Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia liên tục năng suất 70 triệu lít năm

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM BIA

Bia là loại thức uống giải khát giàu dinh dưỡng, giúp dễ tiêu hóa Nếu được sử dụng đúng với hàm lượng thích hợp, bia sẽ giúp cho cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cơ thể Trong bia nước chiếm trên 90%, có gas (hàm lượng CO 2 khoảng 3-4 g/l), có bọt mịn xốp, có hương vị thơm ngon rất đặc trưng Bên cạnh công dụng giải khát, bia còn cung cấp cho con người các giá trị dinh dưỡng nhất định: cung cấp nguồn năng lượng cho cơ thể hoạt động, cung cấp các vitamin B 1 , B 2 , nhiều vitamin PP và axit amin rất cần thiết cho cơ thể.

Hình 1.1 Hình ảnh bia Các chỉ tiêu cảm quan

Các chỉ tiêu cảm quan của bia là vị, mùi, màu, độ trong, sự tạo bọt và độ bền của bọt bia Bia phải có mùi tinh khiết của hoa houblon và malt, không được có mùi lạ và mùi chua Độ axit trung bình của bia bằng 4, pH = 4,1 - 4,8.

Bia phải có màu vàng nâu hoặc vàng sáng và óng ánh, bia phải thật trong.

Bia phải có mùi thơm, đắng đặc trưng của hoa houblon và malt, không có mùi vị lạ và chua…

GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU

Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, nước, nguyên liệu thay thế dùng trong nhà máy là gạo, ngô và đường…

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hóa vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia Bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và các tính chất công nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hòa thảo khác Malt dùng cho sản xuất bia phải có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, có màu vàng sang đều Không được có mùi lạ, hôi mốc và không hơi khói.

Trong sản xuất bia chủ yếu dùng malt đại mạch vì:

- Đại mạch dễ điều khiển quá trình ươm mầm

- Đại mạch cho tỉ lệ enzim cân đối thích hợp cho công nghệ bia

- Vỏ đại mạch dai nên nghiền ít nát và tạo lớp trợ lọc rất xốp

- Cho hương vị đặc trưng hơn so với các loại malt khác

- Đối với một số nước thì malt đại mạch dễ trồng hơn so với các loại lúa mạch khác [7]

Hình 1.2 Malt đại mạch 1.2.1.2 Thành phần hóa học của malt

- Độ ẩm của malt không quá 4%.

- Thời gian đường hoá: từ 10÷20 phút/70 o C.

- Chất hoà tan: trung bình 65÷82 % chất khô.

- Cường độ màu: lấy màu chuẩn cho malt vàng là màu của 0,3÷0,16 mg iod/1lít H 2 O

- Độ acid: pH của dịch đường = 5,5÷6,5 [1]

Bảng 1.1 Các thành phần hóa của malt

Hexozan và Pentozan không tan 9

1.2.2.1 Vai trò của hoa houblon

Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia bởi vì:

- Hoa houblon truyền mùi thơm và vị đắng cho bia.

- Tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt cho bia.

- Tăng khả năng sát trùng cho bia vì vậy làm tăng độ bền cho bia.

Có nhiều dạng hoa houblon dùng cho sản xuất bia như: hoa nguyên cánh, hoa viên,cao hoa, dung dịch đồng phân nhưng tại nhà máy chỉ sử dụng cao hoa và hoa nguyên cánh.

1.2.2.2 Thành phần hóa học của hoa houblon

Thành phần hoá học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau, nhưng các chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa hoa houblon, các tanin và tinh dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số các chất khác như: protein, mỡ, sáp, các tạp chất phi protein.

Bảng 1.2 Thành phần hoá học của hoa houblon

Thành phần Hàm lượng chất khô (%)

Kho bảo quản phải được cách ẩm tốt.

Bảo quản ở điều kiện thấp ở ( 0 0 C ) vì nhiệt độ thấp có tác dụng kìm hãm các quá trình hóa học xảy ra và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật [1]

Việc sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo nhằm để giảm giá thành sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm, chủ động được nguồn nguyên liệu.

1.2.3.2 Thành phần hóa học hạt gạo

Thành phần hóa học của gạo chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose Ngoài ra trong hạt gạo còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn như: đường, tro, chất béo Thành phần hóa học của hạt gạo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc.

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của hạt gạo

Xenlulose Tro Đường Chất béo Đectrin

Trong bia thành phẩm, hàm lượng nước chiếm trung bình khoảng 90% Ngoài mục đích dùng trong sản xuất, nước còn được dùng với nhiều mục đích khác nhau như: xử lý và nấu nguyên liệu, làm nguội, thanh trùng và vệ sinh sát trùng thiết bị, vệ sinh xí nghiệp…

Nước phải trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, không có mùi vị lạ và không chứa vi sinh vật gây bệnh- Độ cứng từ mềm đến trung bình (trung bình : 5-6 mg đương lượng/lít) [3]

1.2.5.1 Đặc tính chủng nấm men sử dụng trong sản xuất bia

- Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, sinh sản nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50%.

- Nhiệt độ lên men 4 - 12 0 C Khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị.

Hình 1.4 Nấm men 1.2.5.2 Y êu cầu của chủng nấm men bia

- Sinh trưởng và phát triển tốt trên môi trường lên men bia.

- Lên men nhanh chóng nhiều loại đường khác nhau.

- Có khả năng kết tụ tốt vào cuối thời kì lên men chính.

- Có khả năng giữ được các đặc tính sinh lí, sinh hóa qua các thế hệ.

- Có khả năng chống chọi tốt với các điều kiện bất lợi của môi trường.

- Cho bia hương vị tốt, ít sản phẩm phụ không mong muốn [4]

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

2.2 Thiết bị nghiền malt 2 đôi trục 19

2.5 Sơ đồ lên men liên tục 24

2.7 Máy thanh trùng kiểu tunel 28

4.2 Thiết bị nuôi cấy nấm men 40

4.3 Thiết bị bão hòa CO2 43

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1 GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM BIA

Bia là loại thức uống giải khát giàu dinh dưỡng, giúp dễ tiêu hóa Nếu được sử dụng đúng với hàm lượng thích hợp, bia sẽ giúp cho cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cơ thể Trong bia nước chiếm trên 90%, có gas (hàm lượng CO 2 khoảng 3-4 g/l), có bọt mịn xốp, có hương vị thơm ngon rất đặc trưng Bên cạnh công dụng giải khát, bia còn cung cấp cho con người các giá trị dinh dưỡng nhất định: cung cấp nguồn năng lượng cho cơ thể hoạt động, cung cấp các vitamin B 1 , B 2 , nhiều vitamin PP và axit amin rất cần thiết cho cơ thể.

Hình 1.1 Hình ảnh bia Các chỉ tiêu cảm quan

Các chỉ tiêu cảm quan của bia là vị, mùi, màu, độ trong, sự tạo bọt và độ bền của bọt bia Bia phải có mùi tinh khiết của hoa houblon và malt, không được có mùi lạ và mùi chua Độ axit trung bình của bia bằng 4, pH = 4,1 - 4,8.

Bia phải có màu vàng nâu hoặc vàng sáng và óng ánh, bia phải thật trong.

Bia phải có mùi thơm, đắng đặc trưng của hoa houblon và malt, không có mùi vị lạ và chua…

1.2 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU

Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, nước, nguyên liệu thay thế dùng trong nhà máy là gạo, ngô và đường…

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hóa vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia Bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và các tính chất công nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hòa thảo khác Malt dùng cho sản xuất bia phải có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, có màu vàng sang đều Không được có mùi lạ, hôi mốc và không hơi khói.

Trong sản xuất bia chủ yếu dùng malt đại mạch vì:

- Đại mạch dễ điều khiển quá trình ươm mầm

- Đại mạch cho tỉ lệ enzim cân đối thích hợp cho công nghệ bia

- Vỏ đại mạch dai nên nghiền ít nát và tạo lớp trợ lọc rất xốp

- Cho hương vị đặc trưng hơn so với các loại malt khác

- Đối với một số nước thì malt đại mạch dễ trồng hơn so với các loại lúa mạch khác [7]

Hình 1.2 Malt đại mạch 1.2.1.2 Thành phần hóa học của malt

- Độ ẩm của malt không quá 4%.

- Thời gian đường hoá: từ 10÷20 phút/70 o C.

- Chất hoà tan: trung bình 65÷82 % chất khô.

- Cường độ màu: lấy màu chuẩn cho malt vàng là màu của 0,3÷0,16 mg iod/1lít H 2 O

- Độ acid: pH của dịch đường = 5,5÷6,5 [1]

Bảng 1.1 Các thành phần hóa của malt

Hexozan và Pentozan không tan 9

1.2.2.1 Vai trò của hoa houblon

Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia bởi vì:

- Hoa houblon truyền mùi thơm và vị đắng cho bia.

- Tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt cho bia.

- Tăng khả năng sát trùng cho bia vì vậy làm tăng độ bền cho bia.

Có nhiều dạng hoa houblon dùng cho sản xuất bia như: hoa nguyên cánh, hoa viên,cao hoa, dung dịch đồng phân nhưng tại nhà máy chỉ sử dụng cao hoa và hoa nguyên cánh.

1.2.2.2 Thành phần hóa học của hoa houblon

Thành phần hoá học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau, nhưng các chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa hoa houblon, các tanin và tinh dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số các chất khác như: protein, mỡ, sáp, các tạp chất phi protein.

Bảng 1.2 Thành phần hoá học của hoa houblon

Thành phần Hàm lượng chất khô (%)

Kho bảo quản phải được cách ẩm tốt.

Bảo quản ở điều kiện thấp ở ( 0 0 C ) vì nhiệt độ thấp có tác dụng kìm hãm các quá trình hóa học xảy ra và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật [1]

Việc sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo nhằm để giảm giá thành sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm, chủ động được nguồn nguyên liệu.

1.2.3.2 Thành phần hóa học hạt gạo

Thành phần hóa học của gạo chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose Ngoài ra trong hạt gạo còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn như: đường, tro, chất béo Thành phần hóa học của hạt gạo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc.

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của hạt gạo

Xenlulose Tro Đường Chất béo Đectrin

Trong bia thành phẩm, hàm lượng nước chiếm trung bình khoảng 90% Ngoài mục đích dùng trong sản xuất, nước còn được dùng với nhiều mục đích khác nhau như: xử lý và nấu nguyên liệu, làm nguội, thanh trùng và vệ sinh sát trùng thiết bị, vệ sinh xí nghiệp…

Nước phải trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, không có mùi vị lạ và không chứa vi sinh vật gây bệnh- Độ cứng từ mềm đến trung bình (trung bình : 5-6 mg đương lượng/lít) [3]

1.2.5.1 Đặc tính chủng nấm men sử dụng trong sản xuất bia

- Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, sinh sản nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50%.

- Nhiệt độ lên men 4 - 12 0 C Khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị.

Hình 1.4 Nấm men 1.2.5.2 Y êu cầu của chủng nấm men bia

- Sinh trưởng và phát triển tốt trên môi trường lên men bia.

- Lên men nhanh chóng nhiều loại đường khác nhau.

- Có khả năng kết tụ tốt vào cuối thời kì lên men chính.

- Có khả năng giữ được các đặc tính sinh lí, sinh hóa qua các thế hệ.

- Có khả năng chống chọi tốt với các điều kiện bất lợi của môi trường.

- Cho bia hương vị tốt, ít sản phẩm phụ không mong muốn [4]

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 2.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia [5]

Lọc bia Lên men phụ

Lên men chính Men giống

Làm lạnh và lắng trong

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Malt và gạo trước khi nhập vào kho chứa phải qua khâu kiểm tra chất lượng và định lượng nhằm đảm bảo đủ lượng nguyên liệu cho sản xuất.

Malt và gạo dùng sản xuất bia cần phải làm sạch nếu không sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của bia.

Malt từ xilo chứa cho qua máy sàng tự động để làm sạch bụi, loại hạt lép, mầm, rễ malt còn sót lại trong nguyên liệu cũng như loại bỏ các tạp chất nặng Sau đó để loại bỏ các tạp chất kim loại, malt được đưa qua hệ thống nam châm.

Ngô trước khi sử dụng cũng được làm sạch bụi, kim loại, sâu mọt.

Nhằm phá vỡ cấu trúc tế bào của hạt, tạo điều kiện thuận lợi để khi nấu thu được một dịch đường có nồng độ cao nhất.

Có ba phương pháp nghiền malt là nghiền khô, nghiền ẩm và nghiền ướt Chọn nghiền khô cho cả malt và gạo vì phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện.

- Malt đại mạch: sử dụng máy nghiền 2 cặp trục để nghiền malt

Hình 2.2 Thiết bị nghiền malt 2 đôi trục

4 Đôi trục nghiền lại vỏ

7 Hỗn hợp sau khi nghiền thô 8,9 Bột mịn

Nguyên lý hoạt động: Malt từ trục cấp liệu xuống đôi trục nghiền 3 Thành phần hỗn hợp sau khi nghiền lần 1 gồm: vỏ 30%, tấm thô 50%, bột mịn 20% Phần bột mịn lọt qua lỗ sàng 5 đi ra ngoài theo 9 Tách bột ra khỏi vỏ khi qua đôi trục thứ hai 4 Sau khi nghiền hai lần, thành phần bột nghiền như sau: vỏ 20%, tấm 50%, bột mịn 30%.

- Gạo: Cần tiến hành nghiền nhỏ để trong quá trình nấu các chất tinh bột, protein,

… chuyển sang dạng hòa tan nhanh hơn.

Nghiền gạo bằng thiết bị nghiền búa.

2 Trục phân phối nguyên liệu

7 Hạt vào bộ phận nghiền

Hình 2.3 Thiết bị nghiền búa

Là chuyển các chất trong malt và nguyên liệu thay thế từ trạng thái không hoà tan sang trạng thái hoà tan nhờ tác động của enzym thuỷ phân.

Nhà máy có sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ 25% nên chọn phương pháp kết hợp giữa ngâm và đun sôi một lần là thích hợp nhất.

Tỷ lệ phối trộn gạo : nước nấu = 1kg : 5lít Bột gạo đã nghiền mịn cùng với 10% bột malt lót (so với tổng lượng gạo cần dùng cho một mẻ nấu) được đem phối trộn với nước ở 52 o C trong nồi phối trộn có cánh khuấy trong 5 phút Nhiệt độ chung của khối nấu sẽ hạ xuống khoảng 50 o C Bổ sung axit lactic để hạ pH xuống còn 5,6 Sau đó nâng nhiệt độ khối nấu lên 67 o C trong 20 phút và bổ sung chế phẩm enzym Termamy, giữ ở 67 o C trong 20 phút để hồ hóa dịch bột Sau đó nâng khối nấu lên nhiệt độ sôi trong 30 phút và giữ sôi trong 20 phút.

Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu : nước nấu = 1kg : 4,5lít Khi nồi gạo chuẩn bị nâng nhiệt để đun sôi thì tại nồi đường hóa cũng cho nước có nhiệt độ 52 o C vào trước rồi tiến hành xuống bột hòa malt trong 5 phút Dùng axit lactic để hạ pH của khối nấu xuống 5,6 rồi sau đó tiến hành nâng nhiệt lên 55 o C và giữ 20 phút để thực hiện quá trình đạm hóa.

Phải tính toán để khi nồi gạo kết thúc quá trình đun sôi thì nồi malt cũng đạm hóa xong Sau đó bơm cháo từ nồi ngô sang nồi malt Sau khi hội cháo xong thì nhiệt độ chung của toàn khối nấu phải đạt 65 o C, giữ 30 phút để tạo điều kiện cho enzim - amylaza thuỷ phân tinh bột Sản phẩm chủ yếu của quá trình này là maltoza và một ít dextrin Tiếp tục nâng nhiệt độ của khối nấu lên 75 o C trong 10 phút và giữ 25 phút để enzim -amylaza thủy phân tinh bột Sản phẩm chủ yếu của quá trình này là dextrin và một ít maltoza Cuối cùng nâng nhiệt của toàn khối nấu lên 78 o C trong 5 phút rồi sau đó bơm dịch đi lọc Thời gian thực hiện một mẻ nấu là 180 phút.

2.2.5 Lọc dịch đường và rửa bã

Lọc: Tách các phần tử không tan và các phần kết tủa trong quá trình đun sôi ra khỏi dịch đường.

Rửa bã: nhằm thu hồi các chất còn sót lại trong bã.

Tiến hành lọc dịch đường:

Nhà máy sử dụng thiết bị lọc ép khung bản để lọc dịch đường Thiết bị này có ưu điểm là lọc kiệt, năng suất lớn và chu kì ngắn hơn so với thùng lọc nhưng cũng có một số nhược điểm là lao động phức tạp và vất vả hơn vì sau khi lọc phải tháo bã, vệ sinh sát trùng và lắp thiết bị lại Mặt khác do thiết bị lọc kiệt nên một số chất không cần thiết lẫn vào dịch đường làm chất lượng dịch không tốt bằng thiết bị lọc thùng.

Quá trình lọc được tiến hành ở 75÷78 C Để rửa bã người ta dùng nước nóng 78 C để thu hồi các chất còn sót lại trong bã Không nên dùng nước lớn hơn 78 o C để rửa bã vì nước nóng sẽ làm vô hoạt các hệ enzyme amylaza, đình chỉ quá trình thuỷ phân tinh bột đồng thời tinh bột sót bị hồ hoá làm tăng độ nhớt của dịch lọc Kết quả làm cho dịch đường khó lọc và bị đục Quá trình rửa bã ngừng khi nồng độ chất khô trong nước rửa bã còn khoảng 0,5% là được Thời gian lọc và rửa bã không quá 2 giờ Sau khi lọc xong bã được tháo ra ngoài để vệ sinh máy móc chuẩn bị cho mẻ sau.

- Truyền cho bia mùi, vị của hoa houblon.

- Ổn định thành phần dịch đường.

- Làm cho dịch đường có nồng độ thích hợp theo yêu cầu.

- Làm keo tụ protein và vô hoạt các enzym.

Dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc chuyển vào nồi houblon hóa Dịch đường lấp đầy đáy nồi thì bắt đầu cung cấp nhiệt để nhiệt độ dịch đường luôn giữ ở 70÷75 o C Duy trì ở nhiệt độ này để enzym α-amylaza tiếp tục thủy phân tinh bột sót Khi nước rửa bã chảy vào nồi houblon hóa gần kết thúc thì bắt đầu nâng nhiệt đun sôi Đối với hoa nguyên cánh: chia lượng hoa ra làm 3 phần:

+ 1/2 lượng hoa sử dụng cho vào thiết bị houblon hoá khi dịch đường vừa lấp đáy nồi.

+ 1/4 lượng hoa cho vào trước khi quá trình sôi kết thúc 1 giờ.

+ 1/4 còn lại cho vào trước khi kết thúc quá trinh sôi 15 phút Đối với cao hoa:

+ Cho vào dịch đường sau khi sôi 30 phút.

2.2.7 Lắng trong và làm lạnh dịch đường

Tách cặn ở dạng huyền phù và cặn hoa houblon cho dịch đường.

Tiến hành lắng trong và làm lạnh qua hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Tiến hành lắng trong bằng thiết bị lắng Whirlpool Thiết bị này có ưu điểm là đảm bảo vô trùng vì dịch đường khi đưa vào thiết bị là vừa đun sôi, còn ra khỏi thiết bị cũng có nhiệt độ rất cao (90 o C).

1 Cửa tháo sau khi lắng 1

4 Vòi phun nước để rửa thiết bị sau khi lắng

Hình 2.4 Thiết bị lắng Whirlpool

Khi quá trình houblon hoá kết thúc, dịch nấu sẽ được chuyển vào thiết bị lắng, do cửa vào được bố trí theo đường tiếp tuyến với thành trong của thiết bị nên dòng vào sẽ được tạo thành dòng chảy xoáy, kết tủa sẽ được đẩy vào trung tâm của thiết bị lắng nhờ lực hướng tâm mạnh Khi đã nhập liệu vào đầy thiết bị lắng, quá trình lắng trong thiết bị lắng diễn ra khoảng 20 phút.

- Giai đoạn 2: Làm lạnh dịch đường trong thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng Dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men chính là 9 o C Ưu điểm của thiết bị này là thiết bị kín, tránh sự nhiễm khuẩn cho dịch đường Tốc độ hạ nhiệt độ của dịch đường nhanh nên hạn chế được sự hoạt động của vi sinh vật.

Nhằm lên men rượu các loại đường có trong dịch lên men dưới tác dụng của hệ enzym của nấm men.

Nấm men thuần khiết là nấm men thu nhận từ một tế bào Trong phòng thí nghiệm, để đảm bảo men giống người ta nuôi cấy nó trong môi trường dịch đường10% và bảo quản ở nhiệt độ 2÷4 o C Sau thời gian 1÷2 tháng phải cấy chuyền một lần.Men thuần khiết thường phải tuyển chọn và bắt đầu nuôi cấy ở 25 o C Trong phòng thí nghiệm nó sinh sản ở nhiệt độ 18÷20 o C Khi đưa vào nuôi cấy sản xuất thì cho nó phát triển ở 12÷15 o C rồi tiếp tục giảm đến 8÷10 o C rồi đưa vào thiết bị lên men.

Các phương pháp lên men Lên men cổ điển Đây là phương pháp lên men có từ lâu đời, quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong hai thiết bị riêng biệt

- Ưu điểm: Bia có chất lượng cao và ổn định

- Nhược điểm: Thời gian lên men dài

Lên men một pha (lên men hiện đại)

Là quá trình lên men chính và lên men phụ thực hiện trong cùng một thiết bị.

CÂN BẰNG VẬT CHẤT

CHỌN HAO HỤT CHO TỪNG CÔNG ĐOẠN

Bảng 3.1 Bảng tiêu hao nguyên liệu cho các công đoạn

STT Công đoạn Tiêu hao %

9 Chiết rót và thanh trùng 2

KẾ HOẠCH SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY

Chọn mỗi tháng phân xưởng nấu và chiết rót làm việc 3 ca trong 1 ngày Phân xưởng lên men làm việc theo dây chuyền công nghệ hiện đại Nhà máy làm việc 12 tháng trong 1 năm, công nhân nghỉ ngày chủ nhật và các dịp lễ tết, bảo trì máy móc, thiết bị Số mẻ nấu trong 1 ngày là 9 mẻ.

3.4 TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM CHO 100KG NGUYÊN LIỆU

3.4.1 Lượng chất khô trong nguyên liệu đầu: M 1

3.4.2 Lượng chất khô và nguyên liệu còn lại sau làm sạch: M 2

3.4.3 Lượng nguyên liệu còn lại sau khi nghiền:M 3

3.4.4 Lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau khi nấu: M 4

- Tổng lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau khi nấu: M 4 = M4malt+M4gạo= 49,89+ 19,83 = 69,72 (kg)

3.4.5 Lượng chất khô còn lại sau quá trình nấu,lọc: M 5

3.4.6 Lượng chất khô của nguyên liệu chuyển vào houblon hóa:

Nồng độ bia 12% Trong quá trình houblon hóa có một lượng nước bay hơi làm nồng độ của dịch đường tăng khoảng 0- 1% ( ta chọn 0,5%) Quá trình lắng và làm lạnh trong, nồng độ của dịch đường tăng khoảng 0,4-1,2% ( chọn 0,5%) Do đó cần phải khống chế nồng độ dịch đường trước khi houblon hóa là:

- Khối lượng riêng của dịch đường 11% ở 20 0 C là: 1044,13 kg/m 3

Khối lượng dịch đường từ 100 kg nguyên liệu ban đầu là:

- Thể tích của dịch đường trước khi đun sôi ở 20 0 C:

Vì hàm lượng chất chiết nhỏ hơn nhiều so với hàm lượng nước trong dịch đường nên ta tính thể tích dịch đường theo thể tích nước.

3.4.7 Lượng chất khô còn lại sau khi houblon hóa: M 7

3.4.8 Lượng dịch đường còn lại sau khi houblon hóa: M 8

- Tính theo thể tích: Khối lượng riêng của dịch đường 11,5% ở 20 0 C là:

Thể tích dịch đường sau khi houblon hóa ở 100 0 C

3.4.9 Lượng chất khô còn lại sau khi lắng trong và làm lạnh: M 9

3.4.10 Khối lượng dịch lên men từ 100kg nguyên liệu ban đầu: M 10

3.4.11 Thể tích của dịch lên men: V 9

Thể tích của dịch đường 12% ở 20◦C

Khối lượng riêng của dịch đường 12% ở 20 ◦ C là 𝜌= 1048,31 ( kg/m 3 )

Sau khi làm lạnh, nhiệt độ dịch đường giảm còn khoảng 8 0 C thì có sự giảm thể tích của dịch và ta coi sự giảm này cũng là sự giảm thể tích của nước theo nhiệt độ.

Thể tích riêng của nước ở 20 0 C là :1000,77 x 10 -6 m³/kg.

Thể tích riêng của nước ở 8 0 C là : 1000,12 x 10 -6 m³/kg.

Như vậy: thể tích của dịch lên men

3.4.13 Lượng bia sau khi lên men phụ

3.4.14 Lượng bia sau khi lọc: V 13

3.4.15 Lượng bia sau khi chiết rót và thanh trùng: V 14

3.4.16 Lượng hoa houlon cần sử dụng

Thể tích dịch đường khi đun sôi 617,24 (lít)

Vậy lượng hoa cần dùng là: mhoa = 617,24*1,811,03 (g)

Một gam viên hoa có thể thay thế cho 3 gam hoa nguyên cánh Vậy ta dùng tỷ lệ 1:3

Lượng hoa viên cần dùng là: m hoa viên = 1111,03*(1/4) = 277,76 (g) = 0,27776 (kg) m hoa nguyên cánh = 1111,03*(3/4) = 833,27 (g) = 0,83327 (kg)

3.4.17 Lượng phế phẩm enzyme cần dùng

Lượng chế phẩm enzyme sử dụng bằng 0,1% so với lượng nguyên liệu đem đi nấu.

Lượng nguyên liệu sau khi nghiền của gạo đã tính là 29,70 (kg)

Lượng chế phẩm enzyme cần dùng là: (29,70 *0,1)/100=0,0297 (kg)

Lượng nguyên liệu sau quá trình nghiền.

Thông thường cứ 100kg nguyên liệu đầu, sau khi nấu lọc có thể thu được khoảng 130 (kg) bã ướt có độ ẩm 75 %. mbã ướt= ( 130 * 99) /100 8,70 (kg)

3.4.20 Lượng men giống cần dùng

Cứ 100 lít dịch lên men thì cần 0,6 lít men giống đặc có độ ẩm 85-88%

Vậy lượng men giống đặc cần nuôi cấy để sản xuất là:

3.4.21 Lượng CO 2 thu được Độ lên men biểu kiến đối với bia vàng từ 60-65% , thực tế độ lên men thực luôn nhỏ hơn độ lên men biểu kiến Chọn độ lên men thực là 60%.

Vậy lượng chất khô hòa tan đã lên men là:

- Phần lớn các chất lên men được trong dịch lên men là disaccarit.Nên quá trình lên men được biểu diễn bởi phương trình :

176 Lượng CO2 sinh ra : ( M ck-lm *176)/342= ( 39,98 * 176 )/ 342 = 20,57 (kg)

Hàm lượng CO2 trong bia chiếm khoảng 0,35 % - 0,45% Nên ta chọn hàm lượng

CO2 trong bia là 0,4% Do đó hàm lượng CO2 có trong bia là:

Vậy lượng CO2 tự do thu hồi được là: 20,57 – 1,99 = 18,58 ( kg)

Thường cứ 100 lít dịch lên men thì thu được 2 lít sữa men có độ ẩm 85%, trong số đó chỉ có 0,8 lít dùng làm men giống, số còn lại được sử dụng vào mục đích khác.

Lượng sữa men thu hồi được:

Lượng sữa men dùng làm mục đích khác:

TÍNH CÂN BẰNG CHO MỘT NGÀY

Cứ 100kg nguyên liệu ban đầu sản xuất được 498,20 lít bia thành phẩm Như vậy,Năng suất phân xưởng 70 triệu lít sản phẩm trên năm Thì lượng nguyên liệu dùng cho một năm là:(70.000.000*100)/498,20 = 14050582,1 (kg)

Lượng nguyên liệu sản xuất trong 1 ngày: 14050582,1 /304= 46219,02 (kg)

3.5.1 Lượng nguyên liệu ban đầu

3.5.2 Lượng nguyên liệu sau khi làm sạch

3.5.3 Lượng nguyên liệu sau khi nghiền

3.5.4 Lượng chất khô chuyển vào dịch đường khi nấu

Vậy tổng lượng chất khô chuyển vào dịch đường khi nấu

3.5.5 Lượng chất khô còn lại sau quá trình nấu,lọc

3.5.6 Thể tích dịch đường khi đun sôi

Thể tích dịch đường sau khi houblon hóa ở 100 C

3.5.9 Lượng chất khô còn lại sau quá trình lắng trong và làm lạnh

3.5.10 Khối lượng dịch lên men

3.5.11 Thể tích dịch lên men

3.5.12 Lượng bia sau khi lên men chính

3.5.13 Lượng bia sau khi lên men phụ

3.5.14 Lượng bia sau khi lọc

3.5.16 Lượng hoa houblon cần sử dụng

Lượng hoa viên cần dùng

Lượng hoa viên nguyên cánh cần dung

3.5.17 Lượng chế phẩm enzyme cần dung

3.5.19 Lượng cặn lắng khi lắng trong và làm lạnh

3.5.20 Lượng men giống đặc cần dùng

Lượng sữa men thu hồi được: 46219,02∗10,59 = 4894,59 ( kg)

Lượng sữa men làm giống: 46219,02∗4,23 = 1955,06 ( kg)

Lượng sữa men dùng làm mục đích khác: 46219,02∗6,36 = 2939,53 ( kg).

CHI PHÍ BAO BÌ

Nhà máy dùng chai có dung tích 0,45 lít để chứa bia chu kì quay vòng là 30 ngày, lượng chai hao hụt là 5% chu kì Mỗi két chứa 20 chai, chu kì quay vòng két là 30 ngày hao hụt két là 2% chu kì.

Lượng chai đủ dùng trong 1 ngày: 230263,15/0,45= 511.696 (chai)

Lượng chai cần sử dụng trong 1 chu kỳ là: 511696*30= 15.350.880

Lượng chai cần bổ sung cho 1 năm là: (15350880 *5*12)/100 = 921.028 (chai) Lượng chai cần cho 1 năm là: 15350880 + 9210528= 24,561,408 (chai)

3.6.2 Số lượng nhãn và nắp chai

Nhà máy sử dụng 1 nhãn và 1 nắp/1chai với lượng hao hụt là 2%/năm Lượng nhãn và nắp cần sử dụng trong 1 năm là:

1 Lượng chất khô nguyên liệu ban đầu (kg)

2 Nguyên liệu sau làm sạch (kg)

3 Nguyên liệu sau nghiền (kg)

4 Dịch đường đun sôi (lít) 592 3169,81 28528,28 8672597,12

5 Dịch đường sau houblon hóa ở 100 0 C (lít)

7 Bia sau lên men chính

8 Bia sau khi lên men phụ(lít)

9 Lượng bia sau lọc (lít) 408,37 26107,07 234963,63 71428943,52

10 Lượng bia thành phẩm(lít)

13 Lượng chế phẩm enzyme sử dụng (kg)

14 Lượng men giống đặc cần dùng (lít)

15 Lượng CO2 thu hồi (kg) 18,58 954,16 8587,49 2610596,96

 244,80 (m 3 ) Mỗi tuần phân xưởng nấu làm việc chỉ 6 ngày nhưng phân xưởng lên men làm việc 7 ngày nên để đảm bảo sự liên tục trong quá trình lên men, lượng dịch lên men cần bơm vào thùng lên men trong một ngày là:

Lượng dịch lên men lên men/ ngày/thùng là: 244,80∗6 = 209,83 (m 3 )

Chọn 4 dây chuyền lên men, như vậy lượng dịch bơm vào mỗi thùng tiếp liệu trong một ngày là: 209,83 = 52,46 (m 3 )

D: đường kính thùng, chiều dài thùng : L = 1,5D

Chọn chiều dài nắp thùng: h = D/6.

Thể tích thùng: V = Vtrụ + 2Vnắp

Thể tích phần nắp thiết bị

Chọn hệ số chứa đầy  = 0,85 ta có lượng dịch đưa vào thùng lên men chính bằng lượng dịch bơm vào thùng tiếp liệu cộng với thể tích men giống:

 Chiều dài toàn bộ thiết bị: L + 2 h = 5,41+ 2 x 0,60= 6,61 ( m ).

 Chọn 4 dây chuyền lên men, mỗi dây chuyền gồm 6 thiết bị lên men Vậy số

Lượng bia đưa vào thiết bị lên men phụ thực tế là: 242,20∗6 = 207,6 (m 3 )

Chọn hệ số chứa đầy của thùng là 0,85, ta có: 207,6 = 271 𝜋D 3 = 61,06

Chiều dài toàn bộ thiết bị: L + 2 h = 6,56 m

Chọn 4 dây chuyền lên men, mỗi dây chuyền gồm 10 thiết bị lên men Vậy số thiết bị lên men phụ là 10 x 4 = 40 thiết bị.

4.2 THIẾT BỊ NUÔI CẤY MEN

Hình 4.2 Thiết bị nuôi cấy nấm men

D : đường kính phần thân trụ, m h1 : chiều cao phần thân hình trụ, m h2 : chiều cao phần đáy hình nón, m h3 : chiều cao phần đáy hình nón, m. d : đường kính cửa tháp liệu, m

Thể tích phần thân trụ:

Thể tích của thiết bị:

Vậy thể tích của thiết bị:

Suy ra đường kính của thiết bị: D = √ 10,74

Lượng men giống đặc dùng trong 1 ngày là: 1469,76 lít = 1,47 m 3 Quá trình nuôi cấy nấm men trải qua 2 giai đoạn: nuôi cấy trong phòng thí nghiệm đến 10 lít và nuôi cấy trong sản xuất.

Quá trình nuôi cấy trong sản xuất được chia thành 3 cấp:

+ Cấp 1: từ 10 lít đến 50 lít.

+ Cấp 2: từ 50 lít đến 200 lít

+ Cấp 3: từ 200 lít đến 1469,76 lít.

4.2.1 Thiết bị nuôi cấy cấp 1

Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 50 lít

Chọn hệ số chứa đầy của thùng là: 𝜑 = 0,6

Thể tích thiết bị là: Vtb = 50 ,33 lít = 0,083 (m3)

Số lượng thiết bị: 2 thùng.

Thể tích thiết bị là: V = 200 = 333,33(lít) = 0,33 (m 3 ).

Chiều cao toàn bộ thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 0,83 + 0,19 + 0,45 = 1,47 (m).

Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 1469,76 lít.

Thể tích thiết bị là: V = 1469,76

Chiều cao toàn bộ thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 1,6+0,36+0,95= 2,91 (m)

Mỗi dây chuyền dùng một thùng tiếp liệu V= 52,46 (m 3 ) do đó tổng số thùng cần là: 4 thùng

Hình dạng, kích thước thùng tiếp liệu giống thùng lên men chính Với D = 3,61 (m), L = 5,41 (m)

Lượng bia cần lọc trong 1 ngày là: 240990,59 lít = 240,99 m 3

- Áp suất làm việc : 2,5 kg/cm 2

- Công suất đông cơ : 4,5kW

- Kích thước thiết bị : (2.500 x 1.080 x 1.470) mm

Số lượng thiết bị: 240,99 = 1,12 => Chọn 2 thiết bị

Thời gian lọc 1 ngày là: t = 240,99 = 13,39 (h)

4.5 THÙNG PHỐI TRỘN CHẤT TRỢ LỌC

Thùng phối trộn hình trụ, có dung tích chứa 200 lít Chọn hệ số chứa đầy  0,8

4.6 THIẾT BỊ BÃO HÒA CO 2 h 1 h 3 h 2

Chiều cao nắp và đáy là h2

Chiều cao thùng là 10mm

Lượng bia sau lọc tối đa từ 1 mẻ lên men là

= 32,63 m 3 Chọn 4 thùng vừa lưu trữ vừa bão hòa CO2

Thể tích bia trong một thùng là 32,63/4 = 8,15

 Chọn thùng có thể tích là 9 (m 3 )

Thiết bị có lớp áo lạnh dày 150mm, đường kính ngoài của thiết bị là

Vậy thông số của thiết bị chứa và bão hòa CO2

Lượng bia đem đi làm lạnh của 1 mẻ bằng lượng dịch lên men trong một mẻ theo bảng tổng kết cân bằng vật chất ta có Vd = 27200,41lít = 27,2 m3

Chọn thiết bị làm lạnh bản mỏng AISI 316

Với các thông số kỹ thuật sau

- Nhiệt độ ban đầu của glycol : -15 0 C

- Nhiệt độ làm lạnh sản phẩm : 9 0 C

-Áp suất làm việc :21 bar

15 = 2,41 thiết bị Chọn 3 thiết bị

Thời gian làm lạnh: 27,2 60 = 36,26 phút

4.8 BƠM TRONG PHÂN XƯỞNG LÊN MEN

Lượng bia cần lọc trong 1 ngày là: 240990,59 lít = 240,99 (m 3 ) Thời gian lọc trong 1 ngày của 2 thiết bị lọc là : 13,39 h

Năng suất cần làm việc của bơm: N = 240,99 = 17,99 (m 3 /h)

Chọn bơm li tâm với các thông số kỹ thuật sau:

- Áp suất làm việc: 0,2 MPa

- Tốc độ quay: 2.860 vòng/phút

- Công suất đông cơ: 2,2 kW

Chọn bơm li tâm nhãn hiệu OIIH-10 với các thông số kỹ thuật sau:

- Áp suất làm việc : 0,08 MPa

- Tốc độ quay : 1420 vòng/phút

- Đường kính ống hút, đẩy: 36/36mm

- Công suất động cơ : 2,2 kw

Số lượng thiết bị: n  12,08  1,2 Vậy chọn: 2 bơm.

Theo bảng tổng kết cân bằng vật chất lượng nấm men cần cho một ngày là 1469,76 lít = 1,46 m 3

Chọn bơm li tâm nhãn hiệu BЦH-10 với thông số kỹ thuật

+ Áp suất làm việc: 0,05 – 0,5 Mpa

+ tốc độ quay: 1440 vòng/phút

+ Đường kính ống dẫn hút / đẩy: 38/38 mm

+ Công suất động cơ: 2,2 kw

+ Số lượng bơm: n = 0,06 / 0,04 = 1,5 => chọn 2 bơm

Ta chọn bơm li tâm với các thông số kỹ thuật sau:

4.8.5 Bơm bia sang phân xưởng chiết

Lượng bia thành phẩm sản xuất được trong 1 ngày là 230263,16 lít = 230,26 (m 3 )

1 Thiết bị lên men chính D610; H= 6610;L= 5410 24

2 Thiết bị lên men phụ D590; H= 6560;L= 5380 40

3 Thiết bị nuôi cấy cấp 1 D= 390; H= 890 2

8 Thùng phối trộn chất trợ lọc

14 Bơm bia sau lên men 1307 x 380 x 740 2,2 2

15 Bơm bia sang phân xưởng chiết

63 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 Chính vì vậy thiết kế nhà máy bia là một yêu cầu phù hợp với nhu cầu thực tiễn.

Sau thời gian nghiên cứu tài liệu, học hỏi, cố gắng cùng với sự giúp đỡ tận tình của cô Ngô Thị Minh Phương , đến nay em đã hoàn thành tập đồ án tốt nghiệp với đề tài :

" Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia liên tục năng suất 70 triệu lít/năm”

Nội dung đồ án gồm các phần chính sau:

- Tìm hiểu được nguồn gốc của bia.

- Hiểu được các thành phần để sản xuất ra bia.

- Quy trình công nghệ sản xuất phù hợp với thực tế.

- Hệ thống thiết bị phù hợp với dây chuyền công nghệ

- Tính thiết thực của việc xây dựng một nhà máy bia theo phương pháp lên men liên tục với một năng suất là 70 triệu lít bia/ năm.

Quá trình Làm đồ án giúp em có thêm nhiều hiểu biết về công nghệ sản xuất bia theo dây chuyền liên tục, một ngành có tiềm năng và phát triển ở nước ta Đây sẽ là một kinh nghiệm rất có ích cho công việc sau này của em.

Tuy nhiên với thời gian thiết kế còn hạn hẹp cùng với sự hạn chế về chuyên môn và nhất là kinh nghiệm thực tế ít ỏi nên tập đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy, cô và các bạn góp ý kiến để tập đồ án này được hoàn chỉnh hơn.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

THIẾT BỊ NUÔI CẤY MEN