Tìm Hiểu Về Ứng Dụng Tự Động Hóa Trong Sản Xuất Bia.pdf

Theo định nghĩa thì Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa là ngành học nghiên cứu, vận hành, thiết kế các hệ thống tự động và các quá trình công nghệ – sản xuất tự động tại những nhà máy sắt

Báo cáo Nh p ậ Môn Ngành Đi n ệ

khi n ể – T đ ng ự ộ hoá

Tên sinh viên : Đỗ Nguyên Giáp

MSSV: 20222515

Lớp : Tự động hóa 02

Khi cuộc sống của con người trở nên hiện đại hơn thì mọi công

việc tay chân đang dần được thay thế bằng máy móc Hơn nữa, những

loại máy móc ngày càng hoàn thiện và đang tiến tới thời kỳ vận hành

hoàn toàn tự động Ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa cũng ra

đời bởi những lý do đó

Theo định nghĩa thì Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa là ngành học

nghiên cứu, vận hành, thiết kế các hệ thống tự động và các quá trình

công nghệ – sản xuất tự động tại những nhà máy (sắt thép, xi măng,

dược phẩm, nước giải khát,…); Điều khiển, giám sát, thiết kế và chế

tạo các hệ thống robot, hệ thống điện cơ; quản lý sản phẩm tại những

công ty kinh doanh lĩnh vực thiết bị điện tử tự động,…

Sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

được trang bị kiến thức về: Lý thuyết mạch điện – điện

tử; Kỹ thuật đo lường và các hệ thống cảm biến thông

minh; Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp;

Kỹ thuật lập trình các chip vi điều khiển, vi xử lý; Các

phương pháp điều khiển truyền thống và hiện đại; Lập

trình tự động hóa các dây chuyền sản xuất công

nghiệp; Điều khiển điện tử công suất và truyền động

điện; Kỹ thuật điều khiển Robot; Kỹ thuật mạng nơron

và trí tuệ nhân tạo (AI)…

Mục tiêu chương trình đào tạo (Program Goals)

Sinh viên tốt nghiệp chương trình Kỹ sư Kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa:

1 Kiến thức cơ sở chuyên môn vững chắc để có thể thích ứng tốt với những công việc khác nhau thuộc lĩnh vực rộng của ngành Kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

2 Kỹ năng chuyên nghiệp và phẩm chất cá nhân cần thiết để thành công trong nghề nghiệp

3 Kỹ năng xã hôi cần thiết để làm việc hiệu quả trong nhóm đa ngành

và trong môi trường quốc tế

4 Năng lực tham gia lập dự án, thiết kế, thực hiện và vận hành các thiết bị sử dụng trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

Chuẩn đầu ra của chương trình đào tạo

Sinh viên tốt nghiệp Cử nhân kỹ thuật ngành Kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa có các kiến thức, kỹ năng và năng lực như sau:

1 Kiến thức cơ sở chuyên môn vững chắc để thích ứng tốt với những công việc khác nhau thuộc lĩnh vực rộng của ngành kỹ thuật điện, chú trọng khả năng áp dụng kiến thức để tham gia thiết kế, đánh giá các giải pháp, hệ thống/quá trình/sản phẩm kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa:

1.1 Khả năng áp dụng kiến thức cơ sở toán, vật lý, tin học để mô tả, tính toán và mô phỏng các hệ thống, quá trình và sản phẩm kỹ thuật

có liên quan đến những ứng dụng của ngành kỹ thuật

1.2 Khả năng áp dụng kiến thức cơ sở kỹ thuật điện, kỹ thuật điều khiển, đo lường, tự động hóa để hiểu các vấn đề, các sản phẩm, thiết

bị kỹ thuật có liên quan đến những ứng dụng của ngành kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

1.3 Khả năng áp dụng kiến thức của lĩnh vực rộng của ngành kỹ thuật điện, kết hợp với khả năng sử dụng các phương pháp, công cụ tính toán hiện đại để tham gia thiết kế và đánh giá các giải pháp, dây chuyền sản xuất và sản phẩm kỹ thuật trong lĩnh vực Kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

