Tình hình phát triển nghành bia trên thế giới và ở Việt Nam
Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới ngày càng nhiều cùng với nhu cầu và điều kiện đời sống vật chất của mọi người ở khắp nơi trên Thế giới ngày càng tăng.Theo thống kê, các nước Đức, Mỹ có sản lượng bia lớn hơn 10 tỷ lít/năm Mỹ là một nước phát triển, qui mô sản xuất lớn 5 công ty đã chiếm 60% tổng sản lượng bia sản xuất ra ở Canada hai công ty chiếm 94% tổng sản lượng bia sản xuất ra Các nước Đức, Đan Mạch, Tiệp tiêu thụ nhiều hơn 100 lít/người/năm.
Châu Âu, hầu hết các nước đều sản xuất và tiêu thụ bia với lượng lớn thì ở Châu Phi chỉ một số nước là sản xuất và tiêu thụ nhiều bia Người ta đã thống kê được các nước có sản lượng bia cao nhất ở tất cả các châu lục là: Mỹ, Trung Quốc, Đức, Brazin, Nhật, Anh, Mexico, Tây Ba Nha, Nam Phi 10 nước có mức tiêu thụ bia cao nhất là: Tiệp, Đức, Italia, Úc, Bỉ, Niudilan, Áo, Đan Mạch, Hungari, Anh.
Châu Á có các nước phát triển như: Nhật, Trung Quốc và các nước đang phát triển như: Lào, Campuchia, Việt Nam điều có sản lượng sản xuất và tiêu thụ bia ngày càng tăng lên nhưng mức độ tăng trưởng là khác nhau ở các nước khác nhau.Thái Lan 26,5%, Philippin 22%, Malaixia 21%, Trung Quốc 20%.
Sản lượng bia ở Trung Quốc, Nhật gần bằng với sản lượng bia ở Đức, Mỹ 8-12 tỷ lít/ năm.Nhật có 4 công ty lớn chiếm 40% sản lượng sản xuất ra Trung Quốc có 800 nhà máy có sản lượng lớn hơn 150 triệu lít/năm (chiếm 25% tổng sản lượng sản xuất ra).Mức tiêu thụ ở Nhật 50 triệu lít/người/năm.Mức tiêu thụ ở Singapo 18 - 20 lít/người/năm.
Việt Nam là một nước Đông Nam Á, vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, bia là thứ đồ uống có độ cồn nhẹ, có giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan cao có tác dụng giải khát nên bia rất được ưa chuộng ở Việt Nam.
Mức tiêu thụ của người Việt Nam năm 2000 là 10lít/người, tổng sản lượng
1000 triệu lít Năm 2005 tiêu thụ 16 triệu lít/người/năm.Năm 2010 mức tiêu thụ bia của việt nam đạt trên 1,5 tỷ lít, riêng tổng công ty Cổ phần Bia-Rượu-Nước giải khát Sài Gòn đã tiêu thụ tới 1tỷ lít/năm
- Xây dựng nghành bia thành một nghành kinh tế mạnh Sử dụng tối đa nguồn nguyên liệu trong nước để sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, đa dạng hoá về chủng loại, cải tiến bao bì mẫu mã, phấn đấu hạ giá thành, nâng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu trong nước và có sản phẩm xuất khẩu, tăng nguồn thu ngân sách, hội nhập vững chắc kinh tế khu vực và thế giới.
- Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia sản xuất, bia đạt chất lượng cao từ nguyên liệu trong nước và nhập khẩu.
Lập luận kinh tế kỹ thuật
1.Chọn địa điểm xây dựng nhà máy.
Các nguyên tắc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy:
+ Gần vùng nguyên liệu và nhiên liệu.
+ Thuận lợi về giao thông thuỷ, bộ để vận chuyển nguyên liệu, vật liệu và sản phẩm.
+ Gần nguồn cung cấp nước, có hệ thống thoát nước hợp lý để không ảnh hưởng đến môi trường, đến sức khỏe của người dân trong vùng.
+ Địa hình bằng phẳng, điạ chất ổn định, không có chấn động.
+ Đủ diện tích bố trí thiết bị và khu vực trong nhà máy, sản xuất, giao thông nội bộ thuận tiện, có đất dự trữ cho mở rộng sản xuất. a.Điều kiện tự nhiên.
Huyện Thọ Xuân có diện tích rộng 30010,14 ha , phía Đông giáp với huyệnThiệu Hoá, phía Đông nam giáp với huyện Triệu Sơn, phía Tây giáp với huyệnThường Xuân, phía Tây bắc giáp với huyện Ngọc Lặc, phía Đông Bắc giáp với huyện Yên Định Với thống kê dân số năm 2009 là 233.752 người Đặc biệt Thanh Hóa có biên giới giáp Lào, đây là thị trường đầy hứa hẹn trong tương lại
Tại địa bàn huyện, có khu công nghiệp Lam Sơn là một trong những khu công nghiệp trọng điểm của tỉnh Với diện tích quy hoạch lớn hơn 1000ha, địa hình tương đối cao do vậy mà ít bị ảnh hưởng bởi lũ lụt là một trong những lo ngại của Thanh Hoá,Khu công nghiệp này cách thành phố Thanh Hoá 40km, nằm cạnh đường Hồ Chí Minh, đây là con đường huyết mạch luôn đảm bảo giao thông thông suốt của cả nước Ngoài ra qua địa bàn huyện còn có quốc lộ 15 và đường 47 Cảng biển nước sâu Nghi Sơn có khả năng tiếp nhận tàu trên 5 vạn tấn thuận lợi cho vận tải biển trong nước và quốc tế, ngoài các tuyến đường bộ thì huyện còn gần sân bay Sao Vàng đây cũng là một điều kiện rất thuận lợi trong tương lai Một lợi thế nữa là tại đây khuyến khích đầu tư các ngành là: thực phẩm, mía đường, hoá chất do vậy mà một loại các chính sách ưu đãi đầu tư của huyện nhằm tạo ra sư thông thoáng cần thiết cũng đã được ban hành.
Khí hậu nhiệt đới gió mùa thích hợp cho trồng cây nông nghiệp Hướng gió chủ đạo về mùa đông là Đông bắc và Tây bắc, mùa hè là Đông và Đông nam Nhiệt độ không khí bình quân năm 23,4 0 C, độ ẩm không khí bình quân năm 86% Điều kiện tự nhiên như vậy tương đối thuận lợi cho sản xuất.
Ngành du lịch và dịch vụ cua tỉnh cũng đang phát triểm bởi có bãi biểm Sầm Sơn và nhiều khu di tích lịch sử nổi tiếng như:Núi Đọ, Đông Sơn, khu di tích Bà Triệu, Lê Hoàn, thành Nhà Hồ, Lam Kinh, Ba Đình, Hàm Rồng…
Do đó việc xây dựng nhà máy bia tại khu công nghiệp Lam Sơn là hoàn toàn hợp lý. b Vùng nguyên liệu
Nguyên liệu chính đầu tiên để sản xuất bia là malt Nguyên liệu này được nhập ngoại Hoa houblon nhập từ Tiệp Khắc, Đức dưới dạng cao hoa và hoa viên.
Nguyên liệu thay thế là gạo có thể mua trong tỉnh và tỉnh lân cận. c Nguồn cung cấp điện, nước.
Nguồn điện: Sử dụng điện lưới của mạng lưới điện quốc gia chạy qua khu vực Mạng lưới điện này cung cấp 24/24 giờ trong ngày, nhưng để đề phòng sự cố mạng lưới, nhà máy bố trí một máy phát điện dự phòng.
Nguồn nước: Nước được lấy từ hệ thống giếng khoan Trong nhà máy nước được dùng vào các mục đích khác nhau Nước nấu bia cần đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu cho công nghệ sản xuất bia Do đó nước phải đi qua một hệ thống xử lý đúng kỹ thuật trước khi cấp cho sản xuất.
