Đồ án công nghệ thiết kế nhà máy sản xuất bia vàng với năng suất 5 triệu lít năm

Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông LỜI CẢM ƠN -oOo Để hoàn thành tốt Đồ án công nghệ II này, trước hết em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo khoa Hóa, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, đặc biệt thầy cô môn Công nghệ sinh học tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn thầy Bùi Xuân Đông – người tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, góp ý nội dung cho em suốt trình làm đồ án Trong thời gian làm việc với thầy, em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, học tập tinh thần, thái độ làm việc nghiêm túc, hiệu thầy Đây điều cần thiết cho em trình học tập công tác sau Em xin chân thành cám ơn! Đà Nẵng, tháng 12 năm 2012 Sinh viên Trần Thị Liên MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông LỜI MỞ ĐẦU Bia loại nước giải khát có từ lâu đời nhiều người ưa chuộng Đây sản phẩm khởi nguồn từ năm trước công nguyên Người ta cho Osiris (vị thần nông nghiệp Ai Cập) người hướng dẫn người làm bia từ lúa mạch Bia sản phẩm điển hình công nghệ lên men Ban đầu, cách 5000 năm (TCN), người ta làm bia cách lên men loại ngũ cốc Quá trình làm bia phát triển theo thời gian Đến kỉ thứ VIII, hoa houblon sử dụng làm bia Ngành sản xuất bia thực phát triển với đời công trình “Nghiên cứu Bia” Louis Pasteur, ông đưa tảng qui trình sản xuất hợp lí, phương pháp trùng Pasteur ông sử dụng ngày sản xuất bia Đến ngày nay, công nghệ sản xuất bia phát triển đến đỉnh cao, nhiều thương hiệu bia tiếng giới Heniken, Tiger, Halida…được giới ưa dùng Vì vậy, lượng bia sản xuất hàng năm không ngừng tăng lên Được sản xuất từ loại nguyên liệu malt đại mạch, hoa houblon, nước men tạo cho bia hương vị đặc trưng mà loại đồ uống khác Bia có hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 cao giúp thể giải khát cách triệt để Uống bia với lượng thích hợp có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa mà giảm mệt mỏi sau ngày làm việc mệt nhọc Đối với Việt Nam nói riêng, ngành công nghiệp bia đà phát triển không ngừng tạo cho vị Nhiều loại bia đời chiếm lĩnh thị trường nước bia Sài Gòn, bia Lager, bia HuDa, bia Hà Nội, Mục tiêu nhắm đến ngành công nghiệp bia sản xuất loại bia có chất lượng cao, ổn định, đáp ứng thị hiếu nhu cầu người tiêu dùng, tăng sức cạnh tranh với sản phẩm khác SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Để tìm hiểu sâu nắm bắt chi tiết dây chuyền công nghệ sản xuất bia, em chọn đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất bia vàng với suất triệu lít/năm” CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa bia vàng Bia loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng Ngoài việc cung cấp lượng calori lớn, bia chứa hệ enzyme phong phú, đặc biệt nhóm enzyme kích thích tiêu hoá amylaza Nguyên liệu dùng để sản xuất bia malt đại mạch, hoa houblon, nước sử dụng nguyên liệu thay gạo, ngô, đường saccaraza với quy trình đặc biệt, bia có tính chất cảm quan hấp dẫn người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO cao giúp người giải khát cách triệt để ta uống Lượng bia sản xuất ngày tăng sản phẩm ngày đa dạng hoá mẫu mã nhằm đáp ứng yêu cầu dinh dưỡng cảm quan người tiêu dùng Hiện thị trường có nhiều loại bia, tùy theo loại nguyên liệu sản xuất mà ta có bia vàng bia đen Trong đó, bia vàng loại phổ biến sản xuất nhiều Bia vàng có vị đắng dịu mùi thơm đặc trưng định nguyên liệu malt vàng hoa houblon SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Hình 1.1 Một số sản phẩm bia 1.1.1 Thành phần hóa học bia Thành phần hóa học bia phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu, nồng độ dịch lên men ban đầu mức độ lên men 1.1.1.1 Các chất bay [1, trang 74] Ngoài rượu Etylic CO2, bia chứa lượng không nhiều chất bay khác rượu bậc cao, andehyt, axit hữu cơ, este số chất khác Hàm lượng rượu etylic định đến chất lượng bia Hàm lượng rượu etylic từ 1,8–7,0% so với thể tích hàm lượng CO