2 Có kỹ năng chuyên nghiệp và phẩm chất cá nhân cần thiết để thành công trong nghề nghiệp:

2.1 Khả năng nhận dạng, lập luận phân tích và giải quyết vấn đề kỹ thuật

2.2 Khả năng thiết kế và thực hiện các thí nghiệm, nghiên cứu, và khả năng phân tích kết quả

2.3 Tư duy hệ thống và tư duy phê bình

2.4 Tư duy chủ động, linh hoạt, sáng tạo, tìm tòi và kỹ năng quản lý thời gian Hiểu biết các vấn đề đương đại và ý thức học suốt đời 2.5 Hiểu biết về đạo đức nghề nghiệp, sở hữu trí tuệ

3 Có kỹ năng xã hội cần thiết để làm việc hiệu quả trong nhóm đa ngành và trong môi trường quốc tế:

3.1 Kỹ năng làm việc theo nhóm, trong môi trường làm việc đa ngành

3.2 Kỹ năng giao tiếp hiệu quả bằng văn bản, thuyết trình và thảo luận, sử dụng phương tiện điện tử, truyền thông

3.3 Kỹ năng sử dụng tiếng Anh hiệu quả trong công việc, đạt điểm TOEIC theo quy định của trường Đại học Bách khoa Hà Nội

4 Năng lực tham gia thiết kế, xây dựng/phát triển hệ thống/sản phẩm/giải pháp kỹ thuật thuộc lĩnh vực Kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa trong bối cảnh kinh tế, xã hội và môi trường thực tế:

4.1 Nhận thức về mối liên hệ mật thiết giữa giải pháp kỹ thuật với các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường trong thế giới toàn cầu hóa Hiểu biết các quy định pháp lý trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

4.2 Năng lực nhận biết vấn đề và hình thành ý tưởng giải pháp kỹ thuật, tham gia xây dựng dự án

4.3 Năng lực tham gia thiết kế hệ thống, quá trình, sản phẩm và đưa

ra các giải pháp kỹ thuật có liên quan đến kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

4.4 Năng lực tham gia thực thi, chế tạo và triển khai hệ thống, sản phẩm và các giải pháp kỹ thuật có liên quan đến kỹ thuật điều khiển

-Tự động hóa

4.5 Năng lực vận hành, sử dụng và khai thác hệ thống, quá trình, sản phẩm có liên quan đến các ngành kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

5 Phẩm chất chính trị, ý thức phục vụ nhân dân, có sức khoẻ, đáp ứng yêu cầu xây dựng và bảo vệ Tổ quốc:

5.1 Có trình độ lý luận chính trị theo chương trình quy định chung của

Bộ Giáo dục và Đào tạo

5.2 Đạt các yêu cầu về kiến thức Giáo dục thể chất và Giáo dục quốc phòng - An ninh theo quy định chung của Bộ Giáo dục và Đào tạo

Ứ NG D NG T Đ NG HÓA TRONG Ụ Ự Ộ

Tên Sinh viên: Đỗỗ Nguyên Giáp

MSSV: 20222515

L p : T đ ng hóa 02 ớ ự ộ

I) Giới thiệu chung về bia

-Bia là thức uống vô cùng phổ biến và được hầu hết mọi người ưa chuộng Bia có độ cồn thấp , bổ mát,có bọt mịn xốp và có hương vị đặc trưng Ngày nay Bia có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới, từ những nhà hàng sang trọng, quán bar, cho đến những khu lao động

.Là một trong những thức uống được tiêu thụ nhiều nhất, chỉ tính riêng trong năm 2020 đã có tới 177 tỉ lít bia được tiêu thụ trên toàn thế giới, và Việt Nam đứng thứ chín với 3.8 tỉ lít bia Chính vì nhu

cầu lớn như vậy nên hiện nay ngành Công nghiệp sản xuất bia vô cùng phát triển, máy móc và công nghệ sản xuất ngày càng hiện đại nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm đảm bảo nhu cầu người tiêu

dùng

II) Quy trình sản xuất bia hiện nay

1) Nguyên liệu và gia công nguyên liệu

a) Nguyên liệu bao gồm:

-Nước : chiếm 80-90%

- Malt : bao gồm vỏ, nội nhũ và phôi, là linh hồn của bia

- Hoa Hupblon : dùng để tạo vị đắng cho bia, được bảo quản ở nhiệt độ thấp để giảm độ mất mát của axit

- Men Bia : là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường, chuyển hóa đường thành cồn và CO2

- Các chất phụ gia : nhằm điều chỉnh độ kiềm của nước, độ pH, chất tạo màu Caramen, bột trợ lọc, hóa chất vệ sinh, làm lạnh nhanh

b) Chuẩn bị nguyên liệu : sàng nguyên liệu, mục đích của quá trình này là làm sạch sơ bộ và làm sạch nguyên liệu trước khi nghiền Nguyên lí của quá trình sàng là dùng sàng hàng tuần hoàn có đầu vào và đầu ra có hút khí

c) Tách đá trong nguyên liệu : mục đích của quá trình là tách đá ra khỏi nguyên liệu, nâng cao chất lượng nguyên liệu Thiết bị tách đá làm việc theo nguyên lí lực trọng trường d) Nghiền nguyên liệu : gồm có quá trình nghiền Malt và quá trình nghiền gạo Mục đích của quá trình nghiền là làm dập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xúc với nước làm cho sự xâm nhập của nước vào thành phần của nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa và quá trình thủy phân khác nhanh hơn và triệt để hơn Yêu cầu quá trình nghiền : quá trình nghiền Malt càng bảo toàn nguyên vỏ Malt bao nhiêu càng tốt bấy nhiêu Thứ nhất , nếu nghiền

vỏ quá mịn lượng chất đắng , chất chát trong võ dễ hòa tan vào dịch đường gây bia có vị đắng và chát khó chịu Thứ hai, lớp vỏ trấu đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành màng lọc, nhờ có vỏ trấu lớp lọc được kết cấu rất chắc nhưng vẫn đảm bảo đủ độ xốp để tạo thành

các mương mao đi theo đường ziczac Dịch đường ở phía trên màng lọc sẽ chảy theo các đường ziczac xuyên qua các lớp lọc đạt đến độ trong cần thiết và giải phóng khỏi hỗn hợp

2) Công đoạn chuẩn bị dịch lên men

a) Quá trình hồ hóa: Gạo sau khi được nghiền nhỏ sẽ được xử lí hồ hóa trước khi mang đi đường hóa Mục đích của quá trình hồ hóa là dùng nhiệt độ cao để nấu chín tinh bột gạo và nhờ được sự hoạt động của enzim thủy phân trong 10% Malt lót để phân cắt các hợp chất cao phân tử có trong gạo, phá vỡ màng tế bào của tinh bột và làm đứt liên kết giữa chúng để tạo

ra các cấu tử thấp phân tử dễ hòa tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường Các loại gạo khác nhau có độ bền của màng tế bào không giống nhau do đó đối với mỗi mẻ nguyên liệu phải có chế độ

hồ hóa thích hợp b) Quá trình Đường hóa :Mục đích của quá trình đường hóa nguyên liệu là tạo các vùng nhiệt độ thích hợp cho hệ thống enzim hoạt động

để phân cắt các hợp chất cao phân tử có trong Malt và gạo thành sản phẩm thấp phân tử để cùng với các cấu tử thấp phân tử đã có sẵn trong nguyên liệu hòa tan bền vững vào dịch đường Thành phần của dịch đường gồm 93% chất hữu cơ chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp, 7% các chất vô cơ

Thực chất của quá trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử dưới sự xúc tác của enzim

Quá trình đường hóa được diễn ra theo 3 giai đoạn :

Giai đoạn 1- Giai đoạn đạm hóa : kết thúc quá trình ngâm Malt sau

15 phút hỗn hợp Malt và nước trong nồi đường hóa đang ở nhiệt độ

30 độ C lên 52 độ C và duy trì nhiệt độ này trong nồi đường hóa 30 phút Trong quá trình đạm hóa enzim pectinaza và proteaza hoạt động mạnh thủy phân protit đơn giản và phức tạp thành ambumin, pepton, polypeptit và sau đó thành các axit amin Các sản phẩm này giúp cho bia có khả năng giữ bọt tốt , hương vị đậm đà

Giai đoạn 2- Giai đoạn đường hóa : sau khi kết thúc quá trình đạm hóa 30 phút ta bơm nốt lượng cháo trong nồi hồ hóa sang nồi đường hóa làm cho nhiệt độ của nồi đường hóa tăng từ 52 độ C lên 65 độ C bắt đầu quá trình đường hóa Quá trình đường hóa kéo dài khoảng 30 phú Trong khoảng nhiệt độ này enzim B-amilaza hoạt động mạnh phân cắt hợp chất amyloza và amylopectin thành đường maltoza, dextrin và một ít glucoza Kết thúc quá trình đường hóa nâng nhiệt độ này lên 75 độ C và duy trì nồi đường hóa này ở nhiệt độ trong khoảng

40 phút để tiến hành quá trình dịch hóa

Giai đoạn 3- Giai đoạn dịch hóa : nhằm giữ nhiệt độ yêu cầu cho enzim a-amilaza hoạt động phân cắt cơ chất Enzim này phân cắt tinh bột theo hai giai đoạn : cắt tinh bột thành dexstin và cắt một phần dexstrin thành glucoza

3) Quá trình lọc thô : lọc và rửa bã malt, bao gồm 2 giai đoạn

Quá trình lọc bã bao gồm 2 giai đoạn :

- Giai đoạn 1 : Ép để tách dịch lỏng

- Giai đoạn 2 : rửa bã để chiết rút các chất hòa tan còn sót lại trong bã Thường sau quá trình lọc và rửa bã dịch đường thu được có nồng độ khoảng12%

4) Quá trình nấu hoa bia: mục đích của quá trình nấu dịch đường

với hoa Houblon là trích li chất đắng , tinh dầu thơm, các hợp chất chứa nito và các thành phần khác của hoa Houblon vào dịch đường để biến đổi dịch đường ngọt thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu và hoa đặc trưng cơ bản về tính chất cảm quan của bia sau này

5) Công đoạn lên men

Quá trình lên men bia được chia làm 2 giai đoạn là lên men chính và lên men phụ Mục đích của quá trình lên men chính là : tạo điều kiện thích hợp cho nấm men hoạt động chuyển hóa dịch đường hoa hublon thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm nhằm định hình hương vị cho sản phẩm bia

6) Quá trình hoàn thiện sản phẩm

a) Quá trình lọc bia : mục đích chính của quá trình lọc bia là loại bỏ nấm men , các hạt phân tán cơ học, chất protein, phenol, nhựa đắng và nhiều hạt nhỏ li ti khác nhằm tăng độ bền của bia, tăng thời gian bảo quản khi chúng lưu hành trên thị trường b) Quá trình bão hòa CO2 : khí CO2 có trong bia là nhờ quá trình lên men rượu, nấm men chuyển hóa đường thành rượu và CO2 Trong quá trình lên men chính một lượng lớn bị thải vào môi trường không khí, nhưng trong quá trình lên men phụ một lượng lớn CO2 được hòa tan vào trong bia Tuy nhiên, do các công đoạn sau quá trình lên men đặc biệt là công đoạn lọc bia lượng CO2 bị thất thỏa khá lớn bởi vậy

ta phải tiến hành bão hòa CO2 để đảm bảo lượng yêu cầu trong bia thành phẩm c) Quá trình chiết rót bia d) Quá trình rửa chai: để đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và đảm bảo chất lượng sản phẩm , chai dù là nhập mới hay thu mua lại đều phải rửa trước khi mang đi chiết bai e) Thanh trùng bia : trong bia thành phẩm thường còn chứa một số tế bào còn sống bao gồm nấm men thuần chủng, vi khuẩn lactic và các

vi sinh vật lạ khác có khả năng phát triển tỏng bia Xử lí nhiệt nhằm mục đích tiêu diệt vi sinh vật có trong sản phẩm bia tăng thời gian bảo quản và đảm bảo chất lượng của bia Có hai phương pháp thanh trùng sản phẩm bia là thanh trùng toàn bộ khối bia và thanh trùng trong bao

bì Trong thực tế sản xuất thường sử dụng các phương pháp thanh trùng trong bao bì các thiết bị khác nhau