Bên cạnh đó cần phải xây dựng khu xử lý nước thải để xử lý nước thải của nhà máy tránh gây ô nhiễm đến môi trường xung quanh. d Nguồn cung cấp nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là cho nồi hơi phục vụ cho các mục đích khác nhau như nấu nguyên liệu, thanh trùng Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than nhập về qua cảng Lễ Môn. e Nguồn nhân lực
Huyện có dân số đông tạo điều kiện dồi dào về lao động cho nhà máy và con dân của Thanh Hoá hiện đang được đào tạo tại các trường đại học ở Hà nội, Nghệ
An, Huế, sẽ là đội ngũ kỹ sư lành nghề cho nhà máy Xây dựng nhà máy sẽ giải quyết vấn đề việc làm cho người dân lao động và nâng cao ít nhiều mức sống cho người dân nơi đây Hơn thế, xây dựng nhà máy sẽ thu hút được các lao động có trình độ ở địa phương về làm việc, làm giàu trên chính mảnh đất quê hương mình Theo một khảo sát gần đây mức sống hiện tại của địa phương còn thấp so với các tỉnh khác nên chủ doanh nghệp có thể hạ giá thành của sản phẩm, đó là một nhân tố giúp nhà máy có sức cạnh tranh trên thị trường. f Vùng tiêu thụ sản phẩm
Bia nhà máy sản xuất ra chủ yếu cung cấp phục vụ nhu cầu các huyện trong tỉnh và các tỉnh lân cận: Nghệ An, Ninh Bình Ngoài ra nhà máy còn có thể mở rộng sản xuất để xuất khẩu sang Lào. g Địa điểm xây dựng nhà máy
Với những thuận lợi trên, việc quyết định chọn địa điểm khu công nghiệp Lam Sơn để xây dựng nhà máy sản xuất bia 45triệu lít/năm sử dụng nguyên liệu gạo thay thế tỷ lệ cao là hoàn toàn hợp lý.
Lựa chọn loại bia sản xuất
Hiện nay ở Việt Nam lượng bia vàng được tiêu thụ mạnh nhất Do đó em lựa chọn em lựa chọn loại bia sản xuất có chất lượng cao và được tiêu thụ mạnh nhất là bia vàng
Sản phẩm bia sản xuất ra phải đảm bảo đạt được các tiêu chuẩn sau:
* Các chỉ tiêu cảm quan:
- Độ bọt: Khi rót bia ra cốc, bia phải có bọt trắng mịn, từ đáy cốc luôn có các bọt khí li ti nổi dần lên bề mặt Chiều cao lớp bọt > 2cm, thời gian giữ bọt 5 – 15 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 óng ánh, trong suốt, không được có cặn hay vẩn đục.
* Các chỉ tiêu hoá học:
Lựa chọn nguyên liệu
Nguyên liệu chính dùng cho sản xuất bia trong nhà máy là malt đại mạch, và nguyên liệu dùng để thay thế cho malt là gạo với tỷ lệ 20% nhằm giảm giá thành sản phẩm, hoa houblon tạo hương vị đặc trưng cho bia,nước và các chất phụ trợ khác
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 2 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.
Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ươm mầm sẽ trở thành hạt malt tươi; hạt malt tươi lại tiếp tục qua quá trình sấy, tách rễ và đánh bóng sẽ trở thành hạt malt khô tiêu chuẩn có thể bảo quản dài ngày trong điều kiện khô, mát và được sử dụng để sản xuất bia Trong quá trình xử lí hạt đại mạch để trở thành hạt malt hoàn thiện hệ enzyme trong hạt đã được hoạt hóa và tăng cường hoạt lực, đặc biệt là hệ enzyme thủy phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo ra chất chiết của dịch đường.
Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nước ta thường sử dụng loại malt có nguồn gốc từ đại mạch hai hàng, chủ yếu được nhập từ Úc hoặc một số nước châu Âu như: Đức, Đan Mạch Malt dùng trong sản xuất bia cần đảm bảo một số yêu cầu:
- Màu sắc: hạt malt vàng có màu vàng rơm, sáng óng ánh, màu chuẩn là 0,3 độ iod; (malt đen có màu sẫm).
- Mùi vị: mùi vị đặc trưng cho malt vàng là vị ngọt nhẹ hay ngọt dịu, có hương thơm đặc trưng, không được có mùi vị lạ.
- Độ sạch của malt cho phép là 0,5% hạt gãy vỡ, 1% các tạp chất khác.
- Trọng lượng khô tuyệt đối: 28 – 38g/1000hạt
- Thời gian đường hoá: 10 – 20phút ở 70˚C
- Đường maltose chiếm từ 65 – 70% tổng chất hoà tan, tỷ lệ đường maltose/đường phi maltose = 1/0,4 – 1/0,51
Bảng thành phần hóa học của malt: [ I ]
TT Thành phần hoá học của malt % chất khô
7 Pentozan không hoà tan và Hexozan 9
10 Các chất chứa nitơ không đông tụ 2,5
2 Gạo Để hạ giá thành sản xuất, cải tiến mùi vị của bia và nhằm mục đích để được lâu dài, trong sản xuất bia người ta thường trộn lẫn một số đại mạch chưa nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác để thay thế thóc mầm, cũng có khi dùng tinh bột hoặc các loại đường (gluco, saccaro, malto ) để làm nguyên liệu thay thế.
Gạo là nông sản chủ yếu của các nước phương đông như Việt Nam, Trung Quốc, Nhật, Triều Tiên , thành phần của gạo gồm tinh bột chiếm từ (70 - 75)% chất khô, các loại đường chiếm từ (2 - 5)% chất khô, protit từ (7 - 8)% chất khô, chất béo từ (1 - 1,5)% chất khô, chất khoáng từ (1 - 1,2)% chất khô Ta nhận thấy rằng gạo chứa nhiều tinh bột & ít protit do đó trong quá trình nấu ta thu được một lượng lớn các chất hoà tan (khoảng 90% chất khô).
Qua đó ta thấy gạo là một sản phẩm phụ rất tốt thường được dùng để nấu kết hợp với malt (tỷ lệ thường là 20%) & thu được những loại bia có chất lượng cao.
Ngoài gạo người ta còn dùng tiểu mạch, ngô làm nguyên liệu thay thế Tuy nhiên tiểu mạch không có vỏ trấu và khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nước thì protein của chúng dễ tham gia quá trình hydrat hoá để tạo thành phức chất keo tụ Phức chất này có đặc điểm là rất dai và dẻo, có thể kéo thành sợi được gọi là gluten Vì tính chất quí giá này mà tiểu mạch chỉ được dùng để sản xuất bánh mỳ, vạn bất tắc dĩ mới sử dụng chúng trong sản xuất bia.
Còn với ngô thì trong công nghệ sản xuất bia, loại ngô được dùng thay thế malt đại mạch chủ yếu là loại trắng đục (hàm lượng tinh bột cao, protein thấp) và được sử dụng dưới dạng bột đã nghiền nhỏ Một trở ngại lớn khi đưa ngô vào sản xuất bia là phôi của chúng quá lớn, hàm lượng chất béo nhiều, khó lọc và giảm độ bền keo cũng như khả năng tạo bọt của bia Để sử dụng loại cốc này có hiệu quả, trước lúc đưa vào chế biến dịch đường ngô phải qua một công đoạn tách phôi và vỏ Vì vậy em dùng gạo làm nguyên liệu thay thế malt đại mạch cho nhà máy.
Hoa houblon là một loại thực vật thân gỗ, mảnh (như cay nho), cao từ 2 – 3m, có khi đến 5 hoặc 6 m Chúng được trồng theo luống (ươm từ hạt hoặc giâm cành) Hoa houblon gồm hoa đực và hoa cái Trong ngành sản xuất bia người ta chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn, hoa đực không sử dụng được vì nó rất bé và chứa rất ít hương lupulin.
Cấu tạo của hoa houblon có những thành phần chính sau: cuống hoa, cánh hoa và những hạt lupulin vàng óng tựa phấn hoa Những hạt phấn hoa này chứa chất đắng và chất thơm của hoa houblon Lượng hạt này phụ thuộc vào giống và điều kiện trồng hoa houblon Người ta đã chứng minh rằng ở điều kiện thời tiết nhiều ánh nắng mặt trời thì hoa sẽ có nhiều hạt lupulin hơn.
Hoa houblon có dạng hình chùy, dài từ (3 - 4) cm, màu hoa khi chín thường từ vàng đến vàng óng Trọng lượng từng phần của hoa như sau: cánh và nhị hoa (66 - 67)%, hạt lupulin (19 - 20)%, trục hoa (7 - 8)% và cuống hoa (5 - 6)% tính theo % chất khô Hiện nay có trên 100 giống hoa houblon trên thế giới.