khoảng 0,3 – 0,5% khí CO tính theo trọng lượng Khí CO2 thành phần quan trọng bia, đảm bảo chất lượng vị tươi mát cho bia Rượu bậc cao chất có mùi, vị tham gia tạo este ảnh hưởng đến mùi vị bia Hàm lượng khoảng 40– 80mg/lit Axetaldehyt andehyt chủ yếu có bia chứa khoảng 5mg/lit Trong bia có chứa diaxetyl số hợp chất chứa lưu huỳnh SO2 khoảng 2-16 mg/lit, H2S khoảng 0,04 mg/lit, mecaptan bay khoảng 0,07 mg/lit 1.1.1.2 Các chất không bay [1, trang 74] Phụ thuộc vào nồng độ dịch lên men ban đầu mức độ lên men, bia thành phẩm chứa 2,5-5% chất không bay Trong saccarit chiếm 80-85%, chất Nito 6-9%, Glyxerin 5-7%, chất khoáng 3-4%, chất đắng tanin chất màu 2-3%, axit hữu không bay 0,7-1% lượng nhỏ vitamin 1.1.2 Các số cảm quan [1, trang 75] Các tiêu cảm quan bia vị, mùi, màu, độ trong, tạo bọt độ bền bọt bia Bia phải có mùi tinh khiết hoa houblon malt, mùi lạ mùi chua Độ axit trung bình bia khoảng 4, pH dao động 4,14,8 Vị bia thành phần khác bia tạo nên, bia phải có vị đặc trưng CO2 góp phần tạo vị cho bia, yêu cầu CO2 bia phải dạng liên kết tách khỏi bia chậm Bia phải có bọt mịn, đặc bền Bia phải bão hòa đầy đủ CO2 rót bia vào cốc bọt khí CO tách khỏi bia chậm tạo thành SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông lớp bọt bền bề mặt bia Bia phải có màu vàng nâu vàng sáng óng ánh, bia phải thật 1.2 Nguyên liệu sản xuất bia 1.2.1 Malt đại mạch Malt hạt hòa thảo nảy mầm điều kiện nhiệt độ độ ẩm nhân tạo xác định Nó sản phẩm giàu chất dinh dưỡng: đường đơn, axit amin, chất khoáng, nhóm vitamin có hệ enzyme phong phú – chủ yếu proteaza amylaza Hình 1.2 Malt Hình 1.3 Đại mạch 1.2.1.1 Vai trò Malt đại mạch vừa tác nhân đường hóa, vừa nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia Bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị tính chất công nghệ hẳn so với bia sản xuất từ malt hạt hòa thảo khác 1.2.1.2 Cấu tạo Hạt malt gồm phân chính: Vỏ hạt, phôi nội nhủ • Vỏ hạt (Hull): Vỏ hạt chia thành ba phận chính: vỏ trấu, vỏ lụa vỏ alơron Phần thường chiếm từ ÷ 15% trọng lượng hạt • Phôi: Là quan sống, hô hấp hạt Phôi thường chiếm từ 2,5 ÷ 5% trọng lượng hạt Trong phôi có từ 37 ÷ 50% chất khô thành phần nitơ, khoảng 7% chất béo, ÷ 6% đường saccharose, ÷ 7,5% pentose, ÷ 6,5% chất tro số thành phần khác Riêng tinh bột • Nội nhũ (Endosperm): Chiếm từ 45 ÷ 68% trọng lượng hạt Phần hạt đại mạch giữ vai trò định chất lượng đại mạch sản xuất SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông bia Thành phần nội nhũ hạt tinh bột hình tròn, có kích thước lớn (từ 20 ÷ 30μ) bé (từ ÷ 10μ) Rất hạt có kích thước trung bình Nếu hàm lượng protein đại mạch cao nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ Hình 1.4 Cấu tạo hạt đại mạch 1.2.1.3 Thành phần hóa học [1, trang 32] Thành phần hóa học trung bình malt bia tính theo phần trăm chất khô là: tinh bột 58 %, đường khử %, saccaroza %, pentozan hòa tan %, pentozan không hòa tan hexozan %, xenluloza %, chất chứa Nito 10 %, chất béo %, chất khoáng 2,5 % Ngoài số chất inozit, chất màu, tanin chất đắng Trong malt chứa enzym thủy phân cần thiết cho sản xuất bia như: α-amylaza, β-amylaza, proteinaza, peptidaza, fitaza, xitaza, amylofotfataza… 1.2.1.4 Yêu cầu malt dùng sản xuất bia [1, trang 32] Malt dùng để sản xuất bia phải sạch, có mùi thơm đặc trưng malt, có vị ngọt, có màu vàng sáng Không có mùi vị lạ, không mốc không hôi khói Yêu cầu kích thước hạt malt phải Kích thước hạt malt đạt yêu cầu hạt malt sàn 2,8 mm 2,5 mm chiếm 94 %, hạt sàn 2,2 mm không 0,5% Khối lượng riêng malt khoảng 520-600g/l Độ ẩm malt không 6% Độ chiết malt: 75-82% Thời gian đường hoá: SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông 20-35 phút, hoạt lực amylaza đạt 100-300 đơn vị, hàm lượng tinh bột cao tốt hàm lượng protein phải nằm khoảng 912%, cao bia đục, khó bảo quản, thấp bia bọt, vị đậm đà 1.2.2 Hoa Houblon 1.2.2.1 Vai trò Hoa houblon nguyên liệu thiếu sản xuất bia chưa loại nguyên liệu thay Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khả tạo giữ bọt, làm tăng độ bền keo ổn định thành phần sinh học sản phẩm Thành phần hóa học hoa gồm nhiều chất khác nhau, chất có giá trị cho bia nhựa houblon, chất tanin tinh dầu 1.2.2.2 Thành phần hoá học [1, trang 33] Thành phần hoá học hoa houblon gồm nhiều chất khác chất có giá trị công nghệ sản xuất bia nhựa houblon, tanin tinh dầu Ngoài hoa chứa số chất khác như: Hình 1.5.protein, mỡ, sáp, Hoa hợp chất phiprotein, xenluloza,… • Nhựa hoa houblon thành phần quan trọng hoa houblon, bao gồm nhựa cứng nhựa mềm: nhựa mềm gồm có α-nhựa mềm β-nhựa mềm, nhựa mềm gồm dạng axít đắng α, β, γ, δ-axít đắng Vị đắng bia chủ yếu α-axít đắng tạo nên, dẫn xuất β-axít đắng tạo nên vị đắng hài hoà, dễ chịu • Các chất tanin hoa houblon polyphenol, dễ hoà tan nước, dễ bị oxy hoá nên bảo vệ nhựa houblon Trong trình nấu bia, hầu hết tanin hoa houblon liên kết với protein malt, hàm lượng polyphenol bia chủ yếu malt khoảng 10÷20% polyphenol hoa houblon SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông • Tinh dầu hoa houblon hỗn hợp phức tạp hydrat cacbon nhiều hợp chất chứa oxy dạng tecpen Tinh dầu houblon không hoà tan nước dễ bay theo nước Trong trình sản xuất khoảng 98% lượng tinh dầu bị bay khoảng 2% tồn bia tạo hương thơm cho bia Trong trình bảo quản, tinh dầu dần bay bị ôxy hoá Do không dùng hoa cũ để sản xuất bia sản phẩm chuyển hoá tinh dầu đưa vào bia làm giảm chất lượng bia 1.1.2.3 Phương pháp bảo quản nâng cao hiệu sử dụng hoa[1,trang35] Để giữ chất lượng cho hoa nên bảo quản hoa điều kiện sau: • Ngăn chăn xâm nhập không khí vào hoa cách bảo quản thùng kín, môi trường chân không môi trường khí trơ • Xông SO2 để hạn chế oxy hoá phát triển vi sinh vật • Bảo quản nhiệt độ thấp, gần 0oC nhiệt độ thấp có tác dụng kìm hãm trình hoá học, hạn chế phát triển vi sinh vật • Cách ẩm tốt Nếu bảo quản điều kiện hoa bảo quản năm mà chất lượng không thay đổi Hiệu sử dụng chất đắng phụ thuộc vào nhiều yếu tố đun sôi hoa với dịch đường, quan trọng thời gian cường độ đun sôi, lượng chất hoa sử dụng pH dịch đường Nếu tiến hành houblon hoá điều kiện tối ưu lượng chất đắng sử dụng giai đoạn khoảng 80÷85%, 15÷20% lại bã hoa 1.2.3 Nước 1.2.3.1 Vai trò Hàm lượng nước bia thành phẩm chiếm trung bình khoảng 90% Trong nhà máy bia, nước dùng với nhiều mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm, trùng, vệ sinh sát trùng thiết bị, vệ sinh xí nghiệp,…Do lượng nước dùng nhà máy lớn Nước SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông có ảnh hưởng lớn đến tiến trình công nghệ chất lượng sản phẩm Vì vậy, nước dùng để nấu bia đòi hỏi phải có đầy đủ tiêu chuẩn nước uống mà có yêu cầu riêng đáp ứng cho công nghệ sản xuất bia 1.2.3.2 Thành phần hoá học [1, trang 37] Nước thực chất dung dịch loãng loại muối dạng ion • Nhóm cation chiếm nhiều là: Ca2+, Mg2+, H+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+,Al3+ • Nhóm anion chủ yếu là: OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO32-, PO43- Các muối canxi magie nguyên nhân gây độ cứng nước 1.2.3.3 Yêu cầu nước dùng sản xuất bia [1, trang 36] Nước dùng để nấu bia trước hết phải suốt, không màu, có mùi dễ chịu không mùi không chứa vi sinh vật gây bệnh • Độ cứng trung bình nước: 5÷6 miligam đương lượng/lit • pH= 6,8÷7,3 • Độ oxi hoá không vượt 1÷2 mg/lit • Hàm lượng khô không vượt 600mg/lit • Các tiêu sinh học: - Chuẩn độ coli không nhỏ 300ml - Chỉ số coli không lớn 1.2.4 Nấm men Để thực trình lên men dịch đường houblon hoá, điều kiện tiên phải có lượng định sinh khối nấm men bia khiết Nấm men sử dụng sản xuất bia gồm loại: • Saccharomyces cerevisiae (giống nấm men nổi) • Saccharomyces carlsbergensis (giống nấm men chìm) Yêu cầu kỹ thuật giống nấm men để sản xuất bia: [2, trang 405] SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang Hình Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông • Nấm men bia phải nhân giống từ chủng khiết chủng nấm men phù hợp có chất lượng tốt tái sử dụng đến đời thứ thứ • Giống nấm men phải thích ứng với điều kiện như: nhiệt độ, pH, thành phần môi trường • Mật độ gieo cấy nấm men ban đầu nhiều hàm lượng diaxetyl thấp, chất lượng bia tốt, mật độ gieo cấy ban đầu vượt qua ngưỡng 70.106 tế bào/cm3 hiệu mang lại không rõ nét 1.2.5 Nguyên liệu thay (Gạo) Người ta sử dụng nguyên liệu thay sản xuất bia nhằm mục đích giảm giá thành sản phẩm Nguyên liệu thay sử dụng nguyên liệu giàu tinh bột giàu đường Đối với nhà máy, nguyên liệu thay sử dụng gạo Về khả thay malt đại mạch gạo loại cốc dùng nhiều cả, mà chất lượng bia không thua so với sử dụng toàn malt đại mạch Trong thành phần chất khô gạo tinh bột chiếm 75 %, protein 8%, chất béo – 1,5%, xenluloza 0,5 – 0,8%, chất khoáng – 1,2% Trong trình nấu ta thu nhiều chất hoà tan Gạo có chứa nhiều tinh bột, protein vừa phải, chất béo xenlulo giới hạn thấp Do gạo nguyên liệu thay lý tưởng [2, trang 25] Yêu cầu gạo sử dụng sản xuất bia phải sạch, không tạp chất, không mối mọt lượng amylopectin thấp Nước ta nước nông nghiệp nên gạo thu mua nước Gạo bảo quản xilo chứa, thời gian bảo quản tháng 1.2.6 Các loại nguyên liệu phụ khác Dùng phụ gia trình sản xuất bia, hóa chất sử dụng công đoạn tẩy rửa, loại bột trợ lọc, chất ổn định đặc biệt enzym sử dụng công đoạn sản xuất dịch đường lên men lên men 1.3 Các phương pháp lên men sản xuất bia • Lên men truyền thống SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 10 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông - Khối lượng : 430 kg n= Số lượng thiết bị: N tb 2,68 = = 0,54 N T= Vậy chọn: thiết bị 2,23 × 60 = 26,76 1× Thời gian làm lạnh: 4.1.14 Chọn bơm cho phân xưởng nấu (phút) Bơm phân xưởng nấu bao gồm:     Bơm dịch cháo từ nồi nấu gạo sang nồi nấu malt Bơm dịch đường hóa lọc Bơm dịch đường lắng Bơm dịch đường làm lạnh Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH-40 với thông số kỹ thuật sau: - Năng suất : 40 m3/h [10, trang 372] - Áp suất làm việc : 0,2 MPa - Tốc độ quay : 2910 vòng/phút - Công suất động : 5,5 kW - Chiều cao bơm lên : m - Kích thước × × : (1385 510 907) mm - Khối lượng : 210 kg Số lượng: bơm SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 63 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông 4.2 Phân xưởng lên men 4.2.1 Thiết bị lên men Chú thích: 1- Cửa vệ sinh 2- Áp kế 3- Cuống van an toàn 4- Van nạp xả bia 5- Thân thiết bị Hình 4.6 Thiết bị Thiết bị lên men chế tạo thép không gỉ, thân hình trụ, đáy nắp hình chỏm cầu Thể tích hình học thiết bị: Vtb = Vtr + 2Vcc Thể tích phần hình trụ: Vtr = πD h1 Thể tích phần chỏm cầu:Vcc = Chọn tỉ lệ: h1 = 1,5 D Vtr = Suy ra: h2 = Và: D (m3) π  3D   h2  h2 +   πD h1 πD 1,5 D = = 0,375πD 4 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 64 ( = πh2 4h2 + 3D 24 ) (m3) Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông π  3D  π D  D 3D  7πD =  = h2  h2 + +   6   324 Vcc = Và: 7πD 67,75πD Vtb = 0,375πD + × = 324 162 Từ đó: (4) Thể tích thiết bị lên men gồm thể tích dịch cần lên men thể tích men giống Theo bảng 3.3: + Lượng dịch lên men mẻ : 2123,30 lít ≈ 2,12 m3 + Lượng men giống dùng cho mẻ : 12,75 lít ≈ 0,013 m3 Tổng lượng dịch lên men mẻ là: 2,12 + 0,013 = 2,133 (m3) Chọn thể tích thiết bị lên men 30 m3 Vtb = Từ (4) ta có: 67,75πD = 30 162 D=3 162Vtb 162 × 30 =3 = 2,8 67,75π 67,75 × 3,14 Suy ra: - Đường kính thiết bị: (m) - Chiều cao thân hình trụ: h2 = Và: D 2,8 = = 0,46 6 h1 = 1,5 D = 1,5 × 2,8 = 4,2 (m) (m) Vậy chiều cao toàn thiết bị: H = h1 + 2h2 = 4,2 + 2×0,46 = 5,12 (m) Số lượng thiết bị lên men: n= NT 60 × V Trong đó: n: số lượng thiết bị yêu cầu SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 65 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông N: suất của dây chuyền công đoạn T: thời gian tổng cộng chu kỳ làm việc máy, (phút) V: thể tích làm việc thiết bị, tính đơn vị với N n= NT 2,13 × × 24 × 60 = = 15,264 60 × V 60 × 30 ≈ 16 (thùng) Chọn thùng dự trữ Vậy có 18 thùng lên men 4.2.2 Thiết bị lên men phụ Chọn loại thiết bị lên men phụ tích chứa 25 m3 Gọi: D đường kính thiết bị l1 l2 l1 chiều dài thân thiết bị l2 l2 chiều dài chỏm cầu Chọn tỉ lệ: l1 = 1,4 D l2 = Và: D D 7πD 67,75πD Vtb = 0,375πD + × = 324 162 D=3 Suy ra: 162 × Vtb 162 ×Hình 25 4.7 Thiết bị lên men phụ =3 = 2,67 67,75π 67,75 × 3,14 - Đường kính thiết bị: - Chiều dài thân thiết bị: (m) l1 = 1,4 D = 1,4 × 2,67 = 3,74 l2 = - Chiều dài phần chỏm cầu: D 2,67 = = 0,45 6 (m) (m) × × Vậy chiều dài toàn thiết bị: L = l1 + l2 = 3,74 + 0,45 = 4,64 (m) Số lượng thiết bị lên men: SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 66 Đồ án công nghệ II n= GVHD: TS Bùi Xuân Đông NT 2,1 × 30 × 24 × 60 = = 60, 48 60 × V 60 × 25 ≈61 (thùng) Chọn thùng dự trữ Vậy có 63 thùng lên men phụ D h2 h1 h3 d 60o H 4.2.3 Thiết bị nuôi cấy nấm men Là thùng dạng hình trụ đứng, có nắp chỏm cầu, đáy hình chóp, làm thép không gỉ, bên có phận lọc khí Trên thiết bị có ống dẫn dịch đường vào dịch men D : đường kính phần thân trụ, m h1 : chiều cao phần thân hình trụ, m h2 : chiều cao phần nắp hình chỏm cầu, m h3 : chiều cao phần đáy hình nón, m d : đường kính cửa tháo liệu, m Chọn: h1 = 4/3D, h2 = 0,3D, d = 0,1 m, α = 60o Ta có: h3 = Hình 4.8 Thiết bị nuôi cấy nấm men D−d × tg 60 o Thể tích phần thân trụ: πD h1 πD π Vtr = = D = D3 4 3 = Thể tích phần đáy: Vđ Thể tích phần nắp: Vn = (m3) π  D2 + d + D × d  π  = h3  ( D − × 10 −3 ) × tg 60 o   24 π  3D  1,008πD = h2  h2 +   24 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 67 (m3) (m3) Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Vậy thể tích thiết bị: Vtb = Vtr + Vđ + Vn = Vtb = 1,008πD π π −3 o ( D − 1× 10 ) × tg 60 D 24 24 + + 10,74πD − 5,44 × 10 −3 24 (m3) D=3 24Vtb + 5,44 × 10 −3 10,74π Suy đường kính thiết bị: (m) (5) Theo bảng 3.3, lượng men giống đặc dùng ngày là: 114,76 lít = 0,11 m3 Quá trình nuôi cấy nấm men trải qua giai đoạn: nuôi cấy phòng thí nghiệm đến 10 lít nuôi cấy sản xuất Quá trình nuôi cấy sản xuất chia thành cấp: + Cấp 1: từ 10 lít đến 40 lít + Cấp 2: từ 40 lít đến 114,76 lít 4.2.3.1 Thiết bị nuôi cấy cấp Chọn thiết bị nuôi cấy chứa 40 lít Chọn hệ số chứa đầy thùng là: ϕ = 0,50 40 = 80 0,50 lít = 0,08 (m3) Thể tích thiết bị là: Vtb = D=3 24 × 0,08 + 5,44 ×10 −3 = 0,38 10,74π Từ (5) suy ra: h1 = 4 D = × 0,38 = 0,51 3 (m) (m) h2 = 0,3 × D = 0,3 × 0,38 = 0,11 h3 = 0,38 − 0,1 × tg 60 o = 0,24 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH (m) (m) Trang 68 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Chiều cao toàn thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 0,51 + 0,11 + 0,24 = 0,86 (m) Số lượng thiết bị: thùng 4.2.3.2 Thiết bị nuôi cấy cấp Chọn thiết bị nuôi cấy chứa 114,76 lít Chọn hệ số chứa đầy thùng là: ϕ = 0,50 114,76 = 229,52 0,50 (lít) = 0,23 (m3) Thể tích thiết bị là: V = D=3 24 × 0,23 + 5,44 × 10 −3 = 0,55 10,74π Từ (5) suy ra: h1 = (m) 4 D = × 0,55 = 0,73 3 (m) h2 = 0,3 × D = 0,3 × 0,55 = 0,17 h3 = 0,55 − 0,1 × tg 60 o = 0,39 (m) (m) Chiều cao toàn thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 0,73 + 0,17 + 0,39 = 1,29 (m) Số lượng thiết bị: thùng 4.2.4 Thiết bị lọc bia Theo bảng 3.3, lượng bia sau lên men phụ cần lọc ngày là: 18729,21 lít ≈ 18,73 (m3) Chọn thiết bị lọc: B9 − BφC 423 − 56 − 00 − 00 với thông số: [10, trang 109] - Năng suất: m3/h - Diện tích bề mặt lọc: 19,5 m2 - Số lượng lọc: 60 × - Kích thước bản: (365 575) mm - Áp suất làm việc : 2,5 kg/cm2 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 69 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông - Công suất động điện: 4,8 kW × × - Kích thước thiết bị : (2500 1080 1470) mm - Khối lượng: 1470 kg Số lượng thiết bị: n = 18729,21 = 0,086 × 10 × 24 t= Thời gian lọc ngày là: 18,73 = 2,08 → chọn thiết bị (h) 4.2.5 Thùng phối trộn chất trợ lọc Thùng phối trộn dạng hình trụ, chứa 200 lít Chọn hệ số chứa đầy thiết bị: ϕ = 0,85 πD H 200 = = 235,3 0,85 Thể tích thùng là: Vtrụ = (lít) = 0,24 (m3) Chọn đường kính thùng: D = 0,6 (m) Suy chiều cao thùng là: H = 4Vtru × 0,24 = πD 3,14 × 0,60 = 0,85 (m) Số lượng: thùng 4.2.6 Thùng chứa ổn định bia sau lọc Thùng chứa có cấu tạo hình dạng giống thiết bị lên men phụ, đặt nằm ngang có phận sục CO Theo bảng 3.3, lượng bia cần ổn định ngày: 18541,74 lít ≈ 18,54 m3 Chọn thùng chứa có hệ số chứa đầy V= Thể tích thùng: 18,54 = 10,91 × 0,85 Vtb = Từ (4.2.2), ta có: (m3) 63,7πD = 10,91 162 Suy ra: - Đường kính thiết bị: D = 2,07 (m) - Chiều dài phần trụ: l1 = 1,5D = SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 70 1,5 × 2,07 = 3,11 (m) ϕ = 0,85 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông - Chiều dài phần nắp: l2 = D 2,07 = = 0,35 6 (m) - Chiều dài toàn thiết bị: × L = l1 + 2l2 = 3,11 + 0,35 = 3,81 (m) 4.2.7 Chọn bơm cho phân xưởng lên men Bơm phân xưởng lên men bao gồm:    Bơm bia lọc (1 bơm) Bơm dịch nấm men (2 bơm) Bơm nước vệ sinh (2 bơm) Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH-10 có thông số kỹ thuật: - Năng suất: 10 m3/h [10, trang 372] - Áp suất làm việc: 0,05÷0,5 MPa - Tốc độ quay: 1.440 v/phút - Công suất động cơ: 2,8 kW - Chiều cao bơm lên: 8,0 m × × - Kích thước: (1280 453 920) mm - Khối lượng: 110 kg Số lượng: bơm 4.3 Phân xưởng chiết rót Theo bảng 3.3, lượng bia chiết rót ngày là: 18541,74lít Lượng chai cần dùng để chiết ngày là: 18541,74 = 41203,87 0,45 ≈ 41204 (chai) Phân xưởng chiết rót làm việc ca/ngày, ca làm việc giờ, thời gian nghỉ đổi ca 30 phút Thời gian làm việc ngày phân xưởng chiết rót là: × × – 0,5 = 22,5 (h) → Năng suất tối thiểu dây chuyền chiết rót là: 41204 = 1831,29 ≈ 1832 22,5 N= SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH (chai/h) Trang 71 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông 4.3.1 Máy chiết rót Chọn máy chiết rót nhãn hiệu AЖ với thông số kỹ thuật sau: - Năng suất : 2000 chai/h - Số lượng vòi rót : 24 vòi [10, trang 189] - Công suất động cơ: 0,6 kW - Kích thước thiết bị: (1000×1125×1850) mm - Khối lượng : 1250 kg - Số lượng : 1máy 4.3.2 Máy rửa chai Chọn máy rửa chai có nhãn hiệu АMM-9, với thông số kỹ thuật sau: - Năng suất : 2000 chai/h [10, trang 174] - Số đầu mang chai : 138 - Công suất động cơ: 30 kW × × - Kích thước thiết bị: (7460 3840 2650) mm - Khối lượng : 13500 kg - Số lượng : máy 4.3.3 Máy rửa két Theo bảng mục 4.3, lượng chai 1832 (chai) Số chai két 20 chai Vậy lượng két cần dùng là: 1832 = 91,6 20 ≈ 92 (két/h) Chọn máy rửa két nhãn hiệu Б2-AAR:[10, trang 256] - Năng suất :1700 két/h - Kích thước thiết bị: (4400 ×1083×1175) mm - Khối lượng : 645kg - Số lượng : 1máy 4.3.4 Máy đóng nắp Chọn máy đóng nắp nhãn hiệu шА* với thông số kỹ thuật sau: - Năng suất SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH : 2000 chai/h [10, trang 204] Trang 72 Đồ án công nghệ II - Số mâm đóng GVHD: TS Bùi Xuân Đông : 10 - Công suất động cơ: 1,1 kW × × - Kích thước thiết bị: (1020 860 2454) mm - Khối lượng : 850 kg - Số lượng : thiết bị 4.3.5 Máy dán nhãn Chọn máy dán nhãn có nhãn hiệu B∋B với thông số kỹ thuật sau: - Năng suất : 2000 chai/h [10, trang 204] - Công suất động : 1,7 kW × × - Kích thước thiết bị : (3280 1100 1268) mm - Khối lượng : 1065 kg - Số lượng : thiết bị 4.3.6 Máy trùng Chọn máy trùng loại: ATLANTICO - Năng suất [10, trang 204] : 2000 chai/h - Công suất động cơ: 22 kW - Kích thước : (8.620 x 2.700 x 2.600) mm - Khối lượng : 9400 kg - Số lượng : thiết bị SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 73 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Bảng 5.1: Bảng tổng kết tính chọn thiết bị STT Tên thiết bị Kích thước thiết bị (mm) Số lượng Xilô chứa malt D = 2770, H = 10770 2 Xilô chứa gạo D = 2670, H = 10390 Buke chứa malt D = 710, H = 1660 D = 530, H = 1280 Buke chứa gạo Máy làm Máy nghiền malt Máy nghiền gạo Cân nguyên liệu 10 11 12 13 14 15 Gàu tải Vít tải Nồi nấu gạo Nồi nấu malt Nồi houblon hóa Nồi nấu nước nóng Thiết bị lọc khung 16 17 18 Thùng chứa bã nguyên liệu Thiết bị lắng Whirlpool Thiết bị làm lạnh mỏng 19 Bơm phân xưởng nấu 20 Bơm phân xưởng lên men 21 22 23 24 25 Thiết bị lên men Thiết bị lên men phụ Thiết bị nuôi cấy cấp Thiết bị nuôi cấy cấp Thiết bị lọc bia SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH × × × × × × × × 2.200 1.220 2150 1700 1500 1600 1100 1000 1100 1760 1075 193 × 1 1 × × 1 × × × × × 18 63 2 D =1380 , H = 1600 D = 1580, H = 1830 D = 1750, H = 2020 D = 1590, H = 1850 × 2500 1080 1470 D = 1500, H = 870 D = 1420, H = 2010 1870 700 1400 1385 510 907 1280 453 920 D=2800, H = 5120 D=2670, L = 4640 D = 380, H = 860 D = 550, H = 1290 × 2500 1080 1470 Trang 74 Đồ án công nghệ II STT GVHD: TS Bùi Xuân Đông Tên thiết bị 26 27 28 Thùng phối trộn chất trợ lọc Thùng ổn định bia Máy chiết rót 29 Máy rửa chai 30 Máy rửa két 31 Máy đóng nắp 32 Máy dán nhãn 33 Máy trùng Kích thước thiết bị (mm) Số lượng D = 600, H = 850 D = 2070, L = 3810 × × 1000 1125 1850 × × × × × × × × × 7460 3840 2650 4400 1083 1175 1020 860 2454 3280 1100 1268 8620 2700 2600 KẾT LUẬN Việc thiết kế nhà máy bia cần thiết để đáp ứng đủ nhu cầu giải khát người dân, đảm bảo cung cấp đủ cho thị trường tiêu dùng bia Qua đồ án này, em có thêm nhiều kiến thức phương thức xây dựng nhà máy sản xuất bia, hiểu kĩ qui trình sản xuất bia, thiết bị sản xuất, biết cách thiết kế, bố trí công trình nhà máy cho hợp lí,… Đồ án bao gồm nội dung chính: + Nguyên liệu (đặc điểm, tính chất, thành phần, thu hoạch, nguồn cung cấp) + Dây chuyền sản xuất nhà máy (công nghệ sản xuất, thông số kỹ thuật) + Thiết bị (tính cân vật chất, tính chọn thiết bị) Do hạn chế điều kiện thời gian kiến thức nên tránh khỏi sai sót đồ án Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô để làm em hoàn thiện SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 75 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Đà Nẵng, ngày 04 tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực Trần Thị Liên TÀI LIỆU THAM KHẢO Phan Bích Ngọc (1991) Công nghệ lên men, NXB Đà Nẵng PGS, TS Hoàng Đình Hoà (2000) Công nghệ sản xuất malt bia, NXB KH&KT Gs, Ts Nguyễn Bin tập thể tác giả (1999) Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất tập II – NXB KH&KT Đỗ Văn Đài tập thể tác giả (1992) Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất tập I, NXB KH&KT Trần Văn Phú, Lê Nguyên Đương (1991) Kỹ thuật sấy nông sản, NXB KH&KT PGS, TS Trần Minh Vượng (1999) Máy phục vụ chăn nuôi, NXB Giáo Dục Nguyễn Như Thung tập thể tác giả (1987) Máy thiết bị chế biến thức ăn chăn nuôi, NXB KH&KT PGS, TSKH Lê Văn Hoàng Các trình thiết bị công nghệ sinh học công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 76 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Đoàn Dụ, Mai Văn Lề, Bùi Đức Hưng (1983) Công nghệ máy chế biến lương thực, NXB KH&KT 10 Ц.P.3aйчиk (1977) OБOPYДOBAHИE ПPEДПPИЯTИЙ BИHOДE- ΛЬЧECKOЙ ПPOMЬIШΛEHHOCTИ, MOCKBA 11 http://www.jumo.de/en_DE/industry/food/applications/brewery/brewingprocess.html 12 http://www.vocw.edu.vn/content/m10178/latest/, 21/05/2010 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 77 [...]... 9,72 – 3,89 = 5, 83 (lít) 3.4 Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày Theo mục (3.3.17), cứ 100 kg nguyên liệu ban đầu sản xuất được 457 ,62 lít bia thành phẩm Như vậy, với năng suất 5 triệu lít/ năm thì lượng nguyên liệu dùng cho một năm là: 5 × 10 6 × 100 = 1092609,6 457 ,62 (kg) Lượng nguyên liệu cần cho một ngày là: 3.4.1 Lượng nguyên liệu ban đầu Malt: Gạo: 3930, 25 × 55 = 2161,64 100 3930, 25 × 45 = 1768,61... đối với phân xưởng lên men, do đặc thù của công nghệ nên làm việc liên tục Nhà máy làm việc 11 tháng trong một năm Công nhân được nghỉ ngày chủ nhật, các dịp lễ tết và nghỉ tháng 11 do ảnh hưởng không tốt của thời tiết và đầu vào nguyên liệu Bảng 3.2: Biểu đồ sản xuất của nhà máy Tháng Số ngày làm việc Số ca làm việc Số mẻ nấu Cả 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 25 20 27 24 25 26 27 26 25 26 × 27 278 75 60... xếp vào két bia rồi được chuyển vào kho hoặc đi tiêu thụ SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 26 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông CHƯƠNG III CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Chọn các số liệu ban đầu - Độ bia của sản phẩm: 13 ,5 - Tỉ lệ nguyên liệu dùng: malt đại mạch/gạo = 55 / 45 - Năng suất nhà máy: 5 106 lít bia /năm - Các thông số trạng thái ban đầu của nguyên liệu: + Độ ẩm của malt: 3 ,5% + Độ chiết... ở 1000C 3930, 25 × 53 8 ,51 = 21164,79 100 (lít) 3.4.6 Thể tích dịch đường sau lắng trong 3930, 25 × 51 0,13 = 20049,38 100 (lít) 3.4.7 Lượng dịch lên men 3930, 25 × 486,22 = 19109,66 100 (lít) 3.4.8 Lượng bia non sau khi lên men chính 3930, 25 × 478,93 = 18823 , 15 100 (lít) 3.4.9 Lượng bia sau lên men phụ 3930, 25 × 476 ,54 = 18729 ,21 100 (lít) 3.4.10 Lượng bia sau lọc 3930, 25 × 471,77 = 1 854 1,74 100 SVTH:... Malt: Gạo: 3930, 25 × 54 ,46 = 2140,41 100 3930, 25 × 44 ,55 = 1 750 ,93 100 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH (kg) (kg) Trang 35 1092609,6 = 3930, 25 278 (kg) Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông 3.4.3 Lượng nguyên liệu sau khi nghiền Malt: Gạo: 3930, 25 × 54 ,19 = 2129,80 100 (kg) 3930, 25 × 44.33 = 1742,28 100 (kg) 3.4.4 Lượng dịch đường đun sôi 3930, 25 × 602,13 = 236 65, 21 100 (lít) 3.4 .5 Lượng dịch đường... m3malt = 100 − 0 ,5 100 − 0 ,5 = 52 ,55 × = 52 ,29 100 100 100 − 0 ,5 100 − 0 ,5 = 39, 65 × = 39, 45 100 100 M 3malt × 100 52 ,29 × 100 = 54 ,19 = 100 − 3 ,5 100 − 3 ,5 M 3gao × 100 = 39, 45 × 100 = 44,33 (kg) 100 − 11 100 − 11 - Gạo: m3gạo = (kg) 3.3.4 Lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau nấu (M4) M 3malt × + Malt: M4malt = M 3gao × + Gạo: M4gạo = 80 80 = 52 ,29 × = 41,83 100 100 80 ,5 80 ,5 = 39, 45 × = 31,76 100... 1.000,77 × 10 −6 (lít) 3.3.14 Lượng bia non sau khi lên men chính (V13) V13 = V12 × (100 − 1 ,5) 486,22 × (100 − 1 ,5) = = 478,93 100 100 (lít) 3.3. 15 Lượng bia còn lại sau khi lên men phụ (V14) V13 × V14 = 100 − 0 ,5 100 − 0 ,5 = 478,93 × = 476 ,54 100 100 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 32 (lít) Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông 3.3.16 Lượng bia còn lại sau khi lọc (V 15) V14 × V 15 = 100 − 1 100... 26 27 26 25 26 × 27 278 75 60 81 72 75 78 81 78 75 78 × 81 834 2 25 180 243 216 2 25 234 243 234 2 25 234 × 243 250 2 3.3 Tính cân bằng sản phẩm cho 100 kg nguyên liệu ban đầu 3.3.1 Lượng chất khô trong nguyên liệu (M1) Malt: M1malt = Gạo: M1gạo = 55 × (100 − 3 ,5) = 53 ,08 100 45 × (100 − 11) = 40, 05 100 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 28 (kg) (kg) năm Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông 3.3.2... lại sau khi làm sạch + Chất khô: - Malt: M2malt = M 1malt × (100 − 1) 53 ,08 × (100 − 1) = = 52 ,55 100 100 M 1gao × (100 − 1) 100 - Gạo: M2gạo = + Nguyên liệu: - Malt: m2malt = = 40, 05 × (100 − 1) = 39, 65 100 (kg) M 2malt × 100 52 ,55 × 100 = 54 ,46 = 100 − 3 ,5 100 − 3 ,5 M 2 gao × 100 100 − 11 - Gạo: m2ngô = (kg) (kg) = 39, 65 × 100 = 44 ,55 100 − 11 (kg) 3.3.3 Lượng nguyên liệu hạt còn lại sau khi nghiền... trùng Trang 12 Dịch Cặn CO2 Xử lý Nạp bình Bã hèm Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Dán nhãn Bia thành phẩm Hình 2.1 Minh họa quy trình công nghệ[ 11] SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SH Trang 13 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông 2.2 Thuyết minh quy trình 2.2.1 Làm sạch nguyên liệu 2.2.1.1 Mục đích Malt và gạo trước khi đem vào sản xuất bia cần phải có quá trình làm sạch để loại bỏ tạp chất ... Đồ án công nghệ II GVHD: TS Bùi Xuân Đông Để tìm hiểu sâu nắm bắt chi tiết dây chuyền công nghệ sản xuất bia, em chọn đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất bia vàng với suất triệu lít/ năm CHƯƠNG... 1 750 ,93 2129,80 1742,28 236 65, 21 6009 35, 92 491673 ,58 59 5033,98 486 758 ,54 59 2084,4 484 353 ,84 657 8928,38 53 8 ,51 2 351 ,64 21164,79 58 83811,62 51 0,13 2227,71 20049,38 55 73727,64 100 kg hoá 1000C (lít) ... m3malt = 100 − 0 ,5 100 − 0 ,5 = 52 ,55 × = 52 ,29 100 100 100 − 0 ,5 100 − 0 ,5 = 39, 65 × = 39, 45 100 100 M 3malt × 100 52 ,29 × 100 = 54 ,19 = 100 − 3 ,5 100 − 3 ,5 M 3gao × 100 = 39, 45 × 100 = 44,33