “Tưới bã”, tuần hoàn 20 phút Tắt bơm CIP cấp, khóa van cấp vào nồi Lọc, hồi hết xút tank Xút Sau hồi hết xút về, tắt bơm hồi, đóng van đáy van hồi xút, mở van xả cống để tráng nước Tráng nước nóng đường “Sục màng” , “Tưới bã” “Lọc” nước xả cống khơng làm đổi màu quỳ tím kết thúc CIP nồi Lọc CIP xút nồi hoa Lắp đường CIP nồi Hoa Mở van đáy nồi Hoa Lắp đầu ống mềm vào van xả đáy nồi Hoa, đầu lắp vào đường hút bơm CIP hồi Bật bơm CIP cấp Xút nóng CIP nồi hoa khoảng 200 lít bật bơm hồi để tuần hồn xút, đóng mở van CIP đường “Bộ gia nhiệt” đường “Quả cầu CIP” cách phút, thực 10 phút tắt bơm CIP để xút nồi Hoa hết bật lại bơm CIP Lặp lại lần Đóng van đáy, van xả đáy, van tuần hoàn nồi Hoa; cấp khoảng 100l Xút nóng vào nồi mở van tuần hồn, bật bơm để tuần hồn Xút nóng