III Ứng dụng tự động hóa trong sản xuất bia Như đã nói , công nghệ sản xuất bia ngày càng tân tiến và hiện đại nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người dùng Hiện nay, các nhà máy bia đã có hệ thống điều khiển tự động với sự hỗ trợ của máy tính từ bảng điều khiển trung tâm

Hệ thống điều khiển tự động AC cho nhà máy bia bao gồm

-Quá trình sản xuất bia nóng được kiểm soát tự động - quản lý hoàn toàn tự động hóa toàn bộ quy trình sản xuất bia wort

-Hệ thống tự động để kiểm soát thời gian của nhiệt độ trong quá trình lên men và trưởng thành

-Hệ thống tự động điều khiển phương tiện truyền thông

Tại sao chọn hệ thống AC để kiểm soát sản xuất bia? Nguyên nhân chính là:

- Xóa bỏ các lỗi của con người

- Máy thực hiện các nhiệm vụ cần thiết một cách chính xác và kịp thời

-Chi phí tiết kiệm cho chủ sở hữu - chỉ cần một công nhân vận hành trong nhà máy bia

-Giảm thiểu số lượng các điều kiện lỗi trong nhà máy bia - mọi thứ vẫn còn được kiểm soát

-Giám sát và đăng ký Của quá trình sản xuất vào bộ nhớ máy tính

- Giảm thiểu yêu cầu Cho sự chú ý của người vận hành liên tục - phản ứng ban đầu của máy - Chất lượng ổn định của bia - Các quy trình sản xuất tiêu chuẩn luôn được quan sát -Sáu công thức nấu ăn đã lập trình sẵn - để sản xuất các loại bia nổi tiếng nhất: Pils, Lager, Black, Weissenbeer, Ale, Special

-Chế độ pha rượu thủ công - để sản xuất tất cả các loại bia khác -Chế độ vệ sinh đặc biệt - để tự động làm sạch, khử trùng và khử trùng nhà máy bia, ống dẫn nước

Sự miêu tả:

Hệ thống kiểm soát mức độ AC badget bao gồm:

I AC-1 Tự động điều khiển quá trình nóng (phụ kiện tùy chọn)

Bộ điều khiển được phát triển trên nền PC với hệ điều hành và chương trình điều khiển

Trong giá của tự động hóa thiết bị sôi hai thiết bị được chứa một

bộ phận lắp ráp hoàn chỉnh phần cứng bao gồm pneu-actuator và các yếu tố lắp đặt của thiết bị đun sôi Việc tự động hóa cũng có chứa hệ thống opration bao gồm cả giấy phép và phần mềm sản xuất bia

Phần mềm cho phép thay đổi các tiếp nhận trực tiếp thông qua bảng điều khiển hoặc bằng cách cài đặt qua cổng USB Phần mềm và thiết bị đun sôi đều được thiết kế để pha tất cả các loại bia trên thế giới theo cách decoction và trong cách infusion là tốt Cũng theo cách decoction, có thể pha trên một hoặc hai mashes

Trình tự quy trình như thời gian, tốc độ bơm, khối lượng riêng của nước bơm lại hoặc khối lượng tràn, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy của mỗi phương tiện truyền thông có thể điều hành tự đặt sau khi nhập mật khẩu người dùng ở cấp độ thứ ba

Nhà máy bia được điều khiển tự động với việc kiểm soát hầu hết các hoạt động nấu bia bằng máy tính - theo một chương trình cụ thể từ bảng điều khiển trung tâm (màn hình cảm ứng) Brewer chọn một công thức và bắt đầu một chương trình kiểm soát quá trình sản xuất Brewer kiểm tra tiến độ của các thủ tục và thực hiện các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm, xử lý các điều kiện không đạt tiêu chuẩn và đảm bảo việc chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình sản xuất bia

Hoạt động thủ công trước khi bắt đầu sản xuất bia:

-Phay nghiền (mài)

-Sản lượng malt (mashing)

-Hoạt động tự động: