Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm
Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 3 PHẦN 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA ......................................... 5 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của bia ............................................................ 5 1.2 Tình hình phát triển ngành sản xuất bia trong và ngoài nước ........................... 6 1.2.1 Tình hình phát triển ngành sản xuất bia trên thế giới. ................................ 6 1.2.2 Tình hình phát triển ngành sản xuất bia ở Việt Nam .................................. 8 1.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bia ................................................................ 11 1.3.1 Chỉ tiêu cảm quan...................................................................................... 11 1.3.2 Chỉ tiêu hóa lý ........................................................................................... 11 PHẦN 2 2.1 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT Và PHƯƠNG PHÁP NẤU ...................... 13 NGUYÊN LIỆU............................................................................................... 13 2.1.1 Đại mạch ................................................................................................... 13 2.1.2 Các nguyên liệu thay thế đại mạch ........................................................... 16 2.1.2.1 Sắn ......................................................................................................... 16 2.1.2.2 Ngô......................................................................................................... 16 2.1.2.3 Gạo ......................................................................................................... 16 2.1.3 Hoa houblon .............................................................................................. 17 2.1.4 Hệ vi sinh vật ............................................................................................ 19 2.1.5 Nước .......................................................................................................... 21 2.1.6 Nguyên liệu phụ trợ khác .......................................................................... 22 2.1.6.1 Nhóm phụ giai trực tiếp ......................................................................... 22 2.1.6.2 Nhóm phụ gia gián tiếp.......................................................................... 22 2.2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP NẤU ......................................................................... 23 2.2.1 Nghiền nguyên liệu ................................................................................... 23 2.2.1.1 Nghiền malt: .......................................................................................... 23 SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 1 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm 2.2.1.2 Nghiền gạo ............................................................................................. 25 2.2.2 Hồ hoá ....................................................................................................... 25 2.2.3 Đường hoá ................................................................................................. 25 2.2.4 Lọc dịch đường ......................................................................................... 26 2.2.5 Nấu hoa ..................................................................................................... 28 2.2.6 Lắng trong và làm lạnh dịch đường houblon hoá ..................................... 30 2.2.6.1 Lắng trong .............................................................................................. 30 2.2.6.2 Làm lạnh dịch đường ............................................................................. 32 SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 2 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm MỞ ĐẦU Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng. Công nghệ sản xuất bia khá đặc biệt, bởi vậy nó mang lại cho người uống một cảm giác rất sảng khoái và hấp dẫn. Trong bia có chứa hệ enzym phong phú và đặc biệt là enzym kích thích cho sự tiêu hóa. Vì vậy uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa, mà còn giảm được sự mệt mỏi sau một ngày làm việc mệt nhọc. Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển, nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm trí đã trở thành loại nước giải khát không thể thiếu hàng ngày đối với mỗi người dân phương Tây. So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp (3 80) và nhờ có CO2 giữ được trong bia nên tạo nhiều bọt khi rót, bọt là đặc tính ưu việt của bia, là yếu tố để phân biệt bia với những loại nước giải khát khác. Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25 gram thịt bò hoặc 150 gram bánh mỳ loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500 kcal, bằng 2/3 năng lượng được cung cấp từ cùng một thể tích sữa. Ngoài ra, trong bia còn chứa vitamin B1, B2, B5, B6, rất nhiều vitamin PP và các axit amin cần thiết cho cơ thể, các chất khoáng và nguyên tố vi lượng khác. Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộc được rất nhiều người ưa thích. Trong những năm gần đây, nhu cầu uống bia của con người ngày một tăng nhanh, cùng với sự phát triển của ngành công nghệ sinh học, công nghệ sản xuất bia đã có những bước tiến nhảy vọt. Nhiều cải tiến về công nghệ đã được áp dụng vào sản xuất bia, đã nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị, và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ngày nay ngành sản xuất bia Việt Nam cũng như các nhà máy bia liên doanh hay các hãng bia nước ngoài luôn không ngừng mở rộng, cải tiến, xây dựng các nhà máy mới phù hợp và nâng cao chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu chung, với xu hướng cạnh tranh và chiếm lĩnh thị trường đồng thời cung cấp cho người tiêu dùng các loại bia có chất lượng cao, giá thành phù hợp. SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 3 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm Đồ án thiết kế của em cũng không nằm ngoài mục đích trên. Qua hiểu biết của em trong quá trình học tập, em xin lập bản thiết kế phân xưởng nấu nhà máy sản xuất bia với năng suất 30 triệu lít/năm với tỉ lệ nguyên liệu thay thế là 20% gạo. SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 4 Đồ án chuyên nghành PHẦN 1 Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của bia Bia là một trong những loại nước uống có cồn lâu đời nhất mà con người đã tạo ra. Theo những chứng tích lịch sử thì bia có niên đại tới 6000 năm TCN, được ghi lại trong các văn bản cổ của nền văn hóa Lưỡng Hà và Ai Cập cổ đại. Ở châu Âu, bia xuất hiện ở thời kỳ đồ đá mới khoảng 3.000 năm TCN. Như hầu hết các chất có chứa carbohydrat, chủ yếu là đường hoặc tinh bột, có thể lên men tự nhiên, có khả năng đồ uống giống bia được phát minh độc lập giữa các nền văn hóa khác nhau trên toàn thế giới. Việc phát minh ra bánh mì và bia đã được chứng minh là động lực cho con người phát triển công nghệ và xây dựng nền văn minh nhân loại. Các thực nghiệm hóa học sớm nhất đã cho thấy bia lúa mạch được phát hiện tại Godin Tepe ở miền trung dãy núi Zagros của Iran có niên đại khoảng 3.400-3.000 năm TCN. Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phát kiến tương đối mới: Trong thời trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia. Các hỗn hợp này thông thường được gọi là gruit. Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ 9. Văn bản cổ nhất còn sót lại có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia có niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard . Tại châu Âu, trong thời trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình. Vào thế kỷ 14 và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạt động thủ công, với các quán bia và tu viện sản xuất bia của mình hàng loạt để tiêu thụ. Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày nay gọi là ale. Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia được lưu trữ trong các hầm lạnh một thời gian dài; kể từ đó nó đã được sản xuất nhiều hơn ale. SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 5 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia đã trở thành sự thật. Các cải tiến mới trong công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùng với sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuất bia tang tính hiệu quả và kiểm soát nồng độ cồn. Cho đến cuối thế kỷ 18, mạch nha chủ yếu được làm khô bằng lửa do đốt gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc. Nói chung, không có loại mạch nha nào trong só này được che chắn tốt khỏi khói sinh ra trong các lò sấy, và do đó các loại bia thời kỳ đó có thành phần hơi khói trong hương vị của chúng; các chứng cứ chỉ ra rằng các nhà sản xuất mạch nha và bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm. Sự phát minh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất bia đen (porter và stout ). Sự phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi Louis Pasteus đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởi các loại vi sinh vật không mong muốn. Năm 1953, Morton W. Coutts người New Zealand đã phát triển một kỹ thuật lên men liên tục[8]. Sáng chế của Coutts liên quan tới quá trình cho bia chảy qua bể kín, việc lên men xảy ra dưới áp suất và nhiệt độ, không bao giờ để bia tiếp xúc với không khí, thậm chí cả khi đóng chai. Nó là 1 cuộc cách mạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4 tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ. Công nghệ của ông cẫn được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay. Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất bia là một nền kinh doanh toàn cầu, bao gồm một số công ty đa quốc gia chiếm ưu thế trên thị trường và hàng ngàn các nhà sản xuất nhở từ các cơ sở lớn của vùng. Hơn 133 tỉ lít( 35 tỉ gallon) được bán mỗi năm, doanh thu toàn cầu là 294,5 tỉ USD (147.7 tỉ bảng Anh) năm 2006. 1.2 Tình hình phát triển ngành sản xuất bia trong và ngoài nước 1.2.1 Tình hình phát triển ngành sản xuất bia trên thế giới. Sản xuất bia là một ngành công nghiệp thực phẩm có bước phát triển nhanh chóng. Từ đầu thế kỉ XX bia còn xa lạ với nhiều người, song chỉ mấy chục năm SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 6 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm sau đó đã trở thành phổ biến. Ngành công nghiệp này đã có vị trí quan trọng ở nhiều nước và đem lại nguồn thu nhập to lớn cho công ty sản xuất cũng như nền kinh tế quốc dân. Sản xuất bia ngày càng tăng cả về chất lượng và sản lượng. Dưới đây là những số liệu cụ thể: Sản lượng bia thế giới trong một thập kỷ tăng 35,6%. Có sản lượng lớn và luôn phát triển là Trung Quốc, kế đến là Nga và Brazil. Trong khi đó, năm 2001, Mỹ là nước dẫn đầu sản lượng bia thế giới với 23.300 triệu lít, đến năm 2011 giảm sản lượng còn 22.546 triệu lít đứng vị trí thứ hai. Việt Nam, Ukraina và Trung Quốc có mức tăng trưởng cao trong mười năm qua, lần lượt là 240,4,%, 132,9% và 118% (bảng 1) Bảng 1: Các nước dẫn đầu sản lượng bia năm 2011 Hiện nay trung bình mỗi năm sản lượng tăng trung bình khoảng 300-500 triệu lít/năm. Sản lượng bia sản xuất ra trên thế giới tăng trưởng nhanh, nhưng sản xuất bia lại phân bố không đồng đều theo các vùng địa lý trên thế giới (bảng 2). Sản xuất bia tập trung ở những vùng có sẵn nguyên liệu và có truyền thống về sản xuất bia. Ở các khu vực này có rất nhiều hãng bia lớn và nổi tiếng trên toàn thế giới. Ở các khu vực khác sản xuất bia đang tăng dần, đặc biệt sản lượng bia ở Châu Á SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 7 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm tăng liên tục và khá nhanh. Ở các khu vực mới chủ yếu là nhập công nghệ sản xuất từ các nước truyền thống sản xuất bia. Bảng 2: Sản lượng bia theo khu vực, 2011 Từ những năm 1908 các nước thấy được nguồn lợi to lớn từ sản xuất bia nên đã tập trung đầu tư phát triển đông thời đánh thuế cao vào các hàng hóa bia nhập khẩu. Các hãng bia lớn có nguy cơ bị mất thị trường đã có nhiều cách để thâm nhập vào các nước bằng hình thức đầu tư trực tiếp 100% hoặc liên doanh. Kết quả của sự chuyển dịch phương thức xâm nhập thị trường bằng hàng hóa sang đầu tư sản xuất ở chính quốc gia đã làm thay đổi cơ cấu sản lượng bia thế giới. Những thị trường triển vọng: Nhật bản, Việt Nam, Hàn Quốc,… đang được các hãng lớn quan tâm đầu tư. Một điểm đáng lưu ý trong tiêu thụ bia trên thế giới ngày nay là sự cạnh tranh mạnh mẽ giữa các hãng lớn trên qui mô toàn cầu. Những hãng bia lừng danh đang tìm mọi cách để thâm nhập vào bất cứ thị trường nào nếu có thể được. 1.2.2 Tình hình phát triển ngành sản xuất bia ở Việt Nam Bia xâm nhập vào nước ta sau thời kì Pháp xâm lược năm 1858. Nhà máy bia đầu tiên được xây dựng ở Việt Nam do một người chủ tư bản Pháp xây dựng ở Hà Nội năm 1890. Tình hình phát triển ngành sản xuất bia trong nước SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 8 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm Những năm trở lại đây , do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư,…. Mà nghành công nghiệp bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như theo ước tính sản lượng toàn ngành 6 tháng đạt 1.373,1 triệu lít, bằng 47,3% kế hoạch năm, tăng 10,7% so với cùng kỳ (6 tháng đầu năm 2012 đạt 1.240,9 triệu lít). Trong đó, sản lượng bia của SABECO ước đạt 673,1 triệu lít, tăng 8,8% so với cùng kỳ; của HABECO ước đạt 299,8 triệu lít, tăng 13,7%; các doanh nghiệp còn lại sản xuất ước đạt 400,2 triệu lít, tăng 11,56% so với cùng kỳ. Riêng hai thương hiệu Bia Hà Nội và Bia Sài Gòn ước đạt 903,2 triệu lít, chiếm 65,8% tổng lượng bia sản xuất toàn ngành và tăng 11% so với cùng kỳ Bảng 3: Sản lượng sản xuất bia ở Việt Nam qua các năm Số lượng,cơ sở sản xuất Theo thống kê của Bộ Công Thương, hiện nay toàn ngành sản xuất bia có 151 doanh nghiệp ở 51 tỉnh, thành phố với tổng năng lực sản xuất trên 2,7 tỷ lít SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 9 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm một năm. Bốn doanh nghiệp bia lớn nhất Việt Nam ở thời điểm này là Sabeco, Habeco, Heineken và Carlsberg. Trong đó, năng lực sản xuất của Sabeco