Nhờ những ưu điểm như vậy mà đối với nước ta bia đã trở thành loại đồ uống được ưa chuộng và ngành công nghệ sản xuất bia đã trở thành một trong số những ngành công nghiệp mũi nhọn tại V
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
KHÁI QUÁT VỀ BIA
Bia, bắt nguồn từ từ tiếng Pháp "bière," là một loại nước giải khát truyền thống, giàu giá trị dinh dưỡng và có nồng độ cồn thấp Với hương vị thơm ngon, bia không chỉ mang lại lợi ích cho sức khỏe khi uống với liều lượng hợp lý mà còn giúp tăng cường khẩu vị, dễ tiêu hóa và giảm mệt mỏi sau một ngày làm việc căng thẳng.
Hình 1 1 Hình ảnh về bia
Bia, so với các loại nước giải khát khác, có nồng độ cồn thấp (3-8%) và chứa CO2, giúp tạo ra nhiều bọt khi rót, đây là một đặc điểm nổi bật của bia Bên cạnh đó, bia còn cung cấp một số chất dinh dưỡng, với một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với
25 g thịt bò hoặc 150 g bánh mỳ loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là
Bia chứa khoảng 500 kcal và cung cấp nhiều vitamin B1, B2, vitamin PP cùng các axit amin cần thiết cho cơ thể Nhờ những lợi ích này, bia đã trở thành một trong những đồ uống phổ biến tại Việt Nam, đồng thời ngành sản xuất bia cũng đã phát triển thành một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nước.
Thành phần và công nghệ sản xuất bia thay đổi tùy theo từng khu vực, tạo nên sự khác biệt về hương vị, màu sắc và phương pháp lên men Mỗi loại bia mang đến những nét đặc trưng riêng, phản ánh bản sắc văn hóa và truyền thống sản xuất của từng vùng miền.
1.1.3.1 Phân loại bia theo nồng độ cồn
Bảng 1 1:Bảng phân loại bia theo nồng độ cồn
Bia cao độ, hảo hạng > 5.5 - 8.5
1.1.3.2 Phân loại bia theo màu sắc a Bia vàng
Bia vàng là loại bia phổ biến nhất ở trên thế giới Bia vàng có tỷ lệ hoa houblon nhiều hơn Bia vàng chứa nhiều vitamin B2, B6, B9 b Bia đen
Bia đen được trộn thêm một ít malt đen và có thể pha một số chất màu khác như caramen
Mặc dù bia vàng là loại bia truyền thống phổ biến nhất, nhưng bia đen lại sở hữu những ưu điểm riêng biệt, mang lại lợi thế cho các thương hiệu mới gia nhập thị trường.
- Hàm lượng đạm có trong bia đen cao hơn
- Nếu để bia lạnh quá nhiệt độ 12 o C, bia uống vẫn giữ được vị ngọt, trong khi bia vàng lại đắng
Bia chứa hợp chất flavonoids, giúp ngăn ngừa tiểu huyết cầu vón cục, giảm nguy cơ tắc nghẽn mạch máu và đau tim Ngoài ra, flavonoids còn có tác dụng phòng tránh oxy hóa cholesterol, một yếu tố gây xơ vữa động mạch, từ đó cải thiện lưu thông máu và huyết áp.
Sử dụng malt đặc biệt trong nấu bia giúp tạo ra màu sắc đỏ hoặc hổ phách cho loại bia đặc biệt Malt màu nâu nhạt hoặc malt rang kỹ không chỉ mang lại sắc màu đỏ mà còn tạo ra hương vị riêng biệt, khác với bia vàng chỉ sử dụng malt thông thường được sấy hoặc hong khô.
Bia trắng, chủ yếu được sản xuất tại Bỉ, là loại bia làm từ lúa mì với đặc điểm nổi bật là màu sắc mờ ảo do men lơ lửng và protein từ lúa mì Khi được làm lạnh, bia trắng có màu trắng và mang hương hoa nhẹ nhàng, cùng với vị hơi chua đặc trưng do axit lactic.
1.1.3.3 Phân loại bia theo phương thức lên men a Bia sản xuất theo phương thức lên men nổi
Ale là loại bia được ủ bằng phương pháp lên men ấm, tạo ra hương vị đậm đà và các sắc thái trái cây Thuật ngữ này từng chỉ một loại thức uống ủ không có hoa bia Ale thường được lên men ở nhiệt độ từ 15 đến 24°C, nơi nấm men sản sinh ra nhiều este và hương vị thứ cấp Kết quả là ale mang hương vị trái cây phong phú, tương tự như cam, chanh, táo, lê, dứa, chuối, mận và anh đào.
Ale thường có vị đắng để cân bằng với mạch nha và đóng vai trò như chất bảo quản Ban đầu, vị đắng này được tạo ra bằng gruit, một hỗn hợp thảo mộc hoặc gia vị đun sôi trong hèm bia trước khi lên men Sau này, hoa bia đã trở thành nguyên liệu chính thay thế gruit để tạo ra vị đắng cho Ale.
Các loại ale hiện đại như: Brown ale, Pale ale, Indian Pale Ale, Golden ale, Scotch ale, Cask ale b Bia sản xuất theo phương thức lên men chìm
Lager là loại bia phổ biến nhất toàn cầu, có nguồn gốc từ Trung Âu, với tên gọi xuất phát từ từ "lagern" trong tiếng Đức, nghĩa là "lưu trữ" Men bia lager thuộc loại lên men chìm, thường được lên men ở nhiệt độ từ 7-12 °C (45-55 °F) và trải qua quá trình lên men thứ cấp lâu dài ở nhiệt độ 0-4 °C (30-39 °F).
Trong giai đoạn lên men thứ cấp, bia lager được sản xuất ở nhiệt độ lạnh khoảng 40 °F (pha lager hóa), giúp kiểm soát quá trình sản xuất tự nhiên các este và phụ phẩm khác Điều này tạo ra hương vị bia "khô và lạnh hơn".
Lager bao gồm nhiều loại như Pale lager, Vienna lager và Vienna lager dark, trong đó Pale lager là phong cách bia phổ biến và thương mại nhất Một số thương hiệu nổi tiếng của loại bia này bao gồm Pilsner Urquell, Molson Canada, Miller, Stella Artois, Beck's, Brahma, Budweiser Budvar, Corona, Snow, Tsingtao, Singha, Kirin, Heineken, Carling, Foster's, Carlsberg, Birra Moretti và Tennents.
1.1.3.4 Phân loại bia theo hương vị (bia hỗn hợp)
Bia hỗn hợp, hay còn gọi là bia lai, là loại bia được sản xuất bằng cách kết hợp các nguyên liệu và công nghệ hiện đại với các phương pháp truyền thống Các thể loại bia hỗn hợp này đa dạng và phong phú, mang đến trải nghiệm mới lạ cho người tiêu dùng.
Bia hoa quả và bia rau cỏ là sự kết hợp độc đáo giữa các loại phụ gia từ trái cây và rau xanh, mang lại hương vị hài hòa và đặc trưng sau quá trình lên men.
TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
1.2.1 Tình hình phát triển ngành công nghệ sản xuất bia trên thế giới
Hiện nay, hơn 25 quốc gia trên thế giới sản xuất bia với tổng sản lượng đạt 100 tỷ lít mỗi năm Trong số đó, Mỹ và Đức mỗi nước sản xuất khoảng 10 tỷ lít bia hàng năm, trong khi Trung Quốc cũng đóng góp đáng kể vào thị trường bia toàn cầu.
Lượng tiêu thụ bia toàn cầu đạt 7 tỷ lít/năm, với sự gia tăng đáng kể ở hầu hết các khu vực, ngoại trừ 4 vùng Địa Trung Hải Trung Quốc, Thái Lan và Philippines ghi nhận tốc độ tăng trưởng lên đến 11.2% Châu Á hiện đang trở thành khu vực dẫn đầu về tiêu thụ bia, theo nhận định của các nhà nghiên cứu thị trường.
Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu giảm, Châu Á chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ với mức tiêu thụ bia bình quân tăng 6.5% mỗi năm Thái Lan dẫn đầu với mức tăng 26.5% mỗi năm, theo sau là Philippines 22.2%, Malaysia 21.7% và Indonesia 17.7% Thị trường bia Nhật Bản chiếm 66% tổng thị trường khu vực, đạt giá trị 30.9 tỷ USD Năm 1939, sản lượng bia Nhật Bản chỉ đạt 30 triệu lít, tương đương với mức tiêu thụ hiện tại của Việt Nam Đến năm 1960, sản lượng bia vượt qua 100 triệu lít, và đến năm 1991, mức tiêu thụ bình quân đầu người đạt 55.6 lít/năm Năm 2004, lượng bia tiêu thụ đã vượt qua con số ấn tượng.
Ngành công nghiệp bia Trung Quốc đã trở thành động lực chính cho sự phát triển của ngành bia tại Châu Á Từ năm 1980 đến 1990, sản lượng bia tại Trung Quốc đã tăng mạnh từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tương ứng với mức tăng gấp 17 lần Thời kỳ từ 1981 đến
1987, mức tăng trưởng trên 20% Đến năm 2004, tổng lượng bia tiêu thụ ở Trung Quốc là 28.640 triệu lit, xếp thứ hạng đầu tiên trên thế giới
1.2.2 Tình hình phát triển ngành công nghệ sản xuất bia tại Việt Nam
Ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam có lịch sử hơn 100 năm, bắt đầu với xưởng sản xuất bia Chợ Lớn do Victor Laruer mở vào năm 1875, tiền thân của tổng công ty Bia-Rượu-Nước giải khát Sài Gòn Tại miền Bắc, vào năm 1889, người Pháp Hommel đã mở xưởng bia ở Đại Yên-Ngọc Hà, sau này trở thành tổng công ty Bia-Rượu-Nước giải khát Hà Nội Ngành sản xuất bia đã ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ trong thời kỳ mở cửa, đồng thời phát triển về quy mô và công nghệ, trở thành một ngành công nghiệp có thế mạnh trong bối cảnh Việt Nam hội nhập WTO.
Việc đầu tư xây dựng các nhà máy bia được triển khai mạnh mẽ từ năm
Từ năm 1990 đến nay, số lượng nhà máy bia tại Việt Nam đã tăng lên đáng kể, với 469 nhà máy vào năm 1998, có quy mô sản xuất từ 100 nghìn lít đến 100 triệu lít mỗi năm Mức tiêu thụ bia bình quân đầu người cũng tăng nhanh chóng, từ dưới 10 lít/người vào năm 1996 lên 18 lít/người vào năm 2006.
Ngành sản xuất bia tại Việt Nam đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ do nhu cầu thị trường tăng cao, với việc đầu tư mở rộng các nhà máy bia hiện có và xây dựng mới Trong năm năm qua, sự tăng trưởng GDP, dân số, đô thị hóa và đầu tư đã thúc đẩy ngành công nghiệp bia phát triển nhanh chóng Cụ thể, năm 2003, sản lượng bia đạt 1.290 triệu lít, tăng 20,7% so với năm 2002, đạt 79% công suất thiết kế, với mức tiêu thụ bình quân đầu người là 16 lít/năm, góp phần đáng kể vào ngân sách nhà nước.
Số lượng cơ sở sản xuất bia đã giảm đáng kể từ những năm cuối thập niên 1990, chỉ còn 326 cơ sở vào năm 2003 so với 469 cơ sở vào năm 1998 Nguyên nhân chính là do yêu cầu ngày càng cao về chất lượng bia và vệ sinh an toàn thực phẩm, cùng với sự xuất hiện của nhiều doanh nghiệp lớn sở hữu thiết bị hiện đại và công nghệ tiên tiến Điều này dẫn đến sự cạnh tranh khốc liệt, khiến nhiều cơ sở sản xuất quy mô nhỏ và chất lượng thấp không đủ khả năng cạnh tranh đã phải phá sản hoặc chuyển sang sản xuất các sản phẩm khác.
Thị trường bia tại Việt Nam đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của các thương hiệu nội địa như Sài Gòn, Sài Gòn Special, 333, Hà Nội, Halida, cùng với các thương hiệu quốc tế như Heineken và Tiger Tổng lượng tiêu thụ bia của những thương hiệu này đạt 713.8 triệu lít, chiếm 55,24% thị phần Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít được trang bị hệ thống thiết bị hiện đại nhập khẩu từ các quốc gia có nền công nghiệp bia phát triển như Đức và Đan Mạch Ngoài ra, các nhà máy có công suất trên 20 triệu lít/năm cũng đã đầu tư nâng cấp công nghệ và đổi mới thiết bị để cải thiện quy trình sản xuất.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
2.1 LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Lọc bia Bão hòa CO2, tàng trữ
Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia với 100% từ malt
2.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Trong sản xuất bia, bốn loại nguyên liệu chính gồm malt đại mạch, hoa houblon, nước và nấm men đóng vai trò quan trọng quyết định chất lượng bia thành phẩm Hiểu rõ đặc điểm và tính chất của từng nguyên liệu là cần thiết để lựa chọn nguyên liệu đạt tiêu chuẩn, từ đó tối ưu hóa hiệu suất trong quy trình sản xuất bia.
Malt là hạt ngũ cốc đã nảy mầm, bao gồm đại mạch, tiểu mạch và thóc nếp Malt đại mạch được chế biến từ hạt đại mạch nảy mầm thông qua các công đoạn làm sạch và phân loại, ngâm nước, nảy mầm, sấy khô, và xử lý để tàng trữ.
Hình 2 1.Hình ảnh malt đại mạch a Vai trò của malt đại mạch
Hạt đại mạch cung cấp tinh bột cho quá trình đường hoá, tạo ra đường cần thiết cho sự lên men rượu Trong quá trình nảy mầm, hạt đại mạch hình thành một lượng lớn enzyme, giúp phân giải các hợp chất glucid và protein trong malt thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng để lên men.
Malt là nguyên liệu chính trong sản xuất bia, đóng vai trò vừa là tác nhân đường hóa vừa là thành phần chính Malt đại mạch được ưa chuộng vì dễ kiểm soát quá trình ươm mầm và cung cấp tỷ lệ enzyme lý tưởng cho sản xuất bia Với lớp vỏ dai, malt đại mạch không bị nghiền nát quá mức, tạo ra lớp lọc xốp hiệu quả Đặc biệt, malt đại mạch mang hương vị đặc trưng, nổi bật hơn so với các loại malt khác.
Nhiều năm nghiên cứu cho thấy bia sản xuất từ malt đại mạch có hương vị và tính chất công nghệ vượt trội so với bia từ malt của các loại hạt khác Thành phần hóa học của malt đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự khác biệt này.
Bảng 2 1: Bảng thành phần hóa học học của malt( tính theo % chất khô)
STT Thành phần hóa học % chất khô
9 Hectoza và pentoza không hoà tan
10 Một số chất màu, thơm, đắng 1.7 c Hệ thống enzyme trong malt
Hệ thống enzyme trong malt bao gồm các loại enzyme amylaza, proteaze và phosphataze Đa số các enzyme này tập trung ở phôi mầm, trong khi một phần nhỏ hiện diện ở dưới nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ.
Hệ thống enzyme thuỷ phân tinh bột
Enzyme α-amylaza có cơ chất là tinh bột và dextrin, tạo ra sản phẩm maltose và các dextrin mạch ngắn Enzyme này hoạt động hiệu quả nhất ở nhiệt độ 72-76 độ C và pH 5.8 Trong quá trình nảy mầm, hoạt tính của α-amylaza có thể tăng lên từ 4 đến 8 lần.
Enzyme β-amylaza có vai trò quan trọng trong việc phân cắt tinh bột thành đường maltoza, đồng thời tạo ra một lượng nhỏ glucoza và dextrin phân tử thấp Enzyme này chỉ phân cắt liên kết 1-4 glucozit từ đầu mạch của phân tử tinh bột, không tác động đến liên kết 1-6 glucozit Hoạt động tối ưu của enzyme diễn ra ở nhiệt độ từ 62 đến 65 độ C và pH từ 5.5 đến 5.8 Đặc biệt, trong quá trình nảy mầm, hoạt tính của β-amylaza có thể tăng lên từ 4 đến 8 lần.
Enzyme amilophosphotaze hỗ trợ quá trình thủy phân tinh bột bằng cách cắt các mối liên kết este của acid phosphoric trong phân tử amilopectin, giúp tinh bột dễ dàng hồ hóa hơn Enzyme này hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 70°C và pH 5 Trong quá trình nẩy mầm, hoạt tính của α-amylaza tự do tăng lên từ 18 đến 21 lần.
Enzyme proteinaza: tấn công các phân tử protein tạo ra sản phẩm trung gian: pepton, peptid, polypeptid Enzyme này hoạt động tối ưu ở: topt = 50 – 55
Enzyme peptidaze: phân cắt các peptid tạo thành các acid amin trong hạt malt Enzyme này hoạt động tối ưu ở: topt = 40 – 45 0 C, pHopt = 7.3 – 7.9
Enzyme amidaze đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy các muối amit, tạo ra NH3 và acid amin, từ đó ảnh hưởng đến tính chất và hàm lượng protein trong malt đại mạch Enzyme này hoạt động hiệu quả nhất ở nhiệt độ từ 45 đến 50 độ C và pH tối ưu từ 7.3 đến 8.0.
Hệ thống enzyme photphataza: gồm saccharophosphataza, phytaze, glyxerophosphataza, amilophosphataze…tham gia thúc đẩy và xúc tác cho các quá trình este hoá trong quá trình ươm mầm
Phytaze: phá mối liên kết este của phytin và giải phóng rượu inozit và acid phosphoric tự do, với: topt = 40 – 50 0 C, pHopt = 5.0 – 5.5
Các enzyme trong nhóm này có khả năng phá vỡ các liên kết ester của hợp chất hữu cơ chứa phosphate, giải phóng acid phosphoric tự do Trong quá trình nẩy mầm, hoạt tính của α-amylaza tự do tăng từ 4 đến 8 lần Tiêu chuẩn malt được sử dụng trong sản xuất bia cũng rất quan trọng.
Bảng 2 2:Bảng các chỉ tiêu tổng hợp của malt vàng
STT Chỉ tiêu kiểm tra Tiêu chuẩn
1 Ngoại quan Màu vàng rơm, không mốc, không sâu
4 Độ hòa tan trên chất khô xay nhuyễn >%
10 Tốc độ lọc Bình thường
Hoa houblon, hay còn gọi là Humulus lupulus, là nguyên liệu quan trọng thứ hai sau malt đại mạch trong sản xuất bia, và hiện tại không có nguyên liệu nào có thể thay thế Đây là loại thực vật lưu niên đơn tính thuộc họ Gai mèo (cannabinaceae), trong đó chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn để đảm bảo giá trị công nghệ Nếu hoa đã thụ phấn, giá trị của nó sẽ giảm, vì vậy cần phải loại bỏ ngay những cây đực trong vườn houblon.
Hình 2 2.Hình ảnh hoa houblon a Vai trò của hoa houblon
Các chất có giá trị của hoa Houblon đối với công nghệ bia
Chất đắng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất bia, mang lại vị đắng dịu và tăng cường sức căng bề mặt, giúp bọt bia lâu tan Ngoài ra, chất đắng còn có tính kháng khuẩn, tăng cường độ bền sinh học cho bia Thành phần chính của chất đắng trong hoa bao gồm acid đắng và nhựa đắng.
Tinh dầu hoa Houblon hòa tan trong dịch đường, mang đến cho bia hương thơm đặc trưng, nhẹ nhàng và dễ chịu Thành phần hóa học của tinh dầu này rất phức tạp, với hơn 100 hợp chất, chủ yếu là terpen, rượu, este, aldehit và axit Trong quá trình đun sôi hoa Houblon với dịch đường, khoảng 98% tinh dầu bay hơi, chỉ còn lại 2% trong bia, nhưng chính lượng nhỏ này lại quyết định hương thơm đặc sắc của sản phẩm.
Tanin trong hoa Houblon là các polyphenol thuộc nhiều nhóm khác nhau như cumarin, flavalon và catechin Những tanin này dễ hòa tan trong nước và dịch đường, cho phép chúng hòa quyện vào dịch đường trong quá trình Houblon hóa Điều này dẫn đến việc hình thành các hợp chất không hòa tan khi kết hợp với protein cao phân tử, giúp loại bỏ các cấu tử protein khó biến tính và lắng đọng ra khỏi dịch đường.
Bảng 2 3:Bảng thành phần hóa học của hoa houblon
STT Thành phần hóa học % chất khô
11 Xenlluloza, lignin và các chất khác 40 -50 c Các chế phẩm hoa houblon
Sấy nhẹ ở 50 O C (W < = 11%) sau đó ép thành bánh cho bao chống ẩm 50kg Chủ yếu trước đây dùng hoa cánh khô
Hoa viên: chiếm 1/3 thị trường với nhiều dạng
- Hoa viên 45 (giàu α-axit): Từ 100kg hoa thu được 45kg sản phẩm giàu α- axit
Houblon Tách hạt lubulin ở nhiệt độ thâps (-20 o C) + cánh hoa Nghiền và rây Ép viên Đóng gói
Loại 45 là loại bổ sung thêm các hạt lupulin (nơi chứa các chất đắng, tinh dầu hoa houblon)
- Hoa viên đắng loại viên 90: từ 100kg thu được 90kg sản phẩm
Houblon Sấy khô( 50 o C, W 7-9%) Nghiền( bột 1-5 mm) Ép thành viên( thực hiện ở điều kiện chân không hay khí trơ)
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1 LÊN KẾ HOẠCH SẢN XUẤT
Nhà máy được thiết kế với năng suất 17 triệu lít/ năm với các thông số sản phẩm như sau:
Cơ cấu sản phẩm: 100% bia chai
Nồng độ dịch đường trước khi lên men: 12 o Bx
Nồng độ dịch đường sau quá trình lên men chính: 3 o Bx
Sử dụng nguyên liệu: 100% từ malt
Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa và bốn mùa ở miền Bắc, có nhu cầu tiêu thụ bia biến đổi theo mùa Vào mùa hè, lượng bia tiêu thụ tăng cao, trong khi mùa đông lại giảm Do đó, các nhà máy bia cần lập kế hoạch sản xuất hợp lý để tránh tình trạng dư thừa và lãng phí sản phẩm.
Bảng 3 1:Bảng kế hoạch sản xuất của nhà máy theo quý
Trung bình mỗi tháng sẽ sản xuất 25 ngày, những ngày còn lại để tu dưỡng, bảo trì máy móc và thiết bị
Dây chuyền sản xuất được thiết kế và lựa chọn dựa trên năng suất tối ưu của nhà máy, cụ thể là theo tiêu chí quý II.
Năng suất lớn nhất 1 tháng: 2 triệu lít
Năng suất lớn nhất 1 ngày: 80000 lít
Mỗi ngày nấu 3 ca, năng suất lớn nhất mỗi mẻ: 26667 lít
3.2 TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM
Trong quá trình sản xuất bia, tổn thất là điều không thể tránh khỏi ở từng công đoạn, do đó, việc tính toán lượng tổn thất là rất cần thiết Để đơn giản hóa, chúng ta sẽ xem xét tổn thất cho 100 lít bia với giả thiết độ ẩm dao động từ 5-7%.
Bảng 3 2:Tổn thất (tính theo%)trong từng quy trình sản xuất
Qúa trình tổn thất Tổn thất (tính theo %)
Lọc Nấu hoa Lắng xoáy
Lọc bia Bão hòa CO2
1% so với trọng lượng nguyên liệu
2% lượng dịch 1% lượng dịch 6% lượng dịch 0.5% lượng dịch 2% lượng dịch 3% lượng dịch 1% lượng dịch 0.5% lượng dịch 3% lượng dịch
3.2.1 Tính lượng bia và lượng dịch đường qua các công đoạn
Qúa trình chiết bia tổn thất 3% so với lượng bia đem chiết
Lượng bia trước khi chiết chai:
1 − 0.03 = 103.09 L Qúa trình bão hóa CO2 tổn thất 0.5% so với lượng dịch
Lượng bia trước khi sục khí CO2:
1 − 0.005 = 103.61 L Qúa trình lọc bia tổn thất 1% so với lượng dịch
Lượng bia trước khi lọc:
1 − 0.01 = 104.66 L Qúa trình lên men tổn thất 3% so với lượng dịch
Lượng bia trước khi lên men chính và lên men phụ:
1 − 0.03 = 107.9 L Qúa trình làm lạnh nhanh tổn thất 2% so với lượng dịch
Lượng dịch đường trước khi làm lạnh nhanh:
Vì trong quá trình làm lạnh nhanh có xảy ra sự co thể tích (hệ số co thể tích là 4%) Lượng dịch đường ở 100 o C
1 − 0.04 = 114.69 L Qúa trình lắng tổn thất 0.5%
Lượng dịch đường trước khi lắng:
1 − 0.005 = 110.65 L Qúa trình nấu hoa tổn thất 6% so với lượng dịch
Lượng dịch đường trước khi nấu hoa:
1 − 0.06 = 117.71 L Dịch đường sau khi đun hoa có nồng độ chất khô 12 o Bx, d= 1.048
Khối lượng dịch đường sau khi đun hoa:
110.65 x 1.048 = 123.36 kg Lượng chất chiết bằng 12%
123.36 x 0.12= 14.8 kg Qúa trình lọc tổn thất 1%
Lượng chất chiết trước quá trình lọc:
1 − 0.01 = 14.95 kg Qúa trình đường hóa tổn thất 2%
Lượng chất chiết ban đầu:
Gỉa sử lượng malt cần dùng để sản xuất 100l bia là X (kg)
Thì lượng chất chiết thu được từ X(kg) malt có độ ẩm 6%, độ hòa tan 85% và tổn thất nghiền 1% là:
Vậy: Lượng malt cần dùng để sản xuất 100l bia là 19.3 kg
Lượng malt đem nấu 19.3 kg
Lượng chất khô không hòa tan: 15% Độ ẩm: 6%
Tổn thất trong quá trình nghiền: 1%
Do đó, lượng chất khô trong bã malt
19.3 x (1-0.01) x (1-0.06) x 15% = 2.69 kg Gỉa sử bã có hàm ẩm 80% thì khối lượng bã malt ướt:
1 − 0.8 = 13.45 kg Lượng nước có trong bã malt:
3.2.4 Tính lượng nước sử dụng trong quá trình đường hóa và rửa bã
Lượng nước sử dụng trong quá trình đường hóa
Lượng malt cho vào trong nồi đường hóa
Tỷ lệ nước : malt là 4:1
Do đó, lượng nước cần dùng để phối trộn với malt:
19.107 x 4 = 76.428 lít Lượng nước có sẵn trong malt:
76.428 x 0.06 = 4.59 kg Lượng nước có trong nồi đường hóa:
Tổng lượng nước và dịch trong nồi đường hóa:
81.02 + 19.107 = 100.127 kg Sau khi đường hóa, lượng nước bay hơi 4%
Do đó, lượng dịch còn lại là:
100.127 x (1-0.04) = 96.12 kg Lượng nước rửa bã
Lượng nước có trong dịch sau quá trình đường hóa:
81.02 x (1 – 0.04) = 77.78 lít Lượng nước có trong dịch sau nấu hoa (dịch có nồng độ 12 o Bx):
Khi nấu hoa, lượng nước bay hơi 6%
Lượng nước có trong dịch đường trước khi nấu hoa:
Ta có: V nước rửa bã = V nước trong bã + V nước trong dịch sau đun hoa - V nước sau đường hóa
3.2.5 Tính các nguyên liệu khác
Sản phẩm là bia chai khi nấu sẽ có độ đắng 22 độ tức là hàm lượng chất đắng 22 mg/l = 2.2 g/100 lít
Gỉa sử lấy hiệu suất trích ly chất đắng trong quá trình nấu hoa là 30% thì lượng chất đắng ban đầu ứng với 100 lít bia thành phẩm là:
Sử dụng 80% hoa viên (8% α- axit đắng) và 20% cao hoa (60% α- axit đắng)
Gỉa sử: Lượng hoa viên sử dụng là x (g)
Lượng cao hoa sử dụng là 0.25x (g)
Thì: Lượng chất đắng có trong hoa viên là 0.08x (g)
Lượng chất đắng có trong cao hoa là 0.15x (g)
Tổng lượng chất đắng ban đầu là:
Lượng hoa viên sử dụng là:
7.33 0.23 = 31.87 g Lượng cao hoa sử dụng là:
Lượng dịch trước khi lên men: 107.9 lít
Lượng men giống nuôi cấy trực tiếp cấp bằng 10%, lượng dịch đưa vào lên men là:
107.9 x 0.1 = 10.79 lít Lượng men sữa cấp bằng 1% lượng dịch đưa vào lên men là:
Thông thường với 100 lít bia thì cần khoảng 0.073 kg bột trợ lọc
3.2.5.3 Lượng oxy cần cung cấp
Trong quá trình nấu hoa và lắng, lượng oxy trong dịch giảm đáng kể Do đó, cần thực hiện sục không khí vô trùng để đạt yêu cầu tối thiểu là 6 mg/l.
Hàm lượng oxy trong không khí vô trùng là 20% Coi hệ số hấp phụ của oxy là 0.6
Vậy khối lượng không khí cần bổ sung vào trước khi lên men:
Vậy Lượng oxy thích hợp để cung cấp cho dịch đường trước khi lên men là:
3.2.6 Tính các sản phẩm phụ
Theo mục 3.2.3 ta tính được
Lượng bã malt có độ ẩm 80% là: 13.45 kg
Gỉa sử lượng cao hoa hòa tan hoàn toàn, chỉ tính bã cho lượng hoa viên Lượng chất không hòa tan trong hoa 60% Độ ẩm của bã hoa 80%
1 − 0.8 = 95.61g Lượng nước trong bã hoa là:
Gỉa sử 100kg nguyên liệu có khoảng 1.75 kg cặn lắng, có độ ẩm 80% Với 100 lít bia có lượng nguyên liệu là:19.3 kg
Lượng cặn lắng cả ẩm:
Cứ 100 lít bia cho 2 lít sữa men có độ ẩm 85%
Tái sử dụng 50% tương đương với 1 lít/ 100 lít bia và thải bỏ 1 lít/ 100 lít bia
Lượng dịch trước khi đưa vào lên men: 107.9 lít có d=1.048
Khối lượng dịch lên men: 107.9 x 1.048= 113.08 kg
Dịch đường có nồng độ 12 o Bx Khối lượng chất chiết:
113.08 x 0.12 = 13.57 kg Gỉa sử toàn bộ dịch đường là maltoza và hiệu suất quá trình lên men 60% Thì lượng CO2 tạo thành:
342 = 4.19 kg Lên men chính tổn hao 3% thể tích dịch lên men Do đó, thể tích bia non ứng với 100 lít bia thành phẩm là:
107.9 x 0.97= 104.66 lít Lượng CO2 hòa tan trong bia (2g/lít bia non)
2 x 104.66 = 209.32 g = 0.209 kg Lượng CO2 thoát ra:
4.19 – 0.209 = 4 kg Ở nhiệt độ 20 o C, áp suất 1 atm, 1m 3 CO2 nặng 1.832 kg Thể tích CO2 bay ra là:
4 : 1.832 = 2.19 m 3 Thường chỉ thu hồi được 70% Thể tích CO2 thu hồi là:
2.19 x 0.7 = 1.53 m 3 Trong quá trình lọc CO2 bị thất thoát 1 phần nên hàm lượng CO2 trong bia sau khi lọc vào khoảng 2g /lít Cuối quá trình lọc cần cấp CO2 để ép nốt dịch lọc cuối đồng thời trong quá trình tàng trữ cần trực tiếp bão hòa CO2 trong bia để hàm lượng CO2 đạt tới 4.5 g/ lít
Lượng CO2 cần bão hòa thêm để đạt 4.5 g/ lít là:
4.5 x 104.66 – 2 x 103.61 = 263.75 g = 0.264 kg Thể tích CO2 cần bão hòa thêm là:
3.2.6.6 Tính lượng cồn có trong bia
Theo phương trình lên men, cứ 342 g C12H22O11 tạo ra 184 g cồn
Suy ra lượng cồn tạo ra là:
342= 4.38 kg Đôỉ ra thể tích ở 20 độ C:
% thể tích của cồn có trong bia thành phẩm là:
3.2.6.6 Lượng nút chai, nhãn mác, số chai
Sản lượng bia cho mỗi mẻ 100 lít, loại chai sử dụng có thể tích 330ml nên số chai khoảng 304 chai
Ngoài ra, hao tốn chai trong quá trình chuẩn bị khoảng 10% nên số chai cần dùng 308 chai và cũng là số chiếc nút, nhãn mác cần
Mỗi két chứa 24 chai, 100 lít mẻ cần dùng khoảng 13 két
Bảng 3 3:Bảng cân bằng sản phẩm bia chai
STT Sản phẩm Đơn vị
4 Bia trước khi bão hòa lít 103.61 27629.68 82800 2072200
5 Bia trước khi lọc lít 104.66 27909.68 83728 2093200
6 Bia trước khi lên men lít 107.9 28773.69 86320 2158000
7 Dịch trước khi làm lạnh lít 110.10 29360.37 88080 2202000
8 Dịch trước khi lắng lít 110.65 29507.04 88520 2213000
9 Dịch trước khi nấu hoa lít 117.71 31389.73 94168 2354200
10 Nước vào nồi đường hóa lít 100.127 26700.87 80101.6 2002540
13 Men sữa tái sử dụng lít 1.079 287.74 863.2 21580
18 Sữa men thu hồi lít 2 533.34 1600 40000
19 Sữa men thải bỏ lít 1 266.67 800 20000
TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ
Trong nhà máy sản xuất bia, thiết bị được sắp xếp theo tiến trình công nghệ, và việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố như năng suất, thời gian sử dụng và hiệu quả kinh tế Do đó, khi chọn thiết bị trong phân xưởng, cần cân nhắc để đáp ứng yêu cầu công nghệ đồng thời tối ưu hóa hiệu quả kinh tế Bài toán cụ thể là tính toán thiết bị cho nhà máy sản xuất bia chai với năng suất 17 triệu lít/năm, sử dụng 100% nguyên liệu từ malt.
Dựa trên quy trình công nghệ sản xuất đã trình bày ở chương 2 và các thông số cân bằng sản phẩm được tính toán ở chương 3, chúng ta sẽ tiến hành lựa chọn và tính toán thiết bị cho từng khu vực, bao gồm khu vực sơ chế, khu vực nấu, khu vực lên men và khu vực hoàn thiện sản phẩm.
4.1 THIẾT BỊ TRONG KHU VỰC SƠ CHẾ
Lượng malt cần dùng cho 1 mẻ là: 5146.73 kg Malt được đựng trong các bao 50kg nên ta có thể đếm bao và cân số lẻ bằng cân điện tử
Ta chọn cân có đặc điểm như sau:
- Loại cân điện tử chỉ thị số
- Dung sai: tối thiểu: ±100𝑔 – tối đa: ±300𝑔
Để nghiền malt cho một ngày, cần tối đa 5146.73 kg malt Chúng ta chọn máy nghiền malt đôi trục với thời gian nghiền mỗi mẻ khoảng 2 giờ và hệ số sử dụng đạt 70%.
Năng suất thực tế của máy nghiền là:
2 × 0.7 = 3676.24 kg h Vậy chọn máy nghiền malt có thông số kỹ thuật như sau:
- Loại máy: máy nghiền 2 đôi trục
- Tốc độ quay của roto: 500 vòng/ phút
Lượng malt cần nấu cho một mẻ: X1 = 5146.73 kg
Khối lượng riêng của malt: 560 (kg/m 3 )
Hệ số chứa đầy thùng: 90%
Thể tích bột chứa malt:
V = X 1 : (560 × 0.9) = 10.21 m 3 Chọn thùng bằng inox 304, hình trụ, đáy nón
H: chiều cao phần trụ h: chiều cao phần nón
Vậy: Thùng chứa bột malt là thùng hình trụ có chiều cao 2.23 m, bán kính 1.12 m và đáy nón có chiều cao 1.12 m
4.2 THIẾT BỊ TRONG KHU VỰC NẤU
Chọn thiết bị đường hóa
Nồi đường hóa có thiết kế hai lớp vỏ, hình trụ với đáy chỏm cầu và nắp hình nón Sản phẩm được chế tạo từ thép không gỉ, có khả năng chịu axit Thân và đáy nồi được trang bị áo hơi hai lớp dày 100mm để gia nhiệt hiệu quả.
Phía trên nồi có cửa quan sát, đường kính 400mm, cấu trúc kín Đỉnh nắp có ống thoát hơi
Chọn thiết bị đường hóa có các thông số như sau:
Tính toán nồi đường hóa
Theo phần tính toán cân bằng vật chất ta có:
Khối lượng dịch trong nồi đường hóa: 26700.87 kg
Khối lượng riêng của hỗn hợp dịch d =1.08 kg/l Thể tích của hỗn hợp dịch trong nồi đường hóa:
Hệ số sử dụng thùng là: 0.75
Thể tích nồi đường hóa:
24723.03 0.75 = 32.96 m 3 Mặt khác, thể tích nồi được tính:
Vậy kích thước của nồi đường hóa:
Lớp vỏ ngoài cách lớp vỏ trong 100 mm Đường kính ngoài của nồi:
Chọn chiều cao chân thiết bị 1500 mm
Chiều cao toàn bộ thiết bị nồi đường hóa: 5129 mm Đặc tính khuấy
- Chọn cánh khuấy cong hình mỏ neo có đường kính 0.8D: 3056 mm
- Số vòng quay của cánh khuấy: 30 vòng/ phút
Thiết bị được thiết kế với một lớp vỏ bằng thép không gỉ dày 5 mm, có hình dạng thân trụ và đáy bằng, cùng nắp nón Ở phía trên, thiết bị có cửa quan sát với đường kính 400 mm và ống thoát hơi đường kính 200 mm, cao 6000 mm, được trang bị phần chống mưa và giá đỡ.
Thiết bị được trang bị một hệ thống cánh khuấy với các lưỡi dao nhằm tạo lớp lọc và khuấy đảo bã Ở đáy thiết bị, có hệ thống ống roobine để thu gom dịch đường, cùng với cửa thoát bã malt có đường kính 500 mm.
Chọn thiết bị lắng đáy bằng có các thông số sau: Đường kính: D
Khoảng cách từ đáy bằng đến đáy chóp cụt: 20cm
Hệ số sử dụng thùng: 0.75
Khối lượng bã malt tương ứng với 1 mẻ nấu: 3586.71 kg
Khối lượng riêng bã: 0.75 kg/l
Muốn quá trình lọc được xảy ra bình thường thì chiều cao lớp bã vào khoảng 0.3 – 0.5 m Chọn chiều cao lớp bã 0.4m
Lớp vỏ bảo ôn dày 100 mm, đường kính ngoài của thùng 4.2 m
Diện tích đáy lọc thực tế: πD 2
4 = 12.56 m 2 Khối lượng dịch lọc còn lại sau quá trình đường hóa:
96.12 x 266.67 = 25632.32 kg Thể tích của dịch còn lại sau đường hóa
25632.32 : 1.08 = 23733.63 lít Chiều cao của lớp dịch lọc trong nồi:
Hệ số sử dụng thùng là 0.75 Thể tích thùng:
12 = 31.64 => H = 6.33 m Đáy giả cách đáy thật 20 cm, chiều cao thực của thùng: 2.45 m
Vậy kích thước của thùng lọc:
Chọn chiều cao chân thiết bị 1500 mm
Chiều cao toàn bộ thiết bị lắng: 8630 mm
Tính số ống dẫn dịch:
Trong thực tế, cứ 1.2 m 2 diệc tích lọc cần 1 ống dẫn dịch
Số ống dẫn dịch sẽ là:
12.56 : 1.2 = 10.46 Chọn số ống dẫn dịch là 7, đường kính ống: d= 34mm, dng= 38mm
Chiều cao dao: h = 0.5H = 3265 mm Đường kính trục dao: d = 0.8D = 5224 mm
Tốc độ quay: 6 – 8 vòng/ phút
Thiết bị nấu hoa là nồi hai vỏ có hình trụ, với đáy và nắp hình nón, được chế tạo từ thép không gỉ, đảm bảo chịu được tính axit và áp suất cao với độ dày 5mm Thiết bị này có ống thoát hơi đường kính ϕ = 400 mm và cửa quan sát cũng với đường kính ϕ = 400 mm Bên trong, thiết bị được trang bị ống chum để gia nhiệt hiệu quả.
Nồi nấu hoa có các thông số kỹ thuật sau: Đường kính: D
Lượng dịch đường trước khi nấu hoa cho 1 mẻ nấu:
Hệ số sử dụng nồi nấu hoa: 0.7
Thể tích thực của nồi nấu hoa:
31389.73 : 0.7 = 44.84 m 3 Mặt khác, Thể tích của nồi nấu hoa:
Vậy nồi nấu hoa có các thông số kỹ thuật sau:
Lớp vỏ ngoài cách lớp vỏ trong 100 mm
Đường kính ngoài của nồi: 4510 mm
Chọn chiều cao cho chân nồi 1500 mm
Chiều cao của toàn bộ nồi nấu:
4.2.4 Thùng lắng sau khi nấu hoa
Thiết bị được cấu tạo từ thép không gỉ, có hình trụ với đỉnh hình nón và đáy bằng, có khả năng chịu áp suất cao Trên thiết bị có ống thoát hơi đường kính 300mm và cửa quan sát đường kính 400mm, bên trong trang bị hệ thống vệ sinh và đèn chiếu sáng Đáy thiết bị được thiết kế hình nón để dễ dàng tháo bã và vệ sinh, với độ nghiêng nhỏ nên có thể coi như đáy bằng trong tính toán Dịch đường được bơm ở độ cao 1/3 chiều cao thùng, theo phương tiếp tuyến với thân thùng, với vận tốc 12-14 m/s Dưới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực, các cặn lắng và bã hóa sẽ tập trung ở giữa và lắng xuống đáy thùng.
Thùng lắng có các thông số kỹ thuật như sau: Đường kính: D
Hệ số sử dụng của thùng: 0.7
Lượng dịch đường trước khi lắng xoáy cho 1 mẻ nấu:
Thể tích thực của thùng: 29507.04 : 0.7 = 42.15 m 3
Mặt khác, thể tích của thùng được tính theo công thức:
Vậy thùng lắng sau khi nấu hoa có các thông số kỹ thuật như sau:
Chọn chiều cao chân đế 1500 mm
Chiều cao toàn bộ thiết bị: 5778 mm
4.2.5 Máy làm lạnh nhanh và sục khí
Thiết bị làm lạnh nhanh một cấp, làm bằng thép không gỉ, có kết cấu khung với kết cấu ép bọc thép không gỉ
Lượng dịch đường cần làm lạnh 1 mẻ: 29360.37 lít
Thời gian làm lạnh nhanh: 1.5 giờ
Hệ số sử dụng máy 0.7
Vậy chọn máy làm lạnh nhanh nhãn hiệu APV có các thông số kỹ thuật sau:
Nhiệt độ dịch vào 90 o C, nhiệt độ dịch ra 8-9 o C
Nhiệt độ nước vào 2 o C, nhiệt độ nước ra 70-80 o C
Lưu lượng chất tải lạnh: 27.96 m 3 /h
Thiết bị sục khí vào dịch đường
Có cấu tạo bao gồm:
- Bộ lọc sạch vô trùng khí
- Bộ phận sục khí vào dịch đường
- Bộ phận khử trùng bằng tia cực tím
Thiết bị được thiết kế với hai lớp vỏ, có đỉnh hình nón và đáy phẳng, với độ dày 5 mm Bên trong, thiết bị sử dụng hệ thống gia nhiệt ống ruột gà và áp dụng phương pháp đun nóng gián tiếp bằng hơi nước bão hòa.
Thiết bị đun nóng có các thông số kỹ thuật: Đường kính: D
Hệ số sử dụng thùng: 0.85
Sau khi hoàn tất quá trình nấu, việc vệ sinh thiết bị là rất quan trọng Mỗi nồi cần sử dụng 500 lít nước nóng để đảm bảo sạch sẽ Trong khu vực nấu, có bốn thiết bị cần được vệ sinh, bao gồm nồi đường hóa, thùng lọc bã, nồi đun hoa và thùng lắng xoáy.
Lượng nước cần đun: 500 x 4 = 2000 lít
Lượng nước cần dùng để đường hóa, rửa bã cho 1 mẻ nấu:
Tổng lượng nước cần dùng: 31459.06 + 2000 = 33.46 m 3
Hệ số sử dụng thùng 0.85
Thể tích thực của thùng: 33.46 : 0.85 = 39.36 m 3
Mặt khác, thể tích của thùng được tính theo công thức:
Vậy thùng nước nóng có các thông số kỹ thuật:
Thiết bị được thiết kế với một vỏ hình trụ, đáy và nắp hình nón, được chế tạo từ thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn Độ dày của thiết bị là 5mm, và phía trên có cửa quan sát với đường kính ϕ.
= 300mm, bên trong có cánh khuấy để đảo trộn hóa chất
Hệ thống CIP trong khu vực nấu gồm 4 thùng:
Thùng chứa dung dịch NaOH 2%
Thùng chứa dung dịch HNO3 2%
Hệ thống CIP hoàn toàn giống nhau và có các thông số kỹ thuật: Đường kính: D
Mỗi mẻ nấu, lượng chất lỏng sử dụng 5% thể tích nồi cần vệ sinh
Chọn nồi nấu hoa để tính
Hệ số sử dụng thùng 0.8
Thể tích thực của thùng: 44.84 x 0.05
0.8 = 2.8 m 3 Mặt khác, thể tích của thùng được tính theo công thức:
Vậy thùng CIP có thông số kỹ thuật sau:
Bơm dùng cho các nồi nấu
Bơm ly tâm được sử dụng để vận chuyển dịch từ nồi này sang nồi khác, với tổng cộng 5 bơm được lắp đặt Để tính toán năng suất của bơm, cần dựa vào lượng dịch đường chuyển từ bộ lọc sang thiết bị đun hoa.
Thể tích dịch đường trước khi nấu hoa:
117.71 x 266.67 = 31.39 m 3 Thời gian bơm dịch: 45 phút
Hệ số sử dụng bơm: 0.75
31.39 : (0.75 x 0.75) = 55.8 ( m 3 /h) Chọn bơm có năng suất: 56 m 3 /h
Bơm dùng cho CIP nấu
Sử dụng 2 bơm ly tâm, bơm lần lượt từng dung dịch vệ sinh vào thùng sau
1 thời gian ngâm thì bơm về thùng hồi CIP
Thời gian mỗi lần bơm: 10 phút
Hệ số sử dụng bơm: 0.75
Chọn bơm có năng suất 23 m 3 /h
4.3 THIẾT BỊ TRONG KHU VỰC LÊN MEN
Chọn tank có cấu tạo bằng thép không gỉ với thiết kế hình trụ và đáy côn góc 60 độ, nắp chỏm cầu Thùng được trang bị ba khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, lớp bảo ôn, cửa vệ sinh, đường ống CIP, van lấy mẫu, van tháo sữa men, van lấy cặn, van lấy sản phẩm, hệ thống thu hồi CO2, ống thủy, cửa quan sát và van sục khí.
