Thiết kế nhà máy bia năng suất 20 triệu lít năm

Lời nói đầu Bia đồ uống có độ cồn thÊp, ngn dinh dìng phong phó Ngoµi viƯc cung cÊp lợng Calori lớn, có tác dụng giải khát Nguyên liệu sản xuất bia malt đại mạch, hoa houblon, nớc số nguyên liệu thay khác nh gạo, đờng, ngô với quy trình công nghệ đặc biệt, bia có tính chất cảm quan hấp dẫn ngời: hơng thơm đặc trng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lợng CO2 cao (4-5g/l) giúp thể ngời giải khát cách triệt để uống Bia loại đồ uống xuất giới từ lâu Việt Nam chØ cã tõ thêi Ph¸p thc Cïng víi sù ph¸t triển khoa học kỹ thuật, công nghệ thiết bị sản xuất bia liên tục đợc cải tiến nh sử dụng máy lạnh, phân lập nuôi cấy nấm men khiết Cho tới công nghệ sản xuất bia tiên tiến cho phép sử dụng phần nguyên liệu thay thế, rút ngắn quy trình sản xuất tự động hoá đợc quy trình sản xuất Trong năm gần với phát triển kinh tế, công nghiệp sản xuất bia nớc ta có diện mạo mới, lợng bia đợc sản xuất tiêu thụ ngày nhiều Do việc thiết kế nhà máy bia điều cần thiết trách nhiệm cán kỹ thuật Cùng với mục đích trên, việc làm đồ án môn học lầm em xin làm đề tài: Thiết kế nhà máy bia suất 20 triệu lít/năm Phần I: Lập luận kinh tế kỹ thuật Phần II: Tính cân sản phẩm Phần III: Tính toán chọn thiết bị Phần IV: Tính kích thớc nhà cho phân xơng nấu bia Do thời gian hạn hẹp nên chắn đồ án môn học không tránh khỏi sai sót, mong đợc đóng góp ý kiến thầy, cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng năm 2004 Sinh viên thực Kiều Văn Quang Phần I: LËp luËn kinh tÕ kü thuËt Cïng víi sù phát triển kinh tế thị trờng theo định híng x· héi chđ nghÜa, kinh tÕ níc ta ®ang đà tăng trởng khá, kéo theo đời sống đại phận nhân dân ngày đợc nâng cao Do nhu cầu sống nói chung nhu cầu đồ uống nói riêng ngày tăng Mặt khác nớc ta nớc nhiệt đới gió mùa, khí hậu mùa hè oi Vì nớc giải khát có vai trò quan trọng, bia mặt hàng đợc a chuộng tiêu thụ nhiều Ngành sản xuất bia nớc ta phát triển thành phố năm gần đây, lợng bia hàng năm thấp, cha đáp ứng đợc nhu cầu ngời tiêu dùng, nhà máy chủ yếu phân bố thành phố lớn nên việc tiêu thụ mặt hàng vùng nông thôn xa nhiều hạn chế Chính việc xây dựng nhà máy gần nơi tiêu thụ việc làm cần thiết phù hợp với đặc điểm tiêu thụ mặt hàng Từ định công nghệ nhà máy để sản xuất mặt hàng có chất lợng cao thoả mÃn nhu cầu ngời tiêu dùng Để thiết kế xây dựng nhà máy bia cần phải quan tâm đến tất yếu tố nh địa điểm xây dựng nhà máy, nguồn nớc, nguồn cung cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu, lợng, dây truyền công nghệ, vốn đầy t thiết bị nh xây dựng nhà máy Ngoài ý môi trờng, giao thông vận tải quan trọng thị trờng tiêu thụ sản phẩm 1.1 Chọn địa điểm xây dựng Việc chọn lựa địa điểm xây dựng nhà máy nhiệm vụ quan trọng quy hoạch giai đoạn chuẩn bị xây dựng nhà máy Điạ điểm chọn có hợp lý hay không ảnh hởng lớn đến xây dựng, tổ chức sản xuất kinh doanh sau Ngoài tác động lớn đến môi trờng sống khu dân c xung quanh nhà máy Để giải vấn đề em chọn địa điểm xây dựng nhà máy thị xà Tuyên Quang- tỉnh Tuyên Quang Tuyên Quang tỉnh lớn nớc ta, có mật độ dân c tơng đối cao, đời sống kinh tế ổn định Hơn tỉnh lân cận nh Hà Giang, Yên Bái cha có nhà máy sản xuất bia Về mặt giao thông tơng đối thuận lợi, địa điểm xây dựng nhà máy gần quốc lộ đến tỉnh lân cận cách dễ dàng Ngoài giao thông đờng bộ, giao thông đờng thuỷ phát triển tơng đối mạnh 1.2 Nguồn nguyên liệu Nguyên liệu đợc dùng sản xuất bia malt đại mạch hoa houblon Do khí hậu nớc ta không thuận lợi cho việc trồng hai loại nên phải nhập malt hoa houblon từ nớc Để giảm giá thành sản phẩm ngêi ta dïng mét sè nguyªn liƯu thay thÕ nh gạo, ngô, đờng nhà máy sử dụng gạo làm nguyên liệu thay sản lợng gạo cđa níc ta rÊt lín 1.3 Ngn cung cÊp níc thoát nớc Nớc nguyên liệu quan trọng sản xuất bia Trong nhà máy, nớc đợc dùng vào mục đích khác nh: Xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, trùng, vệ sinh lợng nớc dùng cho nhà máy lớn, riêng lợng nớc nấu bia không lớn nhng cần có chất lợng tốt ảnh hởng trực tiếp đến chất lợng bia Vì vậy, nớc dùng để nấu bia đòi hỏi có đầy đủ tiêu nớc uống mà phải có yêu cầu riêng đáp ứng cho công nghệ sản xuất bia Nguồn nớc sử dụng đợc lấy từ hệ thống cung cấp nớc thành phố qua xử lý theo yêu cầu kỹ thuật 1.4 Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng điện từ mạng lới điện quốc gia chạy qua khu vực Mạng lới điện cung cấp điện 24/24h ngày Nhng để đề phòng trờng hợp có cố, nhà máy có đặt trạm biến sử dụng thêm máy phát điện dự phòng 1.5 Nguồn cung cấp nhiên liệu Nhiên liệu dùng nhà máy chủ yếu cung cấp cho nồi phục vụ cho mục đích khác nh phục vụ sản xuất, vệ sinh nhà xởng thiết bị, phục vụ tắm giặt Nhà máy sử dụng nhiên liệu dầu than đá 1.6 Giao thông vận tải Nhà máy gần trục giao thông nên thuận tiện cho việc vận chuyển đặc biệt đờng đờng thuỷ 1.7 Thị trờng tiêu thụ sản phẩm Sản phẩm nhà máy bia bia chai nên việc tiêu thụ dễ dàng tỉnh tỉnh lân cận nh: Hà Giang, Yên Bái 1.8 Vấn đề môi trờng Cần giải tốt vấn đề vệ sinh công nghiệp, gắn việc sản xuất với việc bảo vệ môi trờng vấn đề thờng xuyên phải nhắc đến trình thiết kế nhà máysản xuất bia nói riêng cac nhà máy sản xuất thực phẩm nói chung Làm nh giảm đợc tối đa tác động xấu chât thải nhà máy thải Phần iI: chọn thuyết minh dây chuyền công nghệ 2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu dùng để sản xuất bia malt đại mạch, hoa houblon, nớc Ngoài để giảm giá thành sản phẩm nhà máy sử dụng thêm gạo 2.1.1 Malt đại mạch Là nguyên liệu để sản xuất bia, loại đại mạch đợc nảy mầm điều kiện nhiệt độ độ ẩm định sau đợc sấy khô, tách rễ làm Có câu hỏi đặt sản xuất bia vàng nên dùng loại malt nào, chất lợng malt dùng cho sản xuất phải thoả mÃn yêu cầu sau: - Màu sắc: màu vàng sáng, vỏ có ánh (malt vàng) Hình dáng kích thớc hạt phải tơng ứng với hạt đại mạch nguyên thuỷ - Mùi : Thơm tự nhiên, đặc trng cho loại malt, mùi mốc, mùi lạ - Vị: Vị dịu nhẹ - Độ malt tỷ lệ tạp chất, hạt vỡ, hạt gÃy chứa Tỷ lệ cho phép 0,5% hạt gÃy, hạt vỡ 1% tạp chất khác Hạt phải có kích thớc đồng đều, hạt lép đợc loại bỏ, hạt không nảy mầm tối đa 5% Độ ẩm < 8% - Độ hoà tan: 70 75% - Thời gian đờng hoá: 10 20 phút/700C - Khối lợng tuyệt đối: Ngời ta quy định khối lợng tuyệt đối khối lợng 1000 hạt malt, khối lợng trung bình thờng đạt khoảng 27 37g Khối lợng biểu thị mức độ trình nảy mầm, trình sâu hạt malt xốp, độ đờng hoá cao khối lợng tuyệt đối thấp - Độ bột nhìn thấy bóp nát hạt malt Đây tiêu biểu khả hoà tan malt Với malt vàng số hạt bột 94%, malt thẫm 96% 2.1.2 Gạo Để tận dụng nguyên liệu thay nhập ngoại làm giảm giá thành sản phẩm Trong trình sản xuất bia ë níc ta, nha dïng nguyªn liƯu thay thÕ, mét ngyên liệu thay tốt gạo Lợng gạo thay từ 50% Gạo phải thỏa mÃn đặc tính kỹ thuật sau: - Hạt đồng không lẫn tạp chất, mùi vị lạ - Độ ẩm :15% - Hàm lợng tinh bột :70 75% - Độ hòa tan :85 – 90% theo chÊt kh« 2.1.3 Hoa houblon Hoa houblon đợc coi nguyên liệu thứ hai thiếu đợc trình sản xuất bia Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hơng thơm đặc trng, làm tăng khả tạo giữ bọt, làm tăng độ bền keo ổn định thành phần sinh học sản phẩm Do tính đặc biệt nh vậy, qua thiên niên kỷ tồn phát triển ngành bia, hoa houblon giữ đợc vai trò độc tôn loại nguyên liệu Không thể thay ngành công nghiệp Việt Nam, hoa houblon đợc nhập để sản xuất bia gồm dạng: hoa cánh, hoa viên, cao hoa * Yêu cầu hoa houblon - Màu sắc: Hoa cánh màu vàng đục, xanh, màu nâu xám đen - Tạp chất: Không chứa tạp chất, không lẫn nhiều cuống hoa - Mùi thơm đặc trng, mùi hắc - Cơ học: Dùng tay nghiền hoa dính tay - Phấn hoa: Bóc cánh hoa nhiều phấn màu vàng sáng - Chỉ sử dụng loại hoa cha thụ phấn - Hoa viên: Hoa cánh thu đợc sấy khô, nghiền ép đùn thành viên đợc bảo quản túi giấy nhôm - Cao hoa: Hoa đợc trích lý cồn CO2 cô đặc dịch trích ly đến cao Cao hoa có màu vàng, đen sẫm, dẻo bảo quản tốt từ - năm, thuận lợi cho trình chuyên chở mà đảm bảo đợc chất lợng hoa 2.1.4 Níc Danh tiÕng cđa nhiỊu lo¹i bia nỉi tiÕng giới đợc kiến tạo nên nhờ chất lợng nớc sử dụng để nấu bia Chất lợng cuối bia chịu ảnh hởng lớn thành phần ion nớc nấu bia Canxi acid hữu vô ảnh hởng trực tiếp tới pH, đóng vai trò đặc biệt quan trọng phản ứng hóa học, phản ứng enzym, sinh lý nấm men.làm thay đổi, nh xác định chất lợng độ bền bia Nớc chiếm vai trò quan trọng sản xuất bia bên cạnh yếu tố khác nh nguyên liệu, thiết bị tác nhân làm lạnh Tuy nhiên tất yếu tố, tiêu chuẩn chất lợng nớc hàng đầu ảnh hởng trực tiếp đến chất lợng bia Nhà máy bia sử dụng lợng lớn nớc Để sản xt mét lÝt bia cÇn 10 lÝt níc Níc dïng để nấu bia phải đáp ứng yêu cầu chất lợng, gồm tiêu vi sinh vật, vật lý, hoá học tính chất cảm quan Các tiêu chuẩn thay đổi tuỳ giai đoạn mục đích sử dụng *Yêu cầu nớc sản xuất bia - Nớc phải tinh khiết, không màu, không mùi, vị khó chịu, không chứa nhiễm tạp kim loại, chất hữu hay sinh häc - §é cøng < 100D (tõ mỊm đến trung bình) - Hàm lợng muối cacbonat < 50mg/l - Hàm lợng muối magiê < 100mg/l - Hàm lợng muối clorua - Hàm lợng muối sunfat 250mg/l - Hàm lợng canxi: Không có - Hàm lợng Magiê: 50 mg/l - Hàm lợng Natri : 150 mg/l - Hàm lợng Kali : 12 mg/l - Hàm lợng Sắt : 200 mg/l - Hàm lợng Đồng : Không có - Hàm lợng Kẽm : Không có - Hàm lợng muối photpho : 5000 mg/l - Hàm lợng Flo : 700 mg/l - Các chất hoạt động bề mặt : 200 mg/l - Các chất không hoà tan khác: Không có - pH  9,5 - NH3 vµ muèi NO2: 0,1 mg/l - Vi sinh vật không 100 tế bào/1cm3 - E.Coli vi sinh vật độc hại tÕ bµo/1cm3 2.1.5 Chđng nÊm men Chđng nÊm men dùng nhà máy chủng Saccharomyces Carlbgennsis 2.1.6 Các nguyên liệu phụ trợ - Các chất sát trùng để vệ sinh, tiệt trùng thiết bị, nhà xởng: NaOH, KMnO4 - Các chế phẩm Enzym Termamyl 120L enzym , - amylaza tõ vi khn Bacillus Lichnformis dïng ®Ĩ dịch hoá tinh bột, dextrin nguyên liệu phụ(gạo) giai đoạn nấu cháo có khả chịu nhiệt cao, lên tới 1200C - Các chất dùng để điều chỉnh pH: axit lactic, H2SO4 2.2 Chọn phơng pháp nấu Khi sản xuất malt chất khô bị tổn thất phần nên nớc sản xuất đợc đại mạch muốn thay phần malt đại mạch Còn nớc không sản xuất đợc đại mạch, muốn thay phần malt nguyên liệu thay khác nh gạo,đờng có sẵn nớc Từ giảm giá thành 10 - 15% Nhng gần với phát triển công nghệ enzym đà sản xuất loại enzym có khả phân cắt tinh bột nhiệt độ tơng đối cao, nguyên liệu thay ngày đợc nâng cao lên 30 - 50% Trong đồ án này, em thiết kế thành phần nguyên liệu thay 40% gạo vào 60% malt nớc ta dùng phơng pháp đun sôi lần nồi hồ hóa nồi đờng hoá theo phơng pháp toàn khối nồi đờng hoá 2.3 Quy trình công nghệ Malt ẩm Gạo Nghiền Nghiền Hoà malt Hoà bột Đạm hoá Hồ hoá Dịch hoá Hội cháo Đờng hoá Nớc nóng Lọc Bà Houblon hoá Bà thải Nớc rửa bà Lắng xoáy Bà thải Lạnh nhanh Không khí vô trùng Dịch lên men 2.4 Thut minh quy tr×nh 2.4.1 NghiỊn malt Mục đích trình nghiền malt làm đập thành nhiều mảnh để tăng khả tiếp xúc với nớc tạo điều kiện cho enzym phân cắt dễ dàng hơn, thúc đẩy nhanh trình đờng hoá trình thuỷ phân Có ba phơng pháp để tiến hành nghiền malt: nghiền trạng thái khô (nghiền khô), nghiỊn malt cïng víi níc (nghiỊn ít) vµ nghiỊn Èm đây, dùng phớng pháp nghiền khô, công nghệ mà hạt malt trớc nghiền đợc bổ sung thêm 2% ẩm nớc nóng Làm tăng độ Èm cđa malt tríc nghiỊn nh»m hai mơc ®Ých : - Làm cho vỏ hạt malt dai hơn, để bảo toàn trạng thái sau nghiền - Làm trơng nở dạng sợi keo nội nhũ Thiết bị nghiền malt máy nghiền trục nhà máy em chọn loại máy nghiền bốn trục sàng Malt đợc nghiền cặp rulo thứ nhất, bột nghiền lọt qua lỗ sàng bột bé Hai pha đợc thu vào thùng chứa tạm, vỏ lớn nằm lại mặt sàng đợc đa xuống cặp rulo thứ hai để nghiền lại lần Máy nghiền ta điều chỉnh khoảng cách hai cặp trục để đạt đợc độ mịn cđa malt theo mong mn Tiªu chn cđa bét malt sau nghiền phải thoả mÃn yêu cầu sau: - Vá chÊu vµ tÊm lín: 30 - 40% - TÊm bé bột: 60 - 70% 2.4.2 Nghiền gạo Gạo nguyên liệu thay malt trình sản xuất bia Đặc điểm liên quan đến công nghệ hạt tinh bột gạo cha đợc tác động c¸c enzym CÊu tróc tinh bét cđa nã rÊt cøng, trạng thái nh khó bị thuỷ phân Để đạt đợc hiệu suất thu hồi cao nhất, biện pháp tối u nghiền gạo thành hạt nhỏ Sau phải qua khâu hồ hoá nhiệt độ cao, làm cho cấu trúc tinh bột chúng bị phá vỡ Thiết bị dùng để nghiền gạo nhà máy máy nghiền búa Cấu tạo gồm hệ thống búa đợc lắp đĩa quay, đĩa quay đợc nhờ động sàng 2.4.3 Dịch hoá hồ hoá