Thành phần chủ yếu trong hoa houblon: trong hoa houblon có chứa đựng những hợp chất đặc trưng cho loại hoa này như chất thơm, tinh dầu thơm những hợp chất này có ý nghĩa quan trọng về kỹ thuật trong sản xuất bia Ngoài những hợp chất đặc trưng trong hoa còn chứa đựng những hợp chất khác tượng tự các loại thực vật, một vài trong những hợp chất ấy cũng có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật
Thành phần hoá học của hoa houblon được tính ra % chất khô như sau: [ I ]
Chất có N: (15 - 21)% Các hợp chất khác: (26 - 28)%.
Chất đắng là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Nó tạo cho bia vị đắng đặc biệt và dễ chịu, tạo một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia khi hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia Các chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, tạo sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt rất lâu Với nồng độ khá thấp, các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất nhanh sự phát triển của vi sinh vật Vì vậy chúng có tính kháng khuẩn rất cao và nhờ đó làm tăng độ bền sinh học của bia thành phẩm.
Thành phần chất đắng trong hoa houblon gồm nhiều hợp chất : [ I ]
Cấu tử chất đắng quan trọng số một này bao gồm 6 hợp chất:humulon,cohumulon, adhumulon, prehumulon, posthumulon & 4 – deoxyhumulon.
Khả năng hoà tan của - acid đắng trong nước khoảng 500 mg/l, trong dịch đường thì ít hơn và trong bia thì hầu như không đáng kể ở giai đoạn đun sôi dịch đường với hoa houblon các hợp chất humulon không hoà tan trực tiếp vào mà chúng phải trải qua giai đoạn trung gian là quá trình đồng phân hoá Sau đó các chất đồng phân này hoà tan và bị thuỷ phân thành các sản phẩm có độ đắng cao hơn nhiều so với hợp chất nguyên thuỷ.
Quy trình sản xuất bia
Nghiền Nghiền Đường hóa Hồ hóa
Lọc dịch đườ ng Bã
Thanh trùng Dán nhãn SP BiaChai
- Mục đích: Để dập nát malt thành nhiều mảnh, làm tăng bề mặt tiếp xúc với nước nhằm thúc đẩy quá trình thuỷ phân và đường hoá xảy ra nhanh & triệt để hơn.
Malt được cân cho từng mẻ nấu, thường được nghiền bằng máy nghiền trục Máy gồm 2 đôi trục quay ngược chiều nhau, hạt malt cần nghiền nhỏ rơi vào khe giữa 2 trục Mức độ nghiền nhỏ rất quan trọng vì hạt được nghiền nhỏ thì diện tích chịu ảnh hưởng của enzim lớn hơn tạo điều kiện tăng tốc độ cho quá trình thuỷ phân và đường hoá Nhưng đối với malt ta phải nghiền sao cho phần vỏ càng ít bị nát càng tốt, về phần bột cần phải nhỏ để tăng thu hồi chất chiết Nếu vỏ malt bị nghiền nát thì khi nấu các chất amin sẽ hoà tan vào nhiều sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của bia Mặt khác nếu vỏ chấu nhỏ sẽ khó lọc vì lớp vỏ chấu là màng lọc phụ Tuy nhiên mức độ nghiền còn phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu và dạng thiết bị lọc.
Yêu cầu về thành phần bột sau khi nghiền:
- Chọn phương pháp nghiền ướt vì: Nghiền ướt là vỏ malt được giữ nguyên, hạn chế trích ly các chất đắng, gây mùi vị lạ vào trong dịch đường và rút ngắn thời gian lọc bã Tuy nhiên sau khi nghiền ướt malt phải được sử dụng luôn
Gạo được nghiền nhỏ để quá trình nấu được nhanh chóng & dễ dàng.
Gạo được cân cho từng mẻ nấu sau đó được nghiền bằng máy nghiền búa Do gạo chứa nhiều hàm lượng tinh bột nên càng được nghiền nhỏ thì diện tích chịu ảnh hưởng của enzim càng lớn và chuyển thành dạng hoà tan trong nước một cách triệt để.
Malt và gạo sau khi nghiền được chuyển đến phân xưởng nấu để tiến hành quá trình đường hoá. malt lót l?n 1 malt lót l?n 2 Nhi?t d? ( 0 C) th?i gian ( T)
Chuyển tinh bột của nguyên liệu thay thế gạo từ những thành phần tinh bột không tan về dạng hoà tan và một phần mạch tinh bột cũng được phân tách Ngoài ra, còn có một số phản ứng thuỷ phân các hợp chất như khác như Protein, Hemixellulo nhằm tạo điều kiện cho hệ enzim của malt hoạt động triệt để.
Trong nấu gạo để tăng hiệu suất trích ly thì sử dụng enzyme hoặc sử dụng malt lót Nếu sử dụng malt lót 10% thì enzyme trong malt lót không giữ được hoạt lực (bị vô hoạt) khi ở nhiệt độ hồ hoá của gạo là 86 0 C Vì vậy, phải sử dụng kết hợp với enzyme có nhiệt độ hoạt động cao hơn 86 0 C Chế phẩm enzyme trên thị trường thoả mãn điều kiện này là Termamyl.
Nồi nấu cháo thân hinh trụ, đáy chỏm cầu và đỉnh cầu, được làm bằng thép không gỉ, cấu tạo hai vỏ có bao hơi bên ngoài để nấu Nồi nấu có cánh khuấy để tăng cường quá trình truyền nhiệt và chống cháy cháo Có nhiệt kế để đo nhiệt độ, van an toàn áp lực, đồng hồ đo áp suất, một đường nước lạnh vào, một đường nước nóng vào, một đường cháo sang nồi malt, một đường nước thải, van xả nước ngưng
Nguyên liệu được nấu trong nồi hai vỏ có cánh khuấy, dùng hơi để nấu phụ thuộc vào nhiệt độ trong nồi.
Sau khi đã vệ sinh nồi ta cho nước 46 0 C và nồi nấu theo tỷ lệ gạo : nước = 1:4 Cho cánh khuấy hoạt động, cho toàn bộ lượng gạo vào hoà đều với nước Sau đó cho thêm 5% lượng malt lót, giữ trong 20 phút Việc cho malt lót vào lần một có tác dụng làm giảm bề dày lớp keo, tránh hiện tượng vón cục, làm sống tinh bột.
Sau đó nâng nhiệt độ khối dịch lên 72 0 C, giữ nhiệt độ này trong thời gian 10 phút để tạo điều kiện cho enzym α_amylaza hoạt động Sau đó nâng lên 86amylaza hoạt động Sau đó nâng lên 86 0 C ,giữ nhiệt độ này trong 5 phút Đây là nhiệt độ hồ hoá, ở nhiệt độ này hầu hết tinh bột được hồ hoá Tiếp theo ta thêm nước để hạ nhiệt độ xuống 72 0 C, rồi cho tiếp 5% malt lót còn lại vào, tiếp tục cho thêm chế phẩm termamyl vào dịch trong 30 phút để thực hiện quá trình dịch hoá Chế phẩm enzyme này sẽ phân cắt nốt mạch tinh bột, làm giảm độ nhớt cho dịch.
Tinh bột trong giai đoạn này tiếp tục được hoạt hoá, độ nhớt giảm để đạt mục đích đun sôi dễ dàng Sau đó tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 100 0 C & giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 15 phút với mục đích để bột chín hết, tạo điều kiện tốt cho quá trình dịch đường hoá ở nồi malt Trong quá trình nấu cánh khuấy luôn hoạt động để tránh hiện tượng sinh nhiệt cục bộ gây cháy khét.
2.3 Quá trình dịch đường hoá.
- Mục đích: là chuyển các chất không tan có trong thành phần chính của malt và gạo thành những chất hoà tan Trong hạt malt khô có 10% lượng chất khô là những hợp chất phân tử dễ hoà tan sau khi đường hoá, ở trong dịch đường có (70 - 75)% lượng chất khô ở trạng thái hoà tan Có nghĩa là có (50 - 60)% từ các hợp chất chuyển thành các chất thấp phân tử dễ hòa tan.
Vậy quá trình đường hoá là chuyển tất cả các chất cao phân tử ở trong nguyên liệu thành những chất phân tử thấp hơn dễ hoà tan vào trong nước, các chất hoà tan như các loại dịch đường, axit amin Đường hoá là một quá trình sinh hoá phức tạp xảy ra dưới tác dụng của enzim Quá trình này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố nhiệt độ, pH, độ pha loãng của hỗn hợp thuỷ phân:
+ Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn, không chỉ đến tốc độ đường hoá, hiệu suất dịch đường hoá mà có ảnh hưởng đến tỷ lệ các thành phần của sản phẩm đường hoá Nếu tăng nhiệt độ thuỷ phân lên một nhiệt độ nhất định thì tốc độ đường hoá tăng lên rất nhanh Nhưng nếu tiếp tục tăng quá giới hạn thì các enzim sẽ bị giảm hoạt lực, quá trình dịch đường hoá sẽ bị chậm lại hoặc ngừng Nhiệt độ tối ưu cho enzim β- amylaza là ở (63 - 65) 0 C Nhiệt độ tối ưu cho α- amylaza là (72 - 75) 0 C, nhiệt độ giới hạn của α - amilaza là 78 0 C Vì vậy điều chỉnh nhiệt độ là yếu tố quan trọng cho quá trình dịch đường hoá để khống chế quá trình lên men về sau.
+ Sự thuỷ phân tinh bột: tinh bột là nguồn cacbon chủ yếu để thu chất hoà tan trong quá trình dịch đường hoá malt Sự thuỷ phân tinh bột xảy ra dưới tác dụng của hệ thống men thuỷ phân β,α - amilaza tại khoảng nhiệt độ (60 - 78) 0 C, sản phẩm tạo thành là glucoza, maltaza, dextrin.
+ Các enzim thuỷ phân protit là những enzim chịu nhiệt nếu nhiệt độ lớn hơn
60 0 C thì hoạt lực của chúng giảm xuống rất nhanh, pH tối thích của enzim này là 5,8
- 6,2 Nếu pH < 4,5 thì hoạt lực của chúng giảm đi 80%, nhiệt độ thích hợp cho enzim này là (50 - 55) 0 C.
+ Độ pH cũng có ảnh hưởng đến hoạt động của enzim, mỗi enzim có pH tối thích riêng, pH tối ưu đối với amylophosphataza là 5,5 - 5,7; với (α - amylaza thì pH tối ưu là 5,5 - 5,7; với ( β- amilaza thì pH tối ưu là 4,8 - 5,0 Độ pH của dịch đường thấp hơn làm cản trở sự hoạt động của nấm men là giảm hiệu suất hoà tan, dịch đường bị đục, khó lọc, bia sẽ có màu sẫm và vị đắng khó chịu Vậy phải điều chỉnh pH phù hợp để bia có chất lượng cao.
Lập kế hoạch sản xuất
Giả thiết 1 năm nhà máy sản xuất 300 ngày, những ngày còn lại là thời gian nghỉ để sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, máy móc và vệ sinh nhà xưởng
Mỗi năm chia ra là 4 quý, mỗi quí 3 tháng, mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất 6 mẻ Bia sản xuất quanh năm nhưng sản lượng bia nhiều hay ít phụ thuộc vào thời tiết trong năm: mùa nóng hay mùa lạnh Và chỉ sản xuất 1 sản phẩm duy nhất là bia chai.
Bảng 2.1 Bảng kế hoạch sản xuất theo năng suất 45 triệu lít / năm.
+ Kế hoạch sản xuất theo các quý như sau:
- Quý I, IV vào mùa lạnh, số ngày sản xuất là 75 ngày/ quý: sản xuất 9000000 lít mỗi quý.
- Quý II, III vào mùa nóng, số ngày sản xuất là 75 ngày/ quý: sản xuất 13500000 lít mỗi quý.
+ Lựa chọn phương án sản xuất:
- Dùng 1 dây chuyền làm việc trong phân xưởng nấu, khi đó năng suất 1 mẻ là: 36000lít Các thiết bị trong phân xưởng nấu nếu thể tích lớn thì phải chia ra làm nhiều thiết bị nhỏ.
- Sau 5 mẻ nấu đem lên men một lần vào thùng lên men.
- Dây chuyền sản xuất được tính toán và lựa chọn theo dựa trên cơ sở năng suất hoạt động cao nhất của nhà máy: tính toán thiết bị theo mẻ làm việc của của quý II và III.
Tính cân bằng sản phẩm
Các chỉ số yêu cầu đối với nguyên liệu chính cho sản xuất bia là:
- Malt có độ ẩm W = 6%, hiệu suất hoà tan là 80% so với chất khô.
- Gạo có độ ẩm W = 13%, hiệu suất hoà tan là 85% so với chất khô.
- Tỷ lệ nguyên liệu: malt là 75%, gạo là 25%.
- Dịch đường có nồng độ 12 0 Bx
+ Tổn thất tính theo % của từng công đoạn sản xuất:
- Nghiền: tổn thất 0,5% so với trọng lượng nguyên liệu.
- Nấu gạo, đường hoá, lọc: 3% so với chất khô.
- Nấu hoa: 10% so với thể tích trước nấu.
- Lắng xoáy và làm lạnh nhanh: 2,5%.
- Lọc bia: 1,5% so với thể tích bia.
3.2.1 Tính ngược: Tính cân bằng sản phẩm cho 1000l bia chai 12 0 BX
- Chiết chai tổn thất 4%, lượng bia sau bảo hòa CO2 là:
- Quá trình sục CO2 tổn thất 0,5%, lượng bia sau lọc là:_amylaza hoạt động Sau đó nâng lên 86
- L ọc bia tổn thất 1,5 %, lượng bia sau khi lên men là:
- Lên men chính, phụ tổn thất 5% lượng dịch đường đưa đi lên men là:
- Lắng xoáy và làm lạnh nhanh tổn thất 2,5%, lượng dịch đường sau nấu hoa:
- Nấu hoa tổn thất 10%,thể tích dịch trước nấu hoa là:
- Tại 20 0 C dich lạnh có d = 1,048 kg/l nên khối lượng dịch đường sau nấu:
- Dịch đường có nồng độ 12 0 Bx nên lượng chất chiết có trong dịch đường là:
- Nấu, đường hoá, lọc tổn thất 3%, tổng lượng chất chiết ban đầu thu được từ malt và gạo là:
3.2.1.1 Tính khối lượng malt & gạo:
+ Gọi M là khối lượng malt cần dùng
- Lượng chất chiết có trong malt là:
M 0,995 0,94 0,8 = 0,748M + Lượng gạo cần thiết là:
- Lượng chất chiết có trong gạo:
+ Tổng lượng chất chiết thu được từ malt & gạo là:
+ Thể tích len giống bằng 10% thể tích dịch trước lên men:
0,1 1118,8 = 111,88 (l) + Thể tích men sữa bằng 1% thể tích dịch trước lên men:
3.2.1.3 Tính toán độ cồn của bia sau lên men:
Lượng chất chiết 148,77, giả thiết hiệu suất lên men là 65% và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza Mà cứ 1 kg đường maltoza khi lên men theo lý thuyết cho 0,682 lít cồn, do đó độ cồn của bia sau khi lên men là:
3.2.1.4 Tính lượng bã malt và gạo:
Tổng khô gạo + khô malt: 140,1 + 43,2 = 183,3 (kg)
Ta có: tổng lượng chất chiết từ gạo & malt là 148,77 kg.
+ Lượng bã khô = tổng khô gạo & malt – tổng chiết gạo & malt
+ Bã ẩm thuỷ phần 80%: 1 34 , 0 53 , 8 172 , 65 ( kg )
+ Lượng nước trong bã: = lượng bã ẩm – lượng bã khô = 172,65 – 34,53= 138,12 (kg)
3.2.1.5 Tính lượng nước nấu và rửa bã.
+ Nồi hồ hoá: nước cho vào = 4x(bột gạo +malt lót(10% lượng gạo))
Nước cho vào là: 4 (49,9 0.995 + 0,1 49,9 0,995) = 218,46 (kg)
Nước có sãn trong gạo và 10% malt lót:
Tổng lượng dịch hồ hoá:= Nước cho vào + bột gạo + malt lót:
Khối lượng nước bay hơi 5%: (218,46 +6,75) x 0.5 = 11,26 kg.
Dịch cháo sau đun còn lại có khối lượng:
(0,995 149,8 – 0,1 49,9 0,995) 0,06 = 8,64 (kg) Tổng lượng dịch đem đường hoá : = Dịch hồ hóa còn lại + nước cho vào nồi malt + khối lượng malt còn lại:
261,81 + 576,34 + (0,995 149,8 – 0,1 49,9 0,995) = 982,23 (kg) lượng nước trong nồi đường hóa là:576,34 + 8,64 +(218,46 +6,75 – 11,26) y8,93kg
Sau đường hoá nước bay hơi 4%:
Lượng nước còn lại sau đường hóa: 798,93 – 31,5 = 767,43 kg.