và các công ty con, công ty liên kết là 1,7 tỷ lít/năm. Habeco với hệ thống của mình có năng lực sản xuất 916 triệu lít/năm. Do sự xuất hiện của nhiều doanh nghiệp bia lớn có thiết bị hiện đại, công nghệ tiên tiến,… nên có sự cạnh tranh gay gắt, nhiều cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, chất lượng thấp không đủ khả năng cạnh tranh đã phá sản hoặc chuyển sang ngành sản phẩm khác. Thương hiệu bia Thị trường bia Việt Nam hoạt động khá cạnh tranh, với nhiều thương hiệu nổi tiếng như: Tiger, Heineken, Hà Nội, Halida, Sài Gòn, 333, v.v…, từ phân khúc cấp thấp như bia hơi cho đến phân khúc bia thượng hạng. 2 thị trường tiêu thụ chủ lực là thị trường miền Nam (Hồ Chí Minh) và miền Bắc. 50-60% thị phần bia thuộc về 2 tập đoàn lớn của Việt Nam là Sabeco và Habeco. Ngoài ra, thị trường bia Việt Nam còn mở cửa cho phép các công ty sản xuất bia nước ngoài vào liên doanh, như: Carlsberg, Asia Pacific Brewers Ltd (Heineken, Tiger), SABMiller. Theo APB, hơn 1/2 lợi nhuận của hãng là do thị trường Việt Nam đóng góp,mặc dù tập đoàn hoạt động ở hơn 15 quốc gia thuộc châu Á – Thái Bình Dương. SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 10 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm Hình ảnh 10 loại bia dược tiêu thụ nhiều nhất năm 2010 theo số liệu của Sabeco Trình độ công nghệ và thiết bị Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít/ năm đều có hệ thống thiết bị hiện đại,tiên tiến, nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh mẽ như: Đức, Đan Mạch,… Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít/ năm cho đến nay đã đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến vào sản xuất. Nguyên liệu cho ngành bia Năm 2003, kim ngạch nhâp khẩu ngành sản xuất bia (chủ yếu là malt và hoa houblon) khoảng 76 triệu USD. Tổng công ty Habeco đã thử nghiệm trồng thử đại mạch ở một số nơi nhưng chưa có kết quả do sự không phù hợp về thổ nhưỡng và về khí hậu. Hiện tại đã có một nhà máy sản xuất malt đại mạch với công suất trên 50.000 tấn/năm và có khả năng mở rộng lên 100.000 tấn/năm. 1.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bia 1.3.1 Chỉ tiêu cảm quan -Màu sắc: Vàng rơm, óng ánh. -Độ trong: Trong suốt. -Hương: Thơm dịu, đặc trưng của hoa houblon. -Vị: Đắng dịu,đặc trưng của hoa houblon -Trạng thái bọt: Trắng mịn. -Thời gian giữ bọt: 5-25 phút 1.3.2 Chỉ tiêu hóa lý -Độ đường ban đầu: 10-13% trọng lượng bia hơi 10 0Bx -Hàm lượng cồn: Bia hơi: 3.5 % -Hàm lượng diaxetyl: Bia hơi [...]... nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm Hình ảnh 10 loại bia dược tiêu thụ nhiều nhất năm 2010 theo số liệu của Sabeco Trình độ công nghệ và thiết bị Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít/ năm đều có hệ thống thiết bị hiện đại,tiên tiến, nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh mẽ như: Đức, Đan Mạch,… Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít/... Trang 17 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm Hoa bia có các hiệu ứng kháng sinh giúp cho hoạt động của men bia tốt hơn trước các loại vi sinh vật không mong muốn Việc sử dụng hoa bia giúp cho việc duy trì thời gian giữ bọt lâu hơn (tạo ra các chất cacbonat hóa bia) -Vai trò của chất đắng: Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Làm cho bia có vị đắng dịu, tạo ra... theo số mL I2 0.1N hòa trong 100mL bia 0.5mL -Hàm lượng glyceryl: Bia hơi:0,1-0,2 SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 11 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm -Hàm lượng acid hữu cơ: Bia hơi: 0,1-0,15 -Hàm lượng đạm tổng số ( mg/100mL): 65-80 -Hàm lượng formol (mg/100mL): 20-25 -Độ chua tính theo mL NaOH 1N trung hòa lượng acid trong 100mL bia 1,21,7mL -Kim loại nặng: Không... men kết thúc, các tế bào kết chùm, chuỗi, tạo thành lớp dày trên bề mặt cùng với bọt bia, bia tự trong chậm o Khả năng lên men đừơng tam (rafinase) kém (chỉ đạt 33%) Nhóm nấm men chìm với các đặc tính: o Nhiệt độ lên men:6÷10 0C o -Quá trình xảy ra trong lòng môi trừơng nên khả năng lên men tốt SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang 19 Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm. .. -Vi sinh vật hiếu khí: ... lập thiết kế phân xưởng nấu nhà máy sản xuất bia với suất 30 triệu lít/năm với tỉ lệ nguyên liệu thay 20% gạo SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang Đồ án chuyên nghành PHẦN Thiết kế phân xưởng. .. nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm Hình ảnh 10 loại bia dược tiêu thụ nhiều năm 2010 theo số liệu Sabeco Trình độ công nghệ thiết bị Các nhà máy bia có công suất 100 triệu lít/... 30 2.2.6.1 Lắng 30 2.2.6.2 Làm lạnh dịch đường 32 SVTH: Nguyễn Văn Quang – KTSH K56 Trang Đồ án chuyên nghành Thiết kế phân xưởng nấu bia 30 triệu lít/năm MỞ ĐẦU Bia