Tank có 3 khoang lạnh: 1 khoang ở đáy và 2 khoang ở thân trụ Trong mỗi khoang có đường vào và đường ra của glycol
Lớp bảo ôn: toàn tank có lớp bảo ôn trừ phần đỉnh tank Vật liệu bảo ôn là bông thủy tinh Chiều dày cách nhiệt 100 mm
Bên ngoài lớp cách nhiệt là lớp tôn Inox dày 2mm
Bộ phận giá đỡ: các tank lên men được đặt ngoài trời trên các giàn giá đỡ bằng bê tông cốt thép
Các thông số kỹ thuật của tank lên men bao gồm:
Vhi: Thể tích hữu ích của tank lên men (m 3 )
Vtr: Thể tích phần không chứa dịch (m 3 )
D: đường kính trong của thiết bị (m) h1: chiều cao phần đáy (h1= 0,866D) (m) h2: chiều cao phần chứa dịch (h2= 1,5D) (m) h3: chiều cao phần không chứa dịch (m) h4: chiều cao phần đỉnh (h4= 0,1D) (m) α: góc đáy côn, chọn α= 60 o
Ta sử dụng thùng lên men có thể chứa được lượng dịch cho 3 mẻ nấu
Thể tích dịch lên men cho 5 mẻ nấu là: Vhi = 86320 lít = 86.32 m 3 Mặt khác, thể tích hữu ích của thiết bị được tính theo công thức:
Lấy thể tích phần trống của thiết bị chiếm 15% tổng thể tích chứa của thùng
85V hi h3 = 0,316D Vậy thiết bị có thông số kỹ thuật như sau:
D = 3950 mm h1 = 3420.7 mm h2 = 5925 mm h3 = 1248.2 mm h4 = 395 mm
Thể tích thực của thiết bị: V = Vtr + V hi = 1.653 D 3 = 101.87 m 3
Chiều cao thùng lên men là:
Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị là 1500 mm
Chiều cao tổng thể của thiết bị là: Htt = 12489 mm
Tank lên men được chế tạo từ thép không gỉ dày 10 mm, đi kèm với lớp áo lạnh và cách nhiệt dày 100 mm Đường kính ngoài của tank là 4150 mm.
Tính số thùng lên men
Thời gian lên men chính: 7 ngày
Thời gian lên men phụ: 15 ngày
Mỗi ngày, quá trình nấu lượng dịch đường cho một tank lên men diễn ra, với chu kỳ lên men kéo dài 22 ngày cho sản phẩm bia chai Ngoài ra, cần khoảng 1 ngày để lọc dịch đường và vệ sinh tank Vì vậy, tổng số tank cần sử dụng là 22 tank, cộng thêm 2 tank dự trữ.
Vậy tổng số tank cần sử dụng: 24 tank
4.3.2 Thiết bị nhân men giống cấp II
THIẾT KẾ XÂY DỰNG NHÀ MÁY
5.1 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY
Khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy, cần chú trọng đến việc tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả công việc Đồng thời, việc tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp và tạo ra tính thẩm mỹ cho nhà máy cũng rất quan trọng.
Bố trí 2 cổng ra vào giúp thuận tiện cho việc di chuyển của cán bộ công nhân và cho quá trình nhập nguyên vật liệu, xuất sản phẩm Đồng thời, việc thiết kế thêm 2 phòng bảo vệ cũng góp phần đảm bảo an ninh cho nhà máy.
Khu vực trước nhà máy bao gồm các công trình như nhà hành chính, hội trường, phòng họp, phòng bảo vệ, nhà ăn, nhà để xe, phòng y tế và phòng giới thiệu sản phẩm Các công trình này được sắp xếp dọc theo chiều dài của nhà máy, hướng về phía gió.
Vùng sản xuất bao gồm các khu vực quan trọng như nhà sản xuất chính, khu lên men, nhà hoàn thiện sản phẩm, kho chứa thành phẩm, phân xưởng lạnh và thu hồi CO2, xưởng cơ điện, cùng với trạm xử lý nước cấp Các khu vực này được bố trí một cách hợp lý, nằm trung tâm sau vùng trước nhà máy và kéo dài dọc theo chiều dài của nhà máy.
Vùng sau nhà máy bao gồm các khu vực quan trọng như kho chứa két, trạm biến áp, nhà vệ sinh, khu chứa bã, trạm xử lý nước thải và khu lò hơi Những khu vực này được bố trí sau vùng sản xuất và ở cuối hướng gió, nhằm đảm bảo sự an toàn và hiệu quả trong hoạt động của nhà máy.
Trong nhà máy, hệ thống đường giao thông được xây dựng nhằm cách ly các khu vực sản xuất và các phân xưởng, đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Đường giao thông chính được thiết kế theo hình vòng tròn, kết nối với hai cổng ra vào các trục giao thông bên ngoài, góp phần quan trọng trong công tác phòng cháy chữa cháy khi có sự cố xảy ra.
Xung quanh nhà máy trồng nhiều cây xanh cách ly với bên ngoài đặc biệt là phía tiếp giáp với đường giao thông bên ngoài nhà máy
5.2 THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY
5.2.1.1 Nhà hành chính - hội trường – phòng họp Được thiết kế theo kiểu hợp khối, thiết kế 2 tầng
Nhà máy bao gồm 1 giám đốc và 2 phó giám đốc chiếm khoảng 54 m 2
Số cán bộ 15, cứ 1 người chiếm khoảng 4 m 2
Số cán bộ kỹ thuật 9, cứ 1 người chiếm 9 m 2
Tổng số công nhân và cán bộ trong nhà máy 250 người
Phòng họp cho cán bộ có diện tích: 72 m 2
Vì xây nhà 2 tầng, diện tích của nhà hành chính: 208.5 m 2
Chọn nhà có kích thước như sau:
Thiết kế 2 phòng bảo vệ cho 2 cồng của nhà máy
Chọn phòng có kích thước như sau:
Chọn nhà có kích thước như sau:
Số lượng người trong nhà máy khoảng 250 người, trong đó số cán bộ công nhân trong 1 ca làm việc: 90 người
Trong 90 người có khoảng 15% đi xe đạp, 85% đi xe máy
Cứ 1 xe máy chiếm 2.2 m 2 , 1 xe đạp chiếm 1 m 2
Diện tích nhà để xe:
Vậy chọn nhà để xe có kích thước như sau:
Nhà máy có các ô tô như sau:
- Ô tô phục vụ việc giao dịch và đi lại của cán bộ (5 chiếc)
- Ô tô chở sản phẩm, chở nguyên vật liệu (10 chiếc)
Chọn gara ô tô có kích thước như sau:
Chọn phòng y tế có kích thước như sau:
5.2.1.7 Nhà giới thiệu sản phẩm
Chọn nhà giới thiệu sản phẩm có kích thước như sau:
Lượng malt sử dụng tối đa trong 1 ngày: 15440 kg
Xây dựng kho nguyên liệu để chứa được trong 1 tháng
Lượng nguyên cần dự trữ cho 1 tháng:
15440 x 25 = 386000 kg Malt được đóng bao 50 kg, cứ 1m 2 thì chứa được 2 bao Các bao xếp thành
Mỗi 1m 2 xếp được 1 lượng nguyên liệu:
Diện tích kho nguyên liệu:
Hệ số sử dụng của kho: 0.7
Diện tích thực của kho:
386 0.7 = 551.43m 2 Chọn nhà kho có kích thước như sau:
Nhà sản xuất chính bao gồm 3 khu: khu nghiền nguyên liệu, khu nấu, khu CIP (cho cả lên men và nấu) Ba khu được ngăn cách nhau bởi tường
Bảng 5 1:Các phần được bố trí trong nhà sản xuất chính
STT Tên thiết bị Kích thước(m) Số lượng
12 Thiết bị nhân men cấp I D = 1.62 1 2.06
13 Thiết bị nhân men cấp II D = 2.24 1 3.94
Tổng diện tích sản xuất: S = 188.53 m 2
Mỗi thiết bị đặt cách nhau 0.5 -1 m, đặt cách tường 0.5 -1 m
Tổng diện tích tổ chức:
S tổ chức = 188.53 + 20 = 208.53 m 2 Diện tích tổ chức sản xuất chiếm khoảng 70% diện tích yêu cầu của nhà sản xuất chính
0.6 = 297.9 m 2 Diện tích giao thông đặc biệt chiếm 20% diện tích yêu cầu
Diện tích giao thông đặc biệt:
S giao thông = 297.9 x 20% = 59.58 m 2 Diện tích mở rộng chiếm 20% diện tích yêu cầu
S mở rộng = 297.9 x 20% = 59.58 m 2 Vậy tổng diện tích của nhà sản xuất chính:
S sản xuất = S yêu cầu + S giao thông + S mở rộng = 417.06 m 2 Chọn nhà sản xuất chính có kích thước như sau:
Khu lên men này chỉ bố trí 24 thùng lên men, với đường kính mỗi thùng 4.15 m
Diện tích tổ chức sản xuất:
4 = 324.47m 2 Diện tích tổ chức sản xuất chiếm 70% diện tích yêu cầu của nhà sản xuất chính
0.7 = 463 53m 2 Diện tích giao thông đặc biệt chiếm 20% diện tích yêu cầu
Diện tích giao thông đặc biệt:
S giao thông = 463.53 x 20% = 92.7 m 2 Diện tích mở rộng chiếm 20% diện tích yêu cầu
S mở rộng = 463.53 x 20% = 92.7 m 2 Vậy tổng diện tích của nhà sản xuất chính:
S sản xuất = S yêu cầu + S giao thông + S mở rộng = 648.93 m 2
Chọn nhà sản xuất chính có kích thước như sau:
5.2.2.4 Nhà hoàn thiện sản phẩm
Bảng 5 2:Các phần được bố trí trong nhà hoàn thiện sản phẩm
STT Tên thiết bị Kích thước(m) Số lượng
2 Thùng tàng trữ và bão hòa D = 4.17 4 54.6
Ta có tổng diện tích sản xuất: Ssản xuất = 254.36 m 2
Diện tích tổ chức sản xuất chiếm 70% diện tích yêu cầu của nhà sản xuất chính
0.7 = 363.37 m 2 Diện tích giao thông đặc biệt chiếm 20% diện tích yêu cầu
Diện tích giao thông đặc biệt:
S giao thông = 363.37 x 20% = 72.67 m 2 Diện tích mở rộng chiếm 20% diện tích yêu cầu
S mở rộng = 363.31 x 20% = 72.67 m 2 Vậy tổng diện tích của nhà sản xuất chính:
S sản xuất = S yêu cầu + S giao thông + S mở rộng = 508.71 m 2 Chọn nhà hoàn thiện sản phẩm có kích thước như sau:
5.2.2.5 Kho chứa bia thành phẩm
Mỗi ngày sản xuất được 243200 chai bia, mỗi két xếp 24 chai
Số két cần dùng: 10134 két
Mỗi m 2 chứa được 6 két, xếp thành 10 chồng
0.8 = 211.15 m 2 Diện tích giao thông đặc biệt chiếm 20% diện tích yêu cầu
Diện tích giao thông đặc biệt:
Diện tích mở rộng chiếm 20% diện tích yêu cầu
S mở rộng = 168.9 x 20% = 33.78 m 2 Vậy tổng diện tích của nhà sản xuất chính:
S sản xuất = S yêu cầu + S giao thông + S mở rộng = 236.46 m 2 Chọn nhà sản xuất chính có kích thước như sau:
5.2.2.6 Trạm xử lý nước cấp
Chọn khu xử lý nước sạch có kích thước như sau:
5.2.2.7 Phân xưởng lạnh, thu hồi CO 2
Chọn phân xưởng có kích thước như sau:
Chọn xưởng cơ điện có kích thước như sau:
Chọn kho chứa két có kích thước như sau:
Chọn nhà vệ sinh có kích thước như sau:
Chọn trạm biến áp có kích thước như sau:
5.2.3.4 Khu xử lý nước thải
Chọn khu xử lý nước thải có kích thước như sau:
Chọn khu xử lý nước sạch có kích thước như sau:
Chọn khu xử lý nước sạch có kích thước như sau:
Chọn khu xử lý nước sạch có kích thước như sau:
Bảng 5 3:Tổng hợp các hạng mục công trình
Vùng Tên hạng mục Kích thước (m) Diện tích( m 2 )
Nhà giới thiệu sản phẩm 10 x 10 100
Nhà hoàn thiện sản phẩm 30 x 17 510
Trạm xử lý nước cấp 18 x 12 216
Phân xưởng lạnh và thu hồi
Trạm xử lý nước thải 21 x 12 252
Tổng diện tích các hạng mục: 5222 m 2
5.3 TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THỒNG SỐ XÂY DỰNG
Tổng diện tích chiếm đất xây dựng các công trình: A = 4901 m 2
Tổng diện tích sân bãi lộ thiên: B = 321 m 2
Tổng diện tích toàn nhà máy: S = 100 x 200 = 20000 m 2
Diện tích vỉa hè, rãnh: 5% x 20000 = 1000 m 2
20000 = 0.661 = 66.1 % Kết quả thu được cho thấy thiết kế nhà máy phù hợp với tiêu chuẩn của nhà máy công nghiệp sản xuất thực phẩm.
TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG VÀ NƯỚC CHO NHÀ MÁY
Ta sử dụng một số công thức để tính:
Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của khối dịch từ t1 lên t2 hoặc từ t1 xuống t2
- G: khối lượng của dịch (kcal)
- C: nhiệt dung riêng của khối dịch ( o C)
- t1: nhiệt độ đầu của dịch ( o C)
- t2: nhiệt độ cuối của dịch ( o C)
Nhiệt lượng cần cung cấp để duy trì các nhiệt độ:
- i: hàm nhiệt của hơi nước
Lượng hơi cần cung cấp:
- Q: nhiệt lượng cần cung cấp (kcal)
- 0.96: độ bão hòa của hơi nước
- ih: hàm nhiệt của hơi bão hòa (kcal/kg)
- i: hàm nhiệt của nước ngưng tụ (kcal/kg)
6.1.1 Lượng hơi cấp cho nồi đường hóa
Theo chương 2 tính cân bằng vật chất Lượng dịch có trong 1 mẻ nấu của nồi đường hóa: G = 26700.87 kg
Tổng lượng nước ban đầu trong nồi đường hóa:
Độ ẩm của dịch cháo:
Ta có công thức tính nhiệt dung riêng của khối dịch:
C1: nhiệt dung riêng của chất hòa tan: C1 = 0.34 (kcal/kg o C)
C2: nhiệt dung riêng của nước: C2 = 1
Qúa trình gia nhiệt trong nồi đường hóa:
Giữ nhiệt độ của khối cháo ở 50 o C trong 10 phút
- i: hàm nhiệt của hơi nước ở 50 o C, tra sổ tay hóa công I
- W1: lượng nước bay hơi Coi quá trình này nước bay hơi rất ít 0.05%
Nâng nhiệt độ của khối dịch từ 50 o C lên 65 o C và giữ nhiệt 30 phút ở 65 o C Khối lượng dịch cháo lúc này:
G2 = G1 – W1 = 26700.87 – 10.802 = 26690.068 kg Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt của khối dịch từ 50 o C lên 65 o C
Lượng nhiệt cần cung cấp để duy trì dịch cháo ở 65 o C trong 30 phút
- i1: hàm nhiệt của hơi nước ở 65 o C, tra sổ tay hóa công I
- W2: lượng nước bay hơi Coi quá trình này nước bay hơi 0.5%
Nâng nhiệt độ của khối dịch từ 65 o C - 75 o C và giữ nhiệt trong 30 phút ở
Khối lượng dịch malt lúc này:
G3 = G2 – W2 &690.068 –108.02 = 26582.048 kg Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt của khối dịch từ 65 o C lên 75 o C
Lượng nhiệt cần cung cấp để duy trì dịch cháo ở 75 o C trong 30 phút
- i3: hàm nhiệt của hơi nước ở 75 o C, tra sổ tay hóa công I
- W3: lượng nước bay hơi Coi quá trình này nước bay hơi rất ít 1%
Nâng nhiệt độ của khối dịch từ 75 o C lên 78 o C
Khối lượng dịch lúc này:
G4 = 26582.048 - 216.056 = 26365.992 kg Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt độ của khối dịch từ 75 o C lên 78 oC
Tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình đường hóa
Trong thực tế, khi cấp nhiệt một lượng nhiệt bị tổn thất do:
- Truyền nhiệt qua thành thiết bị: 2%
- Lượng hơi tiêu hao trong khoảng trống thiết bị: 2%
Lượng nhiệt thực tế cần cung cấp:
Khi đó, lượng hơi cần cung cấp: D = Q
- Q: nhiệt lượng cần cung cấp (kcal)
- 0.96: độ bão hòa của hơi nước
- 𝜏: thời gian cấp nhiệt trong nồi đường hóa 1.5 (h)
- ih: hàm nhiệt của hơi bão hòa Tra bảng hơi nước bão hòa tại p = 2 (kg/cm 2 ), t = 119.6 o C ta được ih = 646.9(kcal/kg)
- i = 100: hàm nhiệt của nước ngưng tụ (kcal/kg)
6.1.2 Lượng hơi cấp cho quá trình đun hoa
Chu trình nhiệt của quá trình đun hoa: 75 o C 105 o C
Thể tích dịch đường cho vào nồi đun hoa: 31389.73 lít
Khối lượng riêng của dịch đường d = 1.048(kg/l)
Khối lượng dịch đường: G = 31389.73 x 1.048 = 32896.44 kg
Lượng nước có trong dịch trước khi đun hoa:
Độ ẩm của dịch trước khi đun hoa:
Nhiệt dung riêng của khối dịch được tính:
- C1: nhiệt dung riêng của chất hòa tan: C1 = 0.34 (kcal/kg o C)
- C2: nhiệt dung riêng của nước: C2 = 1 (kcal/kg o C)
100 = 0.954 (kcal/kg o C) Sau khi lọc nhiệt độ của khối dịch khoảng 75 o C
Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của khối dịch từ 75 o C lên
Nhiệt lượng để duy trì nhiệt độ khối dịch 105 o C trong 90 phút:
- i: hàm nhiệt của hơi nước ở 105 o C, tra sổ tay hóa công I
- W’: lượng nước bay hơi Qúa trình đun hoa lượng nước bay hơi 6%
Vậy lượng nhiệt cần cấp cho nồi nấu hoa:
Qnấu = Q + Q’ = 941496.11 + 1185032.62 = 2126528.73 kcal Tổn thất nhiệt cho quá trình cấp 4%
Lượng nhiệt thực tế cần cấp:
6.1.3 Lượng hơi cấp cho thiết bị đun nước nóng
Lượng nước cần cấp cho thiết bị đun nước nóng có thể tích 39360 lít Ta tính cho 40000 lít
Gỉa sử nhiệt độ của nước đem vào đun nóng là 25 o C, nhiệt độ nước nóng cần đạt 95 o C
Lượng nhiệt cần cung cấp để đun nước nóng:
Q= Gx C x (t2-t1) = 40000 x 1 x (95 – 25) = 2800000 kcal Tổn thất nhiệt cho quá trình cấp 4%
Lượng nhiệt thực tế cần cấp:
Gỉa sử thời gian đun nước cần 4 h
6.1.4 Lượng hơi cần cấp cho phân xưởng hoàn thiện
Trong một ngày lượng bia được chiết 80000 lít Theo như tính toán ở trên thì năng suất của máy 20267 chai/h
Nước ban đầu có nhiệt độ 25 o C được đun nóng tới nhiệt độ 65 o C
Khối lượng mỗi chai là 0.65 kg/chai, C = 1 kcal/kg o C
Lượng nhiệt thanh trùng cho bia chai trong 1 giờ:
Q = 20267 x 0.65 x (65-25) = 526942 kcal/h Tổn thất nhiệt cho quá trình cấp 4%
Lượng nhiệt thực tế cần cấp:
Qtt = Q + Qt = 526942 + 21077.68 = 548019.68 kcal Vậy lượng hơi cần thiết để thanh trùng bia trong 1 giờ:
Ngoài ra, cần thêm lượng hơi cho các bộ phận khác như thanh trùng của các nồi, đường ống… chiếm 2%
Tổng lượng hơi cần cấp:
Tổn thất nhiệt và hơi đốt trên hệ thống đường ống cấp hơi cho nhà máy khoảng 10% tổng lượng hơi tiêu thụ của nhà máy
Lượng hơi thực tế cần cung cấp: 6.5 + 6.5 x 10% = 7.15 tấn hơi /h
Hệ số sử dụng nồi hơi: 0.75
Năng suất nồi hơi: 7.15 : 0.75 = 9.53 tấn hơi/ h
Dựa vào số liệu như trên, ta chọn 2 nồi với năng suất làm việc 5 tấn hơi/h
6.1.6 Tính nhiên liệu cho nồi hơi
Nguyên liệu sử dụng là than đá
Lượng nhiên liệu được sử dụng tính theo công thức như sau:
- D: lượng hơi tiêu thụ (kg / h)
- Q: nhiệt lượng của than (Q = 6500 kcal/h)
- 𝑖 ℎ : hàm nhiệt của hơi nước bão hòa ở áp suất 8at (𝑖 ℎ f2.3 kcal/kg)
- 𝑖 𝑛 : hàm nhiệt của nước ban đầu ở 25 o C (𝑖 𝑛 = 25 kcal/kg)
- 𝜇 1 : hệ số đốt cháy của than (𝜇 1 = 0.9)
- 𝜇 2 : hệ số sử dụng lò hơi( 𝜇 2 = 0.8)
6500×0.9×0.8 = 1297.75 kg/h Lượng than cần cung cấp cho 1 ngày:
M than = 24M = 24 x 1297.75 = 31146 = 31.15 tấn/ngày Lượng than cần cung cấp cho 1 tháng:
Lượng than cần cung cấp cho 1 năm:
6.2 TÍNH LẠNH CHO NHÀ MÁY
6.2.1 Tính lạnh cho máy lạnh nhanh
Lượng nhiệt tỏa ra từ dịch đường: Q = m.C.(t2-t1)
- m: khối lượng dịch đường sau khi lắng xoáy m = 110.65 x 266.67 x 1.048 = 30923.373 kg
- Lượng nước có trong khối dịch sau khi lắng xoáy:
Độ ẩm của khối dịch: (27831.035: 30923.373) x 100 = 90%
- Nhiệt dung riêng của khối dịch: C = 100−W
- C1: nhiệt dung riêng của chất hòa tan: C1 = 0.34 (kcal/kg o C)
- C2: nhiệt dung riêng của nước: C2 = 1 (kcal/kg o C)
Q = 30923.373 x 0.934 x (90-9) = 2339476.86 kcal/mẻ = 7018430.58 kcal/ngày Đây cũng là nhiệt lượng nước lạnh nhận được, nên ta có:
Vậy lượng nước lạnh cần dùng cho 1 mẻ: 29.993 m 3
6.2.2 Tính lạnh cho thiết bị lên men
6.2.2.1 Giai đoạn lên men chính
Lượng lạnh cần cung cấp để bù vào lượng nhiệt sinh ra do quá trình lên men:
Cứ 180 g đường lên men thì tóa ra lượng nhiệt là 37.3 kcal
Lượng nhiệt tỏa ra lên men 1 kg đường là: q = 207.22 kcal
Dịch đường đi lên men có nồng độ chất khô 12 o Bx, khối lượng riêng 1.048 kg/l
Lượng dịch đường đưa đi lên men ứng với 1 tank lên men bia chai:
- Trung bình mỗi ngày lên men nồng độ chất khô của dịch giảm 1.5 o Bx, tức là một ngày ứng với 1 tank lên men lượng chất khô chuyển hóa là:
Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để cân bằng với lượng nhiệt sinh ra trong quá trình lên men chính cho một tăng lên men:
- Thời gian lên men chính là 7 ngày, nên có ngày cả 7 thùng lên men ở giai đoạn lên men chính
Qlc = Qc x 7 = 281187.18 x 7 = 1968310.26 kcal/ngày Tổn thất lạnh qua lớp cách nhiệt:
Qn = f x k x (tn – t1) kcal/h Trong đó:
- k: hệ số cách nhiệt qua lớp cách nhiệt, k = 0.3(kcal/m 2 o C.h)
- tn: nhiệt độ bên ngoài thùng lên men, tn = 30 o C
- tt: nhiệt độ bên trong thùng lên men, tt = 9 o C
Nếu coi tổn thất chủ yếu ở phần trụ và đáy của thùng lên men ta có: f = π × D ng × (h 2 + h 3 ) = 3.14 × 3.95 × (5.9 + 1.2) = 88.06m 2
- Lượng lạnh tổn thất tối đa trong 1 ngày:
Lượng lạnh cần cung cấp cho các tank lên men trong giai đoạn lên men chính một ngày:
6.2.2.2 Giai đoạn hạ nhiệt độ dịch
Sau khi hoàn tất quá trình lên men chính, bia non với nồng độ chất khô 3 o Bx sẽ được hạ nhiệt độ từ 12 o C xuống 5 o C để tiến hành xả nấm men lắng Tiếp theo, nhiệt độ của khối dịch sẽ được hạ xuống 2 o C để thực hiện quá trình lên men phụ.
Nhiệt dung riêng của khối dịch: C = 100−W
- C1: nhiệt dung riêng của chất hòa tan: C1 = 0.34 (kcal/kg o C)
- C2: nhiệt dung riêng của nước: C2 = 1 (kcal/kg o C)
100 = 0.98 (kcal/kg o C) Thể tích dịch đường ứng với 1 tank lên men 86320 lít Gỉa sử kết thúc quá trình lên men chính tổn thất 3%
Lượng dịch còn lại là: 86320 x (1-0.03) = 83 730.4 kg
Bia có nồng độ chất khô 3 o Bx, khối lượng riêng 1.012 (kg/l)
Khối lượng dịch cần làm lạnh:
Gỉa sử trong giai đoạn này tổn thất lạnh ra môi trường khoảng 4%
Lượng lạnh cần cung cấp:
6.2.2.3 Giai đoạn lên men phụ
Thực tế cứ trong một lí bia non tiêu thụ 0.25 kcal/ngày, lượng bia non trong một thùng lên men: 84735.17
Lượng lạnh cấp cho một thùng lên men ở giai đoạn lên men phụ mỗi ngày là:
Q p = 84735.17 x 0.25 = 21183.79 kcal/ngày Một ngày có thể có 15 tank lên men ở giai đoạn lên men phụ:
Q1P = 21183.79 x 15 = 32756.85 kcal/ngày Tổn hao qua lớp cách nhiệt
Q’n = 88.06 x 0.3 x (30-2) = 739.704 kcal/h = 17752.9 kcal/ngày Lượng nhiệt tổn hao lạnh tối đa trong 1 ngày ở các thùng lên men:
Lượng lạnh cấp cho quá trình lên men phụ:
Vậy lượng lạnh cần cấp cho các tank lên men trong một ngày:
Q lên men = Q lm chính + Q hạ nhiệt + Q lm phụ
6.2.3 Tính lạnh cho thiết bị nhân men
6.2.3.1 Thiết bị nhân giống cấp II
Lượng dịch đường nhân men cấp II bằng 10% dịch lên men: 8632 lít, dịch đường có nồng độ 12 o Bx, d = 1.048 (kg/l)
M = 8632 x 1.048 = 9046.34 kg Hàm lượng chất hòa tan có trong dịch đường:
Mt = 9046.34 x 0.12 = 1085.56 kg Trong đó có 75% hàm lượng được lên men
C6H12O6 2C2H5OH + CO2 + 37.3 kcal Lượng nhiệt sinh ra khi lên men 814.17 kg đường lên men:
Q1 = 814.17 x 207.22 = 168712.31 kcal Tổn hao nhiệt qua lớp cách nhiệt:
Q2 = f x k x (tn –t1) (kcal/h) Trong đó: f = π × D ng × (h 2 + h 3 ) = 3.14 × 2.24 × (2.04 + 0.53) = 18.08 m 2 k = 0.3 kcal/m 2 o C.h tn = 30 o C tt = 12 o C
Vậy tổng nhiệt lạnh cấp cho thùng nhân men giống cấp II trong 1 ngày:
6.2.3.2 Thiết bị nhân men giống I
Lượng dịch đường dùng để nhân giống cấp I bằng 1/3 lượng dịch đường dùng nhân giống cấp II: 2877.33 lít, sử dụng dịch đường có nồng độ 12 o Bx có d 1.048 kg/l
M = 2877.33 x 1.048 = 3015.44 kg Khối lượng chất hòa tan trong dịch đường:
Mt = 3015.44 x 0.12 = 361.85 kg Trong đó có 75% hàm lượng đường lên men được
Lượng đường có khả năng lên men trong thùng nhân men giống cấp I:
361.85 x 75% = 271.39 kg Lượng nhiệt tỏa ra ở thiết bị trong 1 ngày:
Q1 = 271.39 x 207.22 = 56237.43 kcal/ngày Tổn thất lạnh qua lớp cách nhiệt:
Q2 = f x k x (tn –t1) (kcal/h) Trong đó: f = π × D ng × (h 2 + h 3 ) = 3.14 × 1.62 × (1.42 + 0.37) = 9.1 m 2 k = 0.3 kcal/m 2 o C.h tn = 30 o C tt = 16 o C
Vậy tổng nhiệt lạnh cấp cho thùng nhân men giống cấp I trong 1 ngày:
Mỗi ngày, nhà máy sản xuất 3 mẻ bia, tương đương với 16.000 lít bia, và tái sử dụng 863,2 lít sữa men Tùy thuộc vào từng nhà máy, mỗi 1 lít sữa men cần khoảng 1 đến 3 lít nước để rửa Trong trường hợp này, chúng ta chọn sử dụng 2 lít nước để rửa cho mỗi lít sữa men.
Lượng nước để rửa men: 1726.4 lít
Lượng lạnh để làm nước rửa men hạ từ 25 o C xuống 4 o C trong 1 ngày:
Men sữa sau rửa, kiểm tra hoạt lực cần bảo quản lạnh ở nhiệt độ 0 – 2 o C
Tổn thất lạnh trong quá trình bảo quản:
Q = f x k x (tn –t1) (kcal/h) Trong đó: f = π × D ng × (h 2 + h 3 ) = 3.14 × 1.27 × (1.6 + 0.5) = 8.37m 2 k = 0.3 kcal/m 2 o C.h tn = 30 o C tt = 1 o C
Qbảo quản= 8.37 x 0.3 x (30-1) = 72.82 kcal/h = 1747.68 kcal/ngày
6.2.4 Tính lạnh cấp cho thùng chứa bia
Sau khi lọc, nhiệt độ của bia tăng lên 5 o C, hạ nhiệt độ xuống 2 o C
Lượng bia non đưa vào tank tàng trữ là: 82888 lít, khối lượng riêng d = 1.01 kg/l
Khối lượng bia non: G = 82888 x 1.01 = 83716.88 kcal
Theo phần tính lạnh cho thiết bị lên men, nhiệt dung riêng của bia non:
Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ bia non từ 5 o C, hạ nhiệt độ xuống 2 o C
Tổn thất lạnhh qua lớp cách nhiệt:
Q2 = f x k x (tnt –t1) (kcal/h) Trong đó: f = π × D ng × H = 3.14 × 4.07 × 5.96 = 76.17m 2 k = 0.3 kcal/m 2 o C.h tn = 30 o C tt = 2 o C
Tổng lượng lạnh cấp cho thùng chứa bia:
Q chứa = Q1 + Q2 = 246127.63 + 15355.87 = 261483.5 kcal/ngày Vậy tổng lượng lạnh cần cung cấp cho 1 ngày là:
Q tổng = Q làm lạnh + Q lên men + Q CII + Q CI + Q bảo quản + Q chứa
Lượng nhiệt cần cấp cho nhà máy trong 1 giờ:
Q1 = 10475938.65 : 24 = 436497.44 kcal/h Tổn hao của toàn nhà máy 10%
Lượng nhiệt lạnh thực tế cần cấp trong 1 giờ:
436497.44 : (1 - 0.1) = 484997.156 kcal/h Chọn 2 máy có năng suất 500000 kcal/h làm việc luân phiên nhau
6.3 TÍNH NƯỚC CHO NHÀ MÁY
6.3.1 Lượng nước dùng trong phân xưởng nấu
Lượng nước cần cấp cho quá trình nấu trong một ngày:
V1 = 61142.4 + 33232 = 94374.4 lít = 94.37 m 3 Lượng nước vệ sinh bằng 10% so với thể tích các nồi trong phân xưởng nấu: V2 = (32.96 + 31.64 + 44.84 + 42.15) x 10% = 15.16 m 3
Lượng nước vệ sinh phân xưởng nấu khoảng 3 m 3 một ngày
Vậy lượng nước cần cấp cho phân xưởng nấu trong 1 ngày:
6.3.2 Lượng nước dùng để làm lạnh nhanh dịch đường
Lượng nước dùng để làm lạnh nhanh dịch đường trong 1 ngày: 29.993 m 3
Qúa trình làm lạnh nhanh tổn thất khoảng 10%
Lượng nước cần dùng để làm lạnh nhanh trong 1 ngày:
6.3.3 Lượng nước dùng trong phân xưởng lên men
Lượng nước dùng để vệ sinh tank lên men bằng 10% thể tích thiết bị Mỗi ngày ta vệ sinh 1 tank lên men:
Lượng nước cần cung cấp: V1 = 101.87 x 10% = 10.12 m 3
Lượng nước vệ sinh cho các thiết bị gây men cấp I, II bằng 10% thể tích thiết bị Mỗi ngày vệ sinh 1 lần
Lượng nước cần cung cấp: V2 = (10.315 + 3.48) x 10% = 1.38 m 3
Lượng nước lạnh để rửa men Mỗi ngày rửa men một lần
V3 = 2.15 m 3 Vậy lượng nước dùng trong phân xưởng lên men trong 1 ngày:
6.3.4 Lượng nước dùng cho phân xưởng hoàn thiện
Lượng nước để rửa thiết bị lọc: chọn 500 lít/ngày
Trong một ngày lượng bia được chiết chai 80000 lít Coi lượng nước dùng để thanh trùng chai và rửa chai, rửa két ứng với một lít bia là 0.6 lít
V = 80000 x 0.6 = 48000 lít Vậy lượng nước sử dụng cấp cho phân xưởng hoàn thiện trong một ngày:
6.3.5 Lượng nước dùng cho nồi hơi
Lượng nước dùng cho nồi hơi chính bằng lượng hơi cần dùng cho nhà máy, tuần hoàn lại khoảng 80% lượng nước ngưng
Lượng nước dùng cho nồi hơi bằng 20% so với lượng hơi cần dùng:
6.3.6 Lượng nước cấp cho máy lạnh
Trung bình cứ 1 ngày tổn thất do truyền lạnh khoảng: Vmáy lạnh = 10 m 3
6.3.7 Lượng nước dùng cho sinh hoạt và các công việc khác
Nước dùng trong sinh hoạt: nhà máy có khoảng 250 cán bộ công nhân, lượng nước tiêu thụ bình quân mỗi người: 40 lít/ngày
V sinh hoạt = 250 x 40 = 10000 lít = 10 m 3 Lượng nước sử dụng trong công việc khác: V khác = 5 m 3
Vậy tổng lượng nước tiêu thụ trong một ngày của toàn bộ nhà máy:
Vnước = Vnấu + Vlàm lạnh + Vlên men + Vhoàn thiện + Vnồi hơi + Vmáy lạnh + Vkhác + Vsinh hoạt = 265.56 m 3 /ngày
6.4 TÍNH ĐIỆN TIÊU THỤ CHO NHÀ MÁY
6.4.1 Tính phụ tải chiếu sáng
Trong các phân xưởng sản xuất lắp đặt hệ thống đèn chiếu sáng bao gồm các bóng đèn sợi đốt công suất 100w/bóng và đèn neon công suất 60w/bóng
Các bóng đèn nên được lắp đặt ở độ cao từ 2.5 đến 4 mét tùy thuộc vào vị trí làm việc và kích thước thiết bị Khoảng cách giữa các bóng đèn là từ 3 đến 4 mét, trong khi khoảng cách từ các bóng đèn ở ngoài cùng đến tường là từ 0.25 đến 0.35 lần chiều dài bóng Trung bình, chiều dài bóng được tính là 3.5 mét và khoảng cách từ bóng đến tường là 1 mét.
Nhà xưởng có kích thước A x B (m x m) thì số bóng theo mỗi hàng và số hàng bóng một tầng là: n 1 = A − 2l
3.5 + 1 Tổng số bóng bố trí trong nhà: N = n1 x n2 x e (e là số tầng nhà)
Gỉa sử đèn có công suất Pđ thì công suất thắp sáng là: P = N x Pđ
Bảng 6 1:Bảng công suất chiếu sáng của các công trình
Tên hạng mục Kích thước
Nhà giới thiệu sản phẩm
Nhà hoàn thiện sản phẩm
Nhà lạnh và thu hồi
Trạm xử lí nước sạch 12 x 18 4 x 6 = 24 0.1 2.4 Trạm xử lí nước thải 12 x 21 4 x 7 = 28 0.1 2.8
Bãi vỏ chai 12 x 20 4 x 6 = 24 0.1 2.4 Đèn chiếu sáng đường đi 40 0.1 4
Tổng công suất chiếu sáng: Pchiếu sáng = 50.8 kW/h
6.4.2 Tính phụ tải sản xuất
Bảng 6 2:Công suất các thiết bị trong nhà máy
Tên thiết bị P định mức(kW) Số lượng P(kW)
Tổng công suất động lực: P = 251.3 Kw
Ngoài các thiết bị và máy móc chính, nhà máy còn sử dụng nhiều loại phụ tải động lực khác như quạt hút, quạt đẩy, trạm xử lý nước và xưởng cơ điện Tổng cộng, khoảng 20% phụ tải động lực này được tính đến trong hoạt động của nhà máy.
Phụ tải động lực cho toàn nhà máy:
6.4.3 Tính phụ tải tiêu thụ thực tế
Phụ tải chiếu sáng được tính theo công thức:
PCS = k1 x P Trong đó: k1 – hệ số sử dụng của phụ tải chiếu sáng (k1 = 0.9)
P: tổng công suất chiếu sáng (P = 50.8 kW)
Phụ tải chiếu sáng được tính theo công thức:
PDL = k2 x P Trong đó: k1 – hệ số sử dụng của phụ tải động lực (k1 = 0.5)
P: tổng công suất chiếu sáng (P = 301.56 kW)
6.4.4 Tính điện tiêu thụ hàng năm
PCS: công suất chiếu sáng thực tế
TCS: thời gian chiếu sáng thực tế (TCS = k1 x k2)
Mỗi ngày làm việc 12 tháng, mỗi tháng làm việc 25 ngày, mỗi ngày trung bình thắp sáng 12 giờ
Điện năng tiêu thụ cho một năm chiếu sáng:
Thời gian làm việc trong ngày trung bình cho toàn bộ máy móc là 22h, số ngày làm việc trong một năm là 300 ngày
6.4.4.3 Tổng điện năng tiêu thụ cho toàn nhà máy hàng năm
6.4.4.4 Điện năng tiêu thụ thực tế của nhà máy
Trong đó: k hao phí: hệ số hao phí của máy biến áp k hao phí = 1.05
Công suất biến áp theo dự kiến:
Để đảm bảo hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện lưới, nhà máy đã chọn máy biến áp với công suất định mức 400 KVA và trang bị thêm một máy phát điện dự phòng có công suất 400 KVA, sử dụng nhiên liệu dầu DO Máy phát điện này sẽ cung cấp 245.625 kWh năng lượng trong trường hợp khẩn cấp.
TÍNH KINH TẾ NHÀ MÁY
7.1 TÍNH TOÁN CÁC VỐN ĐẦU TƯ
7.1.1.1 Vốn đầu tư xây dựng a Vốn đầu tư xây dựng công trình
Bảng 7 1:Bảng chi phí đầu tư xây dựng công trình nhà máy
Tên hạng mục Diện tích( m 2 ) Đơn giá (VNĐ/m 2 )
Nhà giới thiệu sản phẩm 100 5000000 500
Nhà hoàn thiện sản phẩm 510 6000000 3060
Trạm xử lý nước cấp 216 5000000 1080
Phân xưởng lạnh và thu hồi
Trạm xử lý nước thải 252 5000000 1260
Tổng chi phí đầu tư xây dựng các hạng mục công trình: 26285 triệu đồng Chi phí xây dựng đường giao thông, hè rãnh bằng 5% tổng chi phí:
26285 x 5% = 1314.25 triệu đồng b Tiền thuê mặt bằng
Tổng diện tích mặt bằng nhà máy: 20000 m 2
Chi phí thuê mặt bằng: 700000 VNĐ/ 1 m 2
Tổng chi phí thuê mặt bằng: 14000 triệu đồng
Vậy tổng vốn đầu tư cho việc xây dựng nhà máy:
7.1.1.2 Vốn đầu tư mua dây chuyền thiết bị
Bảng 7 2:Bảng chi phí đầu tư mua dây chuyền thiết bị
STT Tên hệ thống thiết bị Thành tiền
1 Hệ thống xử lý vận chuyển nguyên liệu 800
3 Các tank lên men, tank tàng trữ bia 63000
4 Hệ thống thiết bị trong nhà hoàn thiện 6200
9 Hệ thống xử lý nước cấp 700
13 Hệ thống xử lý nước thải 1600
14 Hệ thống thiết bị phòng thí nghiệm 500
15 Hệ thống trạm biến áp và máy phát điện 1000
16 Hệ thống chống sét và phòng cháy chữa cháy 50
18 Phí thiết kế chuyển giao hồ sơ công nghệ 1350
19 Phí vận chuyển thiết bị 1200
20 Phí lắp đặt thiết bị 900
22 Hệ thống thu hồi CO2 1750
Thuế giá trị gia tăng (VAT): 5% x 111900 = 5595 triệu đồng
Vậy tổng vốn đầu tư mua dây chuyền thiết bị:
7.1.1.3 Vốn đầu tư mua phương tiện vận tải
Xe con 2 chiếc, đơn giá 400 triệu đồng/ chiếc: 800 triệu đồng
Xe nâng chuyển 1.5 tấn 2 chiếc, đơn giá 300 triệu đồng/ chiếc: 600 triệu đồng
Xe tải 5 tấn 6 chiếc đơn giá 800 triệu đồng / chiếc: 4800 triệu
Vậy tổng vốn đầu tư mua phương tiện:
7.1.1.4 Vốn đầu tư mua chai, két
Thời gian quay vòng của chai là 6 tháng, trong quý II và III lượng bia sản xuất nhiều nhất là 10.5 triệu lít
Sử dụng chai thủy tinh sẫm màu dung tích 330 ml
Số chai cần sử dụng: (10.5 x 10 6 ) : 0.33 = 31818182 chai Đơn giá 800 đồng/ vỏ chai:
Số tiền mua vỏ chai: 800 x 31818182 = 25455 triệu đồng
Sử dụng két chứa được 24 chai
Số két cần sử dụng: 31818182 : 24 = 1325758 két Đơn giá 6000 đồng/ két
Tiền mua két: 6000 x 1325758 = 7955 triệu đồng
Vậy tổng số tiền mua chai, két:
Tổng vốn cố định đầu tư cho nhà máy:
Vcố định = Vxây dựng + Vthiết bị + Vphương tiện + Vchai,két = 198704.25 triệu đồng
7.1.2 Các chi phí trong nhà máy
7.1.2.1 Chi phí đầu tư nhiên liệu và nguyên liệu
Bảng 7 3:Bảng chi phí đầu tư mua nhiên liệu
Nhiên liệu Đơn vị Đơn giá Số lượng Thành tiền
Bảng 7 4:Bảng chi phí đầu tư mua nguyên liệu
Nguyên liệu Đơn vị Đơn giá Số lượng Thành tiền
Bảng 7 5:Bảng phân công nhân lực của nhà máy
Bộ phận Định mức lao động Số ca/ngày Số người
Nhà cấp lạnh, thu hồi 3 3 9
Sữa chữa điện, máy móc 4 3 12
Trạm xử lý nước thải 2 3 6
Thư ký 1 1 1 Đảng ủy công đoàn 4 1 4
Tổng cán bộ và công nhân trong nhà máy: 216 người
Lương bình quân theo đầu người: 15000000 đồng/tháng
Tiền lương trả cán bộ và công nhân theo từng năm:
7.1.2.3 Chi phí khấu hao tài sản
Chi phí khấu hao nhà xưởng, thiết bị và phương tiện vận tải và vốn đầu tư cho thiết bị trong vòng 10 năm Mỗi năm bị khấu hao là:
Ptb = (V nhà xưởng + V thiết bị + V phương tiện) : 10 = 16529.425 triệu Thời gian sử dụng chai, két trong vòng 5 năm Mỗi năm bị khấu hao là:
Tổng chi phí khấu hao cố định trong 1 năm
Khi hoạt động nhà máy còn thêm 6% cho chi phí quản lý phân xưởng và 2% chi phí dịch vụ bán hàng, 2% chi phí phát sinh khác
Vậy tổng chi phí cho hoạt động sản xuất:
7.1.2.4 Bảo hiểm tính theo lương
Bảo hiểm lấy bằng 19% quỹ lương: 0.19 x 38880 = 7387.2 triệu đồng
Tổng chi phí trong nhà máy:
Vchi phí = Vkhấu hao + Vnguyên, nhiên liệu + Vnhân công + Vbảo hiểm = 147392.644 triệu
7.2 TÍNH DOANH THU CỦA NHÀ MÁY
Gía thành sản phẩm: 12000 đồng/lít
Doanh thu trong 1 năm: 204000 triệu đồng
LNTT = Tổng doanh thu – Tổng chi phí
LNST = LNTT – 25% x LNTT = 42455.53 triệu Dòng tiền dự án từ năm 1 đến năm 10:
DTDA = LNST + khấu hao = 42455.53 + 25532.57 = 67987.8 triệu
Bảng 7 6:Bảng dòng tiền dự án từ năm 1 đến năm 10
Năm Dòng tiền dự án
Từ bảng trên, ta thấy thời gian hoàn vốn khoảng 3 năm
Kết luận: Dự án có hiệu quả