Khối lượng dịch còn lại:
Lượng nước trong dịch sau nấu hoa: 1202,6 (1-12%) = 1058,3 (kg).do lượng dịch đường sau đun hoa là:1202,6 kg.
Và khi đun hoa tổn thất 10 %, vậy lượng nước trong dịch trước đun hoa:
Lượng nước trong bã:138,12 kg.
Lượng nước còn lại sau đường hóa: 767,43 kg
Vnước rửa bã + Vnước còn lại sau đường hóa = Vnước trong bã + Vnước trong dịch trước đun hoa
Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch trước đun hoa – Vnước còn lại sau đường hóa
3.2.1.6 Tính các nguyên liệu khác.
Lượng chế phẩm enzyme Termamyl bằng 0,1% nguyên liệu thay thế:
0,1% 49,9 1000 = 49,9 (g) Cho vào nồi hồ hoá: 49,9 0,25 = 12,475 (g)
Cho vào nồi đường hoá: 49,9 0,75 = 37,425 (g)
Lượng chế phẩm enzyme Cereflo bằng 0,06% nguyên liệu thay thế:
0,06% 49,9 1000 = 29,94 (g) Lượng chế phẩm enzyme Fungamyl bằng 0,08% nguyên liệu thay thế:
0,08% 49,9 1000 = 39,92 (g) Lượng hoa houblon cần dùng tính theo tỉ lệ 2g hoa cánh/lít bia :
2 1000 = 2000 (g) = 2 (kg) Dùng 30% cao hoa, 70% hoa viên vì lượng cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh & 1kg hoa viên tương đương với 1,4kg hoa cánh.
* Lượng cao hoa là: 30 % 6 2 = 0,1(kg).
3.2.1.7 Lượng bột trợ lọc diatomit:
Lượng bột trợ lọc càn dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc Thông thường cứ 1000 lít bia cần 0,37 kg bột trợ lọc nên lượng bột cần dùng là: 1000x 0,37/ 1000 = 0, 37 kg
3.2.1.8 Tính các sản phẩm phụ.
+ Bã hoa có độ ẩm 85%, lượng chất khô không hòa tan trong hoa cánh và hoa viên là 60%, cao hoa có lượng bã không đáng kể nên bã hoa chủ yếu là bã hoa viên nên lượng bã hoa là: 1 2 - x0,6 0,85 = 8(kg).
+ Cặn lắng bằng 1,75% nguyên liệu, độ ẩm 80%:
+ Sữa men bằng 1,53% sản phẩm, độ ẩm 85%:
176 g Thể tích dịch trước khi lên men là 1118,8(l), khối lượng riêng d = 1,048kg/l Vậy khối lượng dịch trước lên men là:
1118,8 1,048 = 1172,5(kg) Lượng chất chiết trong dịch lên men 12 0 Bx:
1172,5 0,12 = 140,7 (kg) Coi toàn bộ lượng đường trong chất chiết là đường maltoza với hiệu suất lên men là 55%, khối lượng CO2 thu được là:
CO2 hoà tan vào bia non 2,5g/l nên khối lượng CO2 hoà tan là:
Khối lượng CO2 thoát ra thu hồi được 70% khối lượng CO2 thoát ra:
70% (39,8 – 2,39) = 26,18 (kg) Khối lượng riêng của CO2 ở 20 0 C là 1,832 kg/m³, thể tích CO2 thu hồi được là:
Độ bão hoà CO2 trong bia là 4,5g/l bia non nên lượng CO2 cần bổ sung là:
1046,9 (4,5 – 2) = 2,62 (kg)Thể tích CO2 bổ sung là:
Hạng mục Đơn vị 1000l bia 1 mẻ 1 ngày 1 năm
Nước cho vào hồ hóa l 218,46 7864.56 39322.8 11796840
Bảng 2.2 Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia chai.
Tính và chọn thiết bị
3.2.1.1 Thiết bị phân xưởng nghiền.
Nguyên liệu được cân riêng rẽ từng loại, mỗi máy nghiền dùng một cân.
- Lượng gạo lớn nhất trong 1 mẻ là: 1796,4kg.
- Lượng gạo lớn nhất trong 1 ngày là: 8982kg.
- Lượng malt lớn nhất nhất trong 1 mẻ là: 5392,8kg.
- Lượng malt lớn nhất trong 1 ngày là: 26964 kg.
- Chọn cân điện tử chỉ thị số digital.
- Chọn cân cho toàn bộ dây chuyền năng suất của cân mã lớn nhất 500±0.5 kg.
- Các thiết bị cảm biến của cân, hệ thống khuyếch đại tín hiệu được tính toán đảm bảo chống nhiễu để cân hoạt động chính xác.
+ Lượng malt tối đa cho 1 mẻ là: 5392,8kg Thời gian làm việc của máy là 4h/ ca, ngày làm việc 3 ca, ngày nghiền 6 mẻ, thời gian nghiền mỗi mẻ là 3h, hệ số sử dụng máy là: 0,75 Vậy lượng malt nghiền trong 1 h là:
- Loại máy nghiền 2 cặp trục, năng suất 3000 kg/h.
- Kích thước trục nghiền: đường kính 250mm, dài 600 mm.
- khoảng cách giữa 2 trục: 1,25 mm
- Có một phễu chứa malt chưa nghiền.
- Vật liệu chế tạo: thép CT3 dày 3mm.
- Công suất động cơ 11 kw.
- Số lượng: chọn 1 máy nghiền.
Tương tự: ta có lượng gạo nghiền trong 1 h là:
Loại máy nghiền búa, công suất 1000 kg/h.Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, rộng 200 mm.
- Có một phễu chứa gạo chưa nghiền, có hệ thống tách lắng bụi.
- Vật liệu chế tạo: thép không rỉ dày 3mm.
- Công suất động cơ 6 kw.
3.2.1.2 Tính toán và chọn thiết bị hồ hoá.
+ Chọn thiết bị hồ hoá:
Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón có các kích thước như sau
- Lượng nguyên liệu đưa vào nồi nấu gạo, gồm có bột và malt lót bằng 10% lượng bột gạo là:
- Lượng nước đưa vào nồi hồ hoá 7864.56 lít, vậy tổng khối lượng dịch hồ hoá là:
- Khối lượng riêng của dịch là 1,08 tấn/ m3, vậy thể tích dịch nấu là:
- Hệ số chứa đầy của nồi là 0,75, dùng 1 nồi, vậy thể tích của 1 nồi là:
- Vậy thể tích nồi là:
- Chọn đường kính nồi là D = 2200mm.
Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 2200 + 2 x 100 = 2400mm
Chọn cánh khuấy cong có dạng hình mỏ neo. d =0,8D = 2200 x0,8 = 1760 mm.
Tính diện tích truyền nhiệt.
Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt: 0,5 m 2 / m 3 dịch, thể tích dịch trong 1 nồi hồ hóa là: 4,55 m 3 , vậy tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt tính cho 1 nồi là:
F = 0,5 x 4,55 = 2,275 m 2 Đặc tính kỹ thuật của nồi hồ hoá:
- Nồi thân trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón được chế tạo bằng vật liệu thép không rỉ.Đường kính nồi 2200mm, chiều cao phần thân trụn 3080mm, tốc độ khuấy
3.2.1.3 Tính toán và chọn thiết bị đường hoá
+ Chọn thiết bị đường hoá:
Chọn thiết bị đường hóa có 2 vỏ, thân hình trụ, đáy hình chỏm cầu và nắp hình nón có các kích thước như sau
- Tổng lượng dịch đem đường hoá 1 mẻ nấu là: 982,23 x36 = 35360,28 kg.
- Khối lượng riêng d = 1,08 tấn/ m 3 nên thể tích của dịch đường hoá là:
- Hệ số sử dụng nồi là η = 0,75 vậy thể tích thực của 1 nồi là:
- Vậy thể tích nồi là:
- Chọn đường kính nồi là D = 2700mm.
Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 2700 + 2 100 = 2900mm
Chọn cánh khuấy cong có dạng hình mỏ neo Tra sổ tay hoá công 1 có đường kính cánh khuấy là: d = 0,8D !60 mm.
- Tính diện tích truyền nhiệt.
Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt: 0,5 m 2 / m 3 dịch, thể tích dịch trong 1 đường hóa là: 16,2 m 3 , vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt là:
F = 0,5 x 16,2 = 8,18 m 2 Đặc tính kỹ thuật của mỗi nồi đường hoá:
- Thiết bị đường hóa là thiết bị gia nhiệt loại hai vỏ thân trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón được làm bằng vật liệu thép không rỉ.
- Đường kính nồi 2700mm, chiều cao phần thân trụ 3780mm, đường kính cánh khuấy 2160 mm, tốc đọ khuấy 32 v/ phút.
2.2.1.4 Tính và chọn thiết bị lọc dịch đường
+ Chọn thùng lọc đáy bằng.
Thân hình trụ, làm bằng thép không gỉ, có các thông số kỹ thuật sau:
- Khoảng cách từ đáy thật đến đáy giả là 20 cm.
- Hệ số đổ đầy thân trụ là 0,85.
- Tạo góc nghiêng ở đáy giả là 1,5 0
Hình 2.3: Thiết bị lọc đáy bằng
- Khối lượng bã malt và gạo sau 1 mẻ nấu là: 6215,4kg = 6,2154tấn, khối lượng riêng của bã: 0,75 tấn/ m 3
Suy ra thể tích bã: 6 0 , 2154 , 75 = 8,28 m 3
Chọn chiều cao lớp bã là 0,6 ( vì chiều cao thích hợp là 0,4 – 0,6).
- Diện tích đáy lọc mỗi thiết bị: 2 8 , 28 0 , 6 = 6,9 m 2 đường kính mỗi thùng lọc là: D
= 2,9m , chọn D = 2,9 m, đường kính ngoài: 3,1 m, chiều cao nắp: 0,15 D = 0,44m.
- Khối lượng dịch còn lại sau đường hóa là:
= 34,2tấn Khối lượng riêng dịch đường sau đường hóa là: 1,06 tấn/ m 3
- Thể tích dịch trong 1 thùng là: 2 34 1 , , 2 06
= 7 16 , 67 , 1 = 2,1m 3 Thể tích sử dụng của thùng 85%, chiều cao thân trụ của thùng: Ht= 0 h , 85 d = 2,47m đáy giả cách đáy thật 2 cm, chiều cao phần hình trụ thùng: H = 2,47 + 0,02 =2,49 m,
Vậy thể tích thực của mỗi thùng là: Vt 4
3.2.1.5 Tính và chọn thiết bị nấu hoa.
+ Chọn thiết bị nấu hoa:
Chọn thiết bị nấu hoa có thân hình trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón có các kích thước như sau
- Hệ số đổ đầy của nồi phải thấp vì dịch khi sôi ở nhiệt độ cao sẽ trào lên chiếm một thể tích lớn, chọn hệ số đổ đầy là 0,70.
- Lượng dịch đường trước khi đưa vào nấu hoa là 1274,97 l tính cho 1000 l bia thành phẩm Vậy 1 mẻ sẽ là:
V = 1274,97 36 = 45898,8(l) F (m 3 ) Vậy tính cho 1 thiết bị thì: Vt = 2 46 0 , 7 = 32,8m 3
- Vậy thể tích nồi là: Vt = )
Chọn đường kính nồi là D = 3100mm.
Lớp vở áo hơi dày 100mm
Hình 2.4: Thiết bị nấu hoa Đường kính ngoài: Dn = 3100 + 2 x 100 = 3300mm
Tính diện tích truyền nhiệt.
Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt: 0,5 m 2 / m 3 dịch, thể tích dịch trong 1 nồi nấu hoa là: 23 m 3 , vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt là:
Đặc tính kỹ thuật của nồi nấu hoa:
- Thiết bị nấu là loại thiết bị hình trụ, gia nhiệt kiểu ống chùm, dung tích 32,8m 3 , chiều cao 4340mm, đường kính trụ 3100mm làm bằng thép không rỉ.
3.2.1.6 Tính và chọn thùng lắng xoáy.
- Lượng dịch sau đun hoa cho mỗi mẻ là: 1202,6 x 36= 43293,6(kg).khối lượng riêng của dịch là: 1.08 kg/lít
- Sử dụng thùng lắng xoáy để lắng cặn và làm lạnh nhanh sơ bộ với hệ số đổ đầy 0,75.
- Thể tích thực của 1 thùng là:
- Thùng lắng xoáy đáy bằng khi lắp đặt phải để nghiêng (8-10%) để dịch được tháo ra hêt, các thông số kỹ thuật của nồi: Đường kính D, đáy bằng hơi nghiêng 3 - 5 0
Nắp hình nón, chiều cao nắp h2 = 0,15 D
- Thể tích thùng tính theo công thức:
Vậy đường kính nồi lắng xoáy D = 3,2 m,
Đặc tính kỹ thuật của thiết bị.
- Thiết bị này rất đơn giản chỉ là một thiết bị hình trụ có dung tích 27,3 m 3 , đường kính 3200mm, chiều cao 3200mm.
3.2.1.7 Thiết bị làm lạnh nhanh.
Đặc tính kỹ thuật của thiết bị.
- Máy trao đổi nhiệt tấm bản 1 cấp làm bằng thép không rỉ, có kết cấu khung với cơ cấu ép bọc thép không rỉ, tấm bản bằng thép không rỉ dày 0,1mm, gioăng bằng cao su, các bích nối bằng thép không rỉ.
- Có bộ điều chỉnh lưu lượng nước đá tan để đảm bảo nhiệt độ ra luôn ổn định theo yêu cầu.
- Máy có thể hạ nhiệt độ của dịch đường nóng từ 96 0 C xuống 8 0 C bằng cách trao đổi nhiệt với nước đá tan từ 2 0 lên 80 0 C với công suất 200hl/h.
- Có chỉ thị đo nhiệt độ dịch đến hệ thống lên men.
Tính diện tích truyền nhiệt.
- Công thức tính diện tích bề mặt truyền nhiệt là:
+ Q: tổng lượng nhiệt dùng để nâng nhiệt độ dịch cháo lên các điểm dừng nhiệt độ.+ K: hệ số truyền nhiệt từ hơi đến dịch, kcal/m 2 h.độ.
+ tb: hiệu số nhiệt độ trung bình.
Qm : lượng nhiệt cần cung cấp cho dịch cháo trong giai đoạn nhất định.
Qtt = 5% Qm : lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh.
- Q được xác định bởi chu kì tải nhiệt lớn nhất, đó là chu kì giảm nhiệt độ khối dịch từ 96 0 C xuống 8 0 C trong 120 phút.
Q = m C t + m : khối lượng dịch đường sau lắng xoáy của 1 mẻ, coi quá trình bay hơi không đáng kể,
+ C: nhiệt dung riêng của khối dịch, kcal/kg 0 C Tra sổ tay hoá công I có:
Vậy lượng nhiệt cần cung cấp là:
- Công thức tính hệ số truền nhiệt k
+ 1 : hệ số cấp nhiệt từ hơi nước nóng vào vỏ thiết bị.
+ 2: hệ số cấp nhiệt của dịch p
\ p: áp ỏp suất của hơi nước Để đảm bảo vận hành sản xuất cần áp suất hơi p = 2at
2 = 2000 2 = 2828,4(Ġ (kcal/m 2 h.độ) + = 5mm = 0,005m: bề dầy của vỏ thiết bị.
+ : hệ số dẫn nhiệt của vỏ thiết bị, vỏ thiết bị làm bằng thép không rỉ nên: = 300 kcal/m2.h.độ
1 r r : hệ số dẫn nhiệt trung bình của cặn bẩn bám vào 2 phía vỏ thiết bị.
2 r đối với chất hữu cơ, dung dịch muối
Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là hình thức trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp Công thức tính:
- Δt1: hiệu số lớn nhiệt độ giữa hơi lạnh và khối dịch. Δt1 = 96 – 2 = 94(C)
- Δt2: hiệu số giữa nhiệt độ giữa nước và khối dịch. Δt2 = 80 – 8 = 72 (C) Vậy ta có:
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
- Chọn diện tích mỗi tấm truyền nhiệt là 0,6 0,8 (m 2 )
3.2.1.8 Thiết bị đun nước nóng
Nước nóng trong quá trình nấu bao gồm:
- Nước vệ sinh: nước rửa thiết bị Khoảng 8% thiết bị lớn nhất
- Nước công nghiệp: nước dùng để nấu và rửa bã.
- Nồi lớn nhất là nồi nấu hoa Thể tích nước cần vệ sinh khoảng:
+ Tính nước cho dây chuyền nấu:
Lượng nước dùng cho rửa bã là: N1 = 546,6 x 36 = 19677,6 (l) ,7 m 3
- Lượng nước dùng để nấu và đường hoá:
Vậy lượng nước dùng cho công nghiệp là:
Vậy tổng lượng nước cần dùng là:
- Thiết bị được chọn dạng thân trụ,đáy bằng, nắp hình chỏm cầu có các thông số kỹ thuật:
- Số lượng là: 2 thiết bị Đường kính D, chiều cao trụ H = 1,5D.
Hệ số đổ đầy của thùng: 0,85.
Vậy thể tích thực của 1 thùng là:
Chiều cao trụ: H = 4,5 m; chiều cao nắp h = 0,3 m.
3.2.1.9 Tính và chọn hệ thống CIP cho nhà nấu bia
Hệ thống CIP cho nhà nấu bia có 3 thùng gồm:
Mỗi mẻ nấu xong thường được vệ sinh với thể tích chất lỏng bằng 8% thể tích thùng nấu (vì lượng CIP rửa bằng 5 – 8% thể tích thùng nấu) Có 5 mẻ trong 1 ngày, tuy nhiên chỉ tính cho một mẻ nấu Vì nồi nấu hoa lớn nhất nên tính thể tích mỗi thùng CIP theo thể tích nồi nấu hoa.
Thể tích 1 nồi nấu hoa: V = 32,8 m 3 1 mẻ nấu sử dụng 2 nồi nấu hoa
Hệ số sử dụng của thùng CIP là 0,8, vậy thể tích của mỗi thùng CIP là:
Vt = 32 , 8 0 2 , 8 0 , 08 = 6,56 m 3 Chọn cấu tạo thùng:
- Nắp hình cầu, chiều cao h2 = 0,1 D.
- Đáy hình chỏm cầu, chiều cao h1 = 0,1 D.
Công thức tính thể tích thùng:
- Vậy thể tích nồi là: Vt = )
Vậy đường kính mỗi thùng CIP: D = 1,8 m.
- Trên nắp thùng có cửa đưa hoá chất vào thùng theo từng mẻ, có đường ống dẫn nước đã xử lý để hoà tan và pha loãng hoá chất.
- Nhược điểm của thùng là không tự động hoá, phải pha hoá chất theo từng mẻ.
- Ưu điểm là thiết bị gọn, không cồng kềnh, dễ vận hành thao tác.
3.2.2.1 Tính và chọn thùng lên men.
D: đường kính thiết bị (m) h1: chiều cao phần nón (m)
H: chiều cao phần trụ chứa dịch đường (m) h3: chiều cao phần trụ không chứa dịch đường (m) h4: chiều cao phần trụ phần nắp (m)
Thể tích dịch lên men trong 1 ngày: Vd = 201384(lít) 201,384 (m 3 ) (cả 5 mẻ trong ngày đều cho vào 1 tank lên men) Đây cũng chính là thể tích hữu ích của thiết bị.
H = 1,5 5,3 = 7,95 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích):
Vtrống = 0,15 Vd = 31,36 (m 3 ) Thể tích thực của thiết bị:
D Vtrống 1,42(m) h4 = 0,2D = 1,06 (m) Chiều cao thiết bị:
H1 = h1 + H + h3 + h4 = 15,01 (m)Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị là:
Tính số thùng lên men:
- Số thùng lên men tính theo công thức:
T: chu kì lên men, ngày.
Chọn thời gian lên men chính: 6 ngày.
Chọn thời gian lên men phụ: 10 ngày.
→ Chu kì lên men: T = 6 + 10 + 1 = 17 (ngày)
- Mỗi thùng lên men chứa lượng dịch lên men bằng lượng dịch đường nấu được trong một ngày nên coi Vt = V.
Vậy số thùng là N = 17 + 1 = 18 (thùng)
Đặc tính kỹ thuật của thiết bị.
- Tank lên men là thiết bị hình trụ nón gồm 18 chiếc, được đặt ngoài trời trên sàn bê tông cao > 1m, đảm bảo chịu được tải trọng, gió bão.
- Nhiệt độ môi trường không ảnh hưởng đến công nghệ lên men, tổn thất nhiệt ít nhất, kín tuyệt đối, không để nước mưa, nước vệ sinh ngấm vào lớp bảo ôn.
- Vật liệu chế tạo các tank bằng thép không rỉ Dung tích sử dụng 201,384 m 3 ; đáy 60;
3.2.2.2 Tính và chọn thùng nhân men cấp 2.
Thiết bị gây men giống cấp 2
Chọn thùng có đáy và nắp hình chỏm cầu để tạo điều kiện cho men phân tán đều trong dịch, không bị kết lắng dưới đáy côn
Thể tích hữu ích của thiết bị:
H = 2,853 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích):
Vtrống = 0,15 x V2 = 3,02 (m 3 ) Thể tích thực của thiết bị:
Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị là:
Đặc tính kỹ thuật của thiết bị.
- Thùng nhân men cấp 2 hình trụ, nắp hình chỏm cầu, đáy côn.
- Vỏ làm lạnh: áp lực vận hành 2 bar, nhiệt độ vận hành là 2 -4C.
- Thùng được bảo ôn bằng polyurethane 100 mm, ngoài bọc inox.
- Trang bị ở phần đỉnh: có 1 cửa vệ sinh; 1 ống vòi với đầu phun CIP; có van an toàn, van chân không.
- Trang bị phần trụ: 1 van lấy mẫu; có đầu vào và ra glycol làm lạnh.
- Trang bị phần đáy: 1 đầu vòi cho sục khí; một đầu cho cặp nhiệt Pt 100; 1 đầu van xả bã.
Thể tích hữu ích của thiết bị:
H = 1,98 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích):
Vtrống = 0,15 V1 = 1,1 (m 3 ) Thể tích thực của thiết bị:
Vtrống 0,36 (m) h4 = 0,2D = 0,39 (m) Chiều cao thiết bị:
H1 = h1 + H + h3 + h4 = 3,12 (m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị là:
Đặc tính kỹ thuật của thiết bị.
- Thùng gây men cấp 2 hình trụ, nắp hình chỏm cầu, đáy côn.
3.2.2.4 Thùng rửa men và bảo quan men dùng lại, thiết bị hoạt hoá men.
Thiết bị hoạt hoá men.
Thể tích hữu ích của thiết bị:
H = 1,373(m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích):
Vtrống = 0,15 Vh = 0,336(m 3 ) Thể tích thực của thiết bị:
D Vtrống 0,22 (m) h4 = 0,2D = 0,274 (m) Chiều cao thiết bị:
H1 = h1 + h2 + h3 + h4 = 2,14 (m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị là:
Sau khi lên men nấm men có thể bị nhiễm tạp nên cần phải xử lý bằng axit H3PO4
Do vậy vật liệu làm bằng thép không rỉ chịu được độ pH dao động từ 4-8.
Kích thước thân trụ (đường kính D, chiều cao H), đáy chỏm cầu.
Lượng men thu được thường vào khoảng 2% so với dịch lên men.
Dịch lên men của một thùng 201,384(m 3 )
H = 1,668 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích):
Vtrống = 0,15 Vr = 0,604 (m 3 ) Thể tích thực của thiết bị:
Vtrống 0,276 (m) h4 = 0,2D = 0,33(m) Chiều cao thiết bị:
H1 = h1 + H + h3 + h4 = 2,604(m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị là:
3.2.2.5 Tính và chọn hệ thống CIP lạnh.
- CIP lạnh có 3 bồn chứa: NaOH 2%, Trimeta HC 2% và P3 Oxonia 0,5%.
Thể tích của hoá chất rửa thiết bị bằng 5% thể tích dịch lên men, hệ số chứa của thùng bằng 0,9 Thể tích thùng lên men V = 232,74m 3 / mẻ, vậy thể tích của thùng chứa là:
- Đáy hình chỏm cầu, chiều cao h1= 0,1D
- Nắp hình nón, chiều cao h2= 0,1D
+ Công thức tính thể tích thùng:
Vậy đường kính nồi lắng xoáy D = 2,2m.
3.2.3.1 Tính và chọn máy lọc bia
Chọn máy lọc kiểu bản có bột trợ lọc DIATOMIT để tăng cường chất lượng lọc bia.
- Từ bảng cân bằng vật liệu: trong 1 ngày lượng bia cần lọc cho cả dây chuyền là: 1062,8 x 5 x 36 = 191304lít Trên thực tế theo bố trí dây truyền công nghệ chọn biện pháp lọc như sau:
- Tiến hành lọc mỗi thùng bia trong 1 ngày, 2 ca làm việc thời gian hoạt động của máy 16 h, hệ số sử dụng của máy là 0,8 Vậy năng suất lọc là:
+ Máy khung bản thực tế chỉ lọc khoảng 1000 l/ m 2 bề mặt lọc Vậy diện tích bề mặt lọc tổng số là:
+ Chọn bản lọc có kích thước là D R = 600 600 (mm), bề dày 40 mm Vậy số bản cần có là:
= 41,5 lấy 42 bản. Để tăng cường chất lượng thành phẩm bố trí thêm phần lọc tinh gồm có khoảng 45bản có bề dày 10 mm
Các thông số kĩ thuật:
+ Lọc thô 42 bản, lọc tinh 45 bản.
Tính thùng hoà bột trợ lọc.
- Bột trợ lọc DIATOMIT với chất lượng thường dùng khoảng 1kg/1000lít bia lọc Vậy lượng bột dùng để lọc là:
- Lượng bột được hoà trộn với nước đủ dùng cho mỗi lần lọc: chọn tỷ lệ hoà trộn là 5 kg bột/ 30 lít nước Lượng nước cần dùng là:
- Do bột dạng rắn nên thể tích dịch sau hoà trộn giảm chỉ còn khoảng: 0,8 1147,824 = 918,25 (l).
- Để thuận tiện cho quá trình làm việc liên tục kết hợp với khuấy trộn cần chọn 3 thùng làm việc, mỗi thùng có thể tích: Vt = 310 (l).
+ Kích thước của thùng được chọn là thùng hình trụ có:
- Thùng được chế tạo bằng thép không rỉ, bố trí cánh khuấy dạng răng cào, đường kính cánh khuấy 496 mm (công suẩt 0,4kw, vân tốc khuấy 90 vòng/phút), bề dày thùng 3 mm.
- Chân đỡ cao khoảng 800 mm.
3.2.3.2 Chọn thùng chứa bia và bão hoà CO 2
Chọn thùng chứa bia chứa được toàn bộ lượng bia trong cho một lần lọc bia, mỗi ngày chứa vào 2 thùng và chọn thêm 2 thùng dự trữ Vậy số lượng có 4 thùng chứa, hệ số chứa đầy mỗi thùng là 0,8 thể tích 1 thùng chứa là:
Các thông số kỹ thuật của thùng là:
- Đáy, Nắp hình chỏm cầu, chiều cao h = 0,1D.
Đặc tính kỹ thuật của thùng.
Số lượng gồm 4 thùng, mỗi thùng gồm:
- Vật liệu bằng thép không rỉ, áp suất làm việc là 1,5 bar; áp suất thử là 3 bar.
- Đường kính trong 3720 mm, chiều cao thùng 5580 mm.
- Nắp trên dạng vòm, thân trụ, tất cả các mối nối đều được bảo vệ, bên trong được mài mịn các mối hàn bằng khí argon, mài phẳng đánh bóng các mối ghép phía trong mặt tiếp xúc với dịch.
- Ở phần thân trụ có 2 vùng làm lạnh có các đường hình xoắn ốc là các đường ống làm lạnh.
- Ngoài ra thùng còn có 1 đường ống tẩy rửa CIP, 1 cặp nhiệt độ, 1 van lấy mẫu, 1 ống báo mức bia trong thùng, van an toàn …
- Thể tích bia chai cần chiết trong ngày cao nhất là:
187506l Sử dụng chai dung tích 450 ml vậy số chai sử dụng trong 1 ngày là:
- Mỗi ngày làm việc 24h, hệ số sử dụng máy là 0,8 vậy năng suất máy chiết là:
* Chọn máy rửa chai có thông số kỹ thuật:
Thể tích bể chứa kiềm: 8m 3 Đường kính van xối kiềm: 35mm
Chu kì một vòng: 12,9 phút
Công suất động cơ: 7 kW
* Chọn máy chiết chai có thông số kỹ thuật:
Kích thước: 3,5m × 2m × 3,2m Áp suất khí nén: 2,5 bar Áp suất nước cấp của bơm cao áp: 1 – 2 bar Áp suất CO2 vào: 2,5 – 3 bar Độ chân không: 0,85 – 0,97 bar
* Chọn thiết bị thanh trùng là hầm thanh trùng (tunel) có thông số kỹ thuật:
Công suất lắp đặt 4,1 kW, sử dụng điện áp 3 pha: 400V, 50Hz Áp suất khí nén: 6 – 7 bar, 150 l/ph
Tốc độ băng tải chính: 0,339 m/ph
Nhiệt độ nước đầu ra: 25 – 36˚C
Chu kì chai vào ra khỏi máy là: 62 phút
Chu kì hoạt động: 60 phút.Trong đó thời gian gia nhiệt 27 phút, giữ nhiệt 10 phút, hạ nhiệt 23 phút.
Hầm thanh trùng có 8 khoang, mỗi khoang phun nước nóng ở một nhiệt độ khác nhau.
* Chọn máy dán nhãn có thông số kỹ thuật:
Công suất động cơ: 0,8 kW
Sử dụng keo Krones hay Eticol 6300
* Chọn máy bắn chữ có thiết bị cảm biến, điều khiển tự động
Một két chứa được 20 chai, máy xếp két cần đạt năng suất:
Chọn máy xếp két có thông số kỹ thuật:
* Chọn máy rửa két có thông số kỹ thuật:
3.2.4 Chọn các thiết bị vận chuyển
Các thiết bị vận chuyển bao gồm: gầu tải và vít tải chuyển nguyên liệu lên các nồi nấu, các bơm dẫn dịch, dẫn nước.
Chọn 4 gầu tải để vận chuyển nguyên liệu cho cả dây truyền nấu gồm 2 gầu tải trong quá trình vận chuyển malt và 2 gầu tải trong quá trình vận chuyển gạo Chiều cao 4m.
Các thiết bị phụ trợ cần có bao gồm: phễu chứa, bốn ống dẫn bề mặt trơn có độ nhẵn cao, đường kính = 150 mm, làm bằng thép không rỉ và các van khoá điều chỉnh lượng bột vào nồi nấu cháo và nồi đường hoá.
+ Gầu tải vận chuyển malt.
Lượng nguyên liệu cần vận chuyển 1 mẻ là 2996 kg và cần vận chuyển trong 30 phút Vậy năng suất của thiết bị là:
Trên cơ sở đó chọn gầu tải:
- Năng suất thực tế: 6000 (kg/h).
- Số gầu múc là 30 gầu cho mỗi thiết bị, 1 xích kéo chịu lực, tốc độ quay của xích là 4 vòng/phút.
- Khối lượng 1 lần múc là 50 kg/1gầu.
- Công suất động cơ: 2kw.
+ Gầu tải vận chuyển gạo.
Lượng nguyên liệu cần vận chuyển 1 mẻ là 998 kg và cần vận chuyển trong 30 phút Vậy năng suất của thiết bị là:
Trên cơ sở đó chọn gầu tải:
- Năng suất thực tế: 2000 (kg/h).
- Số gầu múc là 10 gầu cho mỗi thiết bị, 1 xích kéo chịu lực, tốc độ quay của xích là 4 vòng/phút.
- Khối lượng 1 lần múc là 50 kg/1gầu.
- Công suất động cơ: 0,8 kw.
- Để vận chuyển malt đã nghiền vào nồi nấu.
- Vật liệu thép không rỉ.
- Động cơ: 0,5 kw, có hộp giảm tốc.
- Để vận chuyển gạo đã nghiền vào nồi nấu.
- Vật liệu thép không rỉ.
- Động cơ: 0,5 kw, có hộp giảm tốc.
Các loại bơm: bơm cháo và dịch đường hoá công suất 75m 3 /h, Pdm= 7,5 kw; bơm dịch lọc công suất 20 m 3 /h, Pdm= 3 kw; bơm dịch đường đi lắng xoáy công suất 50m 3 /h, Pđm = 5,5 kw; bơm dịch đường sau lắng xoáy đi lạnh nhanh công suát
