thiết kế nhà máy bia năng suất 40 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14 độ bx

i LỜI CẢM ƠN Sau gần 3 tháng thực tập, đến nay em đã hoàn thành bài báo cáo của mình. Trong thời gian thực tập, ngoài việc củng cố và hiểu thêm những kiến thức đã học, em còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Qua đây, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất của mình tới toàn thể các thầy, cô giáo trong khoa Chế Biến nói chung và bộ môn Công ngệ thực phẩm nói riêng của trường Đại hoc Nha Trang đã tạo điều kiện cho em được học tập và nghiên cứu trong một môi trường học tập khoa học, giúp cho em có những kiến thức vững vàng trước khi bước vào đời. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của GS.TS Nguyễn Thị Hiền – người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình em và bạn bè những người luôn đứng sau giúp đỡ, chia sẻ với em những khó khăn và thuận lợi trong thời gian qua. Đề tài tốt nghiệp của em là “Thiết kế nhà máy bia năng suất 40 triệu lít/năm, từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14 0 Bx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường”. Đây là bản đồ án có khối lượng công việc tương đối lớn, nhưng do thời gian thực hiện còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và bạn bè để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 01 tháng 11năm 2008 Sinh viên thực hiện Đỗ Thị Thanh Thương ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH xi MỞ ĐẦU 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 4 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới 4 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam 6 3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam 8 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 11 1.1. Ưu điểm của bia nồng độ cao 11 1.2. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy 13 1.2.1. Nguồn cung cấp nguyên liệu 13 1.2.2. Giao thông vận tải 13 1.2.3. Nguồn điện 14 1.2.4. Nguồn cung cấp nước 14 1.2.5. Nguồn cung cấp nhiên liệu 14 1.2.6. Hệ thống thoát nước 14 1.2.7. Nguồn nhân lực 14 1.2.8. Thị trường tiêu thụ sản phẩm 14 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN XUẤT 16 2.1. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 16 2.2. Nguyên liệu sản xuất bia 17 2.2.1. Malt đại mạch 17 2.2.2. Hoa houblon 19 2.2.3. Nước 21 iii 2.2.4. Nấm men 23 2.2.5. Nguyên liệu thay thế 23 2.2.6. Các chất phụ gia 29 2.3. Lựa chọn dây chuyền sản xuất 29 2.3.1. Phương pháp lên men cổ truyền 29 2.3.2. Phương pháp lên men hiện đại 30 2.4. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 30 2.4.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia 30 2.4.2. Thuyết minh quy trình 33 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG SẢN PHẨM 64 3.1. Các thông số ban đầu 64 3.2. Tính toán lượng bia từ 100kg nguyên liệu ban đầu 64 3.2.1. Tính lượng chất hòa tan và bã 65 3.2.2. Tính lượng sản phẩm trung gian qua các giai đoạn 66 3.2.3. Tính lượng men giống 67 3.2.4. Tính toán lượng bã malt và đại mạch 67 3.2.5. Tính toán lượng nước dùng trong quá trình nấu và rửa bã 68 3.2.6. Tính toán các nguyên liệu khác 69 3.2.7. Tính các sản phẩm phụ 71 3.3. Lập kế hoạch sản xuất 72 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 77 4.1. Phân xưởng nấu 77 4.1.1. Cân nguyên liệu 77 4.1.2. Máy nghiền nalt 78 4.1.3. Máy nghiền đại mạch 79 4.1.4. Thiết bị vận chuyển nguyên liệu 79 4.1.5. Thiết bị hồ hóa 80 4.1.6. Thiết bị đường hóa 82 4.1.7. Thiết bị lọc khung bản 84 iv 4.1.8. Thiết bị nấu hoa 85 4.1.9. Thùng lắng xoáy 87 4.1.10. Thiết bị đun nước nóng 88 4.1.11. Máy làm lạnh nhanh 89 4.1.12. Bơm 90 4.1.13. Tính toán CIP 90 4.1.14. Bơm CIP 91 4.2. Phân xưởng lên men 92 4.2.1. Thiết bị lên men 92 4.2.2. Thiết bị gây men giống 95 4.2.3. Thiết bị rửa sữa men 99 4.2.4. Máy lọc bia Filter 99 4.2.5. Thiết bị chứa bia và bão hòa CO 2 100 4.2.6. Tính toán thùng nước để pha loãng 101 4.2.7. Bơm men giống 102 4.2.8. Bơm lọc 102 4.2.9. Bơm bột trợ lọc trong quá trình lọc 102 4.2.10. Hệ thống CIP 103 4.3. Phân xưởng hoàn thiện 104 4.3.1. Bia hơi 104 4.3.2. Bia chai 105 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG 108 5.1. Thiết kế bố trí tổng mặt bằng 108 5.1.1. Thiết kế quy hoạch 108 5.1.2. Nguyên tắc phân vùng 108 5.2. Tính toán các hạ mục công trình 109 5.2.1. Khu vực sản xuất 109 5.2.2. Phân xưởng hoàn thiện 112 5.2.3. Phân xưởng phụ trợ 113 v 5.2.4. Các công trình phục vụ sinh hoạt 116 CHƯƠNG 6: TÍNH HƠI – NƯỚC – ĐIỆN – LẠNH 119 6.1. Tính lượng hơi cho nhà máy 119 6.1.1. Lượng nhiệt tính cho phân xưởng nấu 119 6.1.2. Tính nhiệt lượng cho phân xưởng hoàn thiện 124 6.1.3. Tính lượng hơi 124 6.1.4. Chọn nồi hơi 125 6.1.5. Tính nhiên liệu cho nồi hơi 126 6.2. Tính toán nước cho nhà máy 127 6.2.1. Nước dùng trong phân xưởng nấu 127 6.2.2. Nước dùng để làm lạnh nhanh dịch đường 127 6.2.3. Nước dùng trong phân xưởng lên men 128 6.2.4. Nước dùng trong nhân men giống và rửa men 128 6.2.5. Nước dùng cho phân xưởng hoàn thiện 128 6.2.6. Nước dùng cho nồi hơi 129 6.2.7. Nước dùng để pha cho ra bia thành phẩm 130 6.2.8. Nước dùng cho các việc khác 130 6.2.9. Tổng lượng nước dùng cho nhà máy 130 6.3. Tính toán điện tiêu thụ cho nhà máy 130 6.3.1. Tính phụ tải chiếu sang 131 6.3.2. Tính phụ tải sản xuất 140 6.3.3. Xác định phụ tải tính toán 141 6.3.4. Xác định công suất và dung lượng bù 141 6.3.5. Chọn máy biến áp 142 6.3.6. Tính điện tiêu thụ hàng năm 142 6.4. Tính toán lạnh cho nhà máy 144 6.4.1. Lượng nhiệt cần cho thiết bị làm lạnh nhanh 144 6.4.2. Lượng nhiệt lạnh cung cấp cho quá trình lên men chính để duy trì nhiệt độ lên men 144 vi 6.4.3. Tính nhiệt lạnh cần thiết để hạ nhiệt độ bia từ lên men chính xuống lên men phụ 146 6.4.4. Tính lượng nhiệt lạnh cho cả quá trình lên men phụ 146 6.4.5. Tính nhiệt lạnh cho thùng men giống 147 6.4.6. Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ bia sau khi lọc từ 5 0 C xuống 1 0 C để nạp CO 2 148 6.4.7. Tổng nhiệt lạnh cần cung cấp cho nhà máy 148 6.4.8. Chọn máy lạnh 148 CHƯƠNG 7: VỆ SINH VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG 150 7.1. Vệ sinh và an toàn lao động 150 7.1.1. Vệ sinh cá nhân 150 7.1.2. Vệ sinh thiết bị 150 7.1.3. Vệ sinh công nghiệp 154 7.2. Bảo hộ và an toàn lao động 154 7.2.1. Chống độc trong sản xuất 155 7.2.2. An toàn hệ thống chịu áp 155 7.2.3. An toàn điện trong sản xuất 155 7.2.4. An toàn khi thao tác vận hành một số thiết bị phòng cháy chữa cháy 155 CHƯƠNG 8: MÔI TRƯỜNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 156 8.1. Các yếu tố chính trong nhà máy bia ảnh hưởng tới môi trường 156 8.1.1. Nước thải và các chất gây ô nhiễm 156 8.1.2. Bụi 158 8.1.3. Khí thải từ nhà nấu 158 8.1.4. Tiếng ồn 159 8.1.5. Các chất thải khác 159 8.2. Tổng quan về xử lý nước thải 160 8.2.1. Phương pháp cơ học 160 8.2.2. Phương pháp hóa học và lý học 160 8.2.3. Phương pháp sinh học 160 vii 8.3. Phương án xử lý nước thải cho nhà máy bia 161 8.3.1. Sơ đồ công nghệ 161 8.3.2. Nồng độ cho phép các chất ô nhiễm trong nước thải (TCVN 5945 - 1995)163 CHƯƠNG 9: TÍNH TOÁN KINH TẾ 165 9.1. Mục đích và ý nghĩa 165 9.2. Nội dung phần tính toán kinh tế 165 9.2.1. Vốn đầu tư cho nhà máy 165 9.2.2. Tính giá thành cho sản phẩm 168 9.3. Đánh giá các chỉ tiêu và hiệu quả 172 9.3.1. Tổng doanh thu của nhà máy 172 9.3.2. Doanh thu thuần 172 9.3.3. Đánh giá các chỉ tiêu hiệu quả 173 9.3.4. Thời gian thu hồi vốn 174 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 175 TÀI LIỆU THAM KHẢO 177 PHỤ LỤC Phụ lục 1. Quy trình sản xuất bia từ nấu và lên men bia nồng độ cao Phụ lục 2. Một số hình ảnh minh họa về máy móc, thiết bị của nhà máy Phụ lục 3. Sơ đồ hệ thống thu hồi CO 2 Phụ lục 4. Mặt bằng lắp đặt hệ thống thiết bị chiết chai Phụ lục 5. Sơ đồ hệ thống xử lý nước Phụ lục 6. Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng nấu Phụ lục 7. Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng lên men Phụ lục 8. Tổng bình đồ nhà máy bia năng suất 40 triệu lít/năm viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Bx: Nồng độ Brix (Tổng chất khô hòa tan có trong dung dịch được đo bằng Brix kế) CIP: Cleaning In Place – Hệ thống vệ sinh tẩy rửa sát trùng cho sản xuất. BOD: Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy cần thiết cho phản ứng sinh học (chất hữu cơ). COD : Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy cần thiết cho phản ứng hóa học (chất vô cơ). SS: Suspended Solids – Chất rắn lơ lửng. CFU: Colonic Forming – Đơn vị khuẩn lạc. MPN: Most Propable Number – Số lượng lớn nhất có thể có. KCS: Kiểm tra chất lượng sản phẩm TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 0.1. Sản phẩm bia được sản xuất bằng công nghệ lên men bia nồng độ cao ở một số nước trên thế giới [6] 9 Bảng 2.1. Thành phần hoá học của malt [1] 18 Bảng 2.2. Thành phần hoá học của hoa houblon [1] 20 Bảng 2.3. So sánh thành phần của hoa viên với hoa cánh [1] 21 Bảng 2.4. Hàm lượng các hoá chất xử lý nước uống và dư lượng cho phép 22 Bảng 2.5. Chỉ tiêu chất lượng đường do công ty cổ phần mía đường Lam Sơn sản xuất [6] 28 Bảng 3.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy 73 Bảng 3.2. Tổng hợp nguyên liệu chính, phụ cho bia hơi 10 0 Bx 73 Bảng 3.3. Tổng hợp nguyên liệu chính, phụ cho bia chai 12 0 Bx 75 Bảng 4.1 Các thiết bị chính cho phân xưởng sản xuất bia năng suất 40 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14 0 Bx 107 Bảng 5.1. Các công trình sản xuất, công trình phụ trợ, công trình sinh hoạt 118 Bảng 6.1: Các khu vực, nhà dùng đèn chiếu sang 139 Bảng 6.2: Công suất các thiết bị trong nhà máy 140 Bảng 8.1. Những chất điển hình của nước thải nhà máy bia 158 Bảng 8.2. Thành phần chất thải nhà máy bia 159 Bảng 8.3. Nồng độ cho phép các chất ô nhiễm trong nước thải 163 Bảng 9.1. Đơn giá cho các hạng mục công trình 166 Bảng 9.2: Đơn giá cho các thiết bị 167 Bảng 9.3: Chi phí nguyên liệu 168 Bảng 9.4: Chi phí nguyên liệu và động lực 169 Bảng 9.5: Tính nhân lực cho các bộ phận 169 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 0.1. Biểu đồ phân chia lượng bia tiêu thụ theo vùng (2004) 4 Hình 2.1: Cấu tạo tế bào nấm men 23 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của máy rửa chai một đầu 59 Hình 2.3. Nguyên lý hoạt động của hầm thanh trùng tunnel 61 Hình 2.4. Hệ thống CIP của phân xưởng nấu 62 Hình 2.5. Hệ thống CIP của phân xưởng lên men 63 Hình 4.1. Máy nghiền malt 78 Hình 4.2. Cấu tạo máy nghiền búa 79 Hình 4.3. Cấu tạo nồi hồ hóa 82 Hình 4.4. Cấu tạo nồi đường hóa 84 Hình 4.5. Cấu tạo thiết bị lọc khung bản 85 Hình 4.6. Cấu tạo nồi nấu hoa 87 Hình 4.7. Cấu tạo thùng lắng xoáy 88 Hình 4.8. Cấu tạo tank lên men 94 Hình 4.9. Mô hình gây men giống 98 [...]... công nghệ lên men bia nồng độ cao Ở Bắc Mỹ (Mỹ và Canada) đã nấu và lên men dịch đường 18 – 20 0Bx Ở châu Úc (Úc và Newzealand) lên men bia nồng độ cao là phương pháp phổ biến nhất hiện nay Ở các châu lục khác lên men bia nồng độ cao cũng được áp dụng ngày càng rộng rãi như ở Trung Mỹ, Nam Mỹ và châu Phi Không chỉ ở các nước có ngành công nghiệp bia phát triển lâu đời mới sản xuất bia nồng độ cao mà tại... địa điểm đặt nhà máy thuận lợi thì việc sản xuất bia sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao Điều này chứng tỏ việc 15 thiết kế một nhà máy bia năng suất 40 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 140 Bx là hoàn toàn có tính khả thi, chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cũng như việc tạo việc làm cho một lượng công nhân khá lớn và tăng nguồn thu cho ngân sách nhà nước 16 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT... hợp và nâng cao chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu chung với xu hướng cạnh tranh và chiếm lĩnh thị trường Sản xuất bia nồng độ cao trong nhiều năm qua đã được nhiều nhà máy bia trên thế giới áp dụng như một phương tiện nhằm tối ưu hóa sản lượng của nhà máy hiện 2 có Việc lên men dịch đường ở nồng độ chất khô ban đầu cao làm tăng hiệu quả sử dụng thiết bị nấu và lên men, tăng công suất nhà máy bia lên. .. Thiết kế nhà máy bia năng suất 40 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 140 Bx 4 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới [1] Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì bia được sử dụng như một thứ nước giải khát thông dụng Hiện nay trên thế giới có trên 25 nước sản xuất bia với sản lượng trên 100 tỷ lít/năm, trong... bình năm dự kiến là 21% và đến năm 2020 dự kiến đạt mức tiêu thụ 25 lít/người/năm 3 Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam a Tình hình sản xuất trên thế giới Công nghệ lên men bia nồng độ cao là quá trình sản xuất và lên men dịch đường có nồng độ cao hơn so với các phương pháp sản xuất bia truyền thống Bia nồng độ cao có thể được pha loãng sau khi lên men bằng nước vô trùng đã... nhanh nhưng công nghệ lên men bia nồng độ cao chưa được phát triển Phần lớn các nhà máy bia của Việt Nam chỉ lên men dịch đường có nồng độ 10 – 12 0Bx, với tỷ lệ gạo làm nguyên liệu thay thế là khoảng 30%, nên sản xuất ra bia có độ cồn 3 – 5 %v/v Như vậy việc nghiên cứu sản xuất dịch đưòng cho lên men bia nồng độ cao không chỉ đáp ứng nhu cầu về bia ngày càng tăng mà còn nâng cao tỷ lệ nguyên liệu thay... thêm thiết bị và nhân lực Trước đây theo phương pháp truyền thống, bia được sản xuất từ dịch ban đầu có nồng độ chất khô từ 10 – 12 0Bx, quá trình lên men tạo ra bia có hàm lượng cồn 4 – 50V Ngày nay sản xuất bia cố nồng độ chất khô cao 140 Bx đã trở thành phổ biến và được áp dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới như: Mexico, các nước Nam Mỹ, Nam Phi…vì nó mang lại hiệu quả kinh tế, nhất là các nhà máy bia. .. Nam [1] Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của nhà máy bia Bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư, mở rộng các nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa... SẢN XUẤT 2.1 Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Để lựa chọn dây chuyền sản xuất bia cho phù hợp với công nghệ nấu và lên men bia nồng độ cao 140 Bx sau đó pha loãng ra bia thành phẩm gồm 60% bia chai 12 0Bx và 40% bia hơi 10 0Bx cần phải xác định các chỉ tiêu chất lượng của bia thành phẩm  Chỉ tiêu cảm quan - Màu sắc: vàng rơm, óng ánh - Độ trong: trong suốt - Hương: thơm dịu, đặc trưng của hoa houblon - Vị:... nhu cầu của sản xuất bia thông thường cùng công suất  Tất cả các bơm, van và hệ thống ống có thể được lựa chọn phù hợp với những lưu lượng nhỏ hơn so với những lưu lượng thông thường của một nhà máy bia cùng công suất Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu bia nồng độ cao: Theo phương pháp cổ điển các nhà máy bia sản xuất dịch đường có nồng độ ban đầu vừa đủ để tạo ra bia có nồng độ mong muốn Một số . tài Thiết kế nhà máy bia năng suất 40 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14 0 Bx . 4 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 1. Tình hình sản xuất và. giới đều đã và đang áp dụng công nghệ lên men bia nồng độ cao. Ở Bắc Mỹ (Mỹ và Canada) đã nấu và lên men dịch đường 18 – 20 0 Bx. Ở châu Úc (Úc và Newzealand) lên men bia nồng độ cao là phương. cho bia hơi 10 0 Bx 73 Bảng 3.3. Tổng hợp nguyên liệu chính, phụ cho bia chai 12 0 Bx 75 Bảng 4.1 Các thiết bị chính cho phân xưởng sản xuất bia năng suất 40 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia