Thiết kế nhà máy bia năng suất 44.5 triệu lít sản phẩm/năm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA NĂNG SUẤT 44,5 TRIỆU LÍT SẢN PHẨM/NĂM Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS ĐỖ THỊ BÍCH THỦY Huế, ngày 12/11/2016 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Bia thức uống có cồn, sản xuất phương pháp lên men với nguyên liệu malt đại mạch, hoa houblon nước, không qua trình chưng cất Quá trình sản xuất bia môt trình đặc biệt tạo cho bia tính chất cảm quan hấp dẫn người: mùi thơm đặc trưng từ hoa houlon, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, hàm lượng CO tương đối giúp cho người dùng giải khát uống Ngoài ra, bia chứa nhiều thành phần dinh dưỡng khác protein, loại enzyme, loại đương đường, uống tạo lượng cho thể, giúp trình tiêu hóa tốt hơn, tăng trình tiết… Với lợi ích việc sử dụng bia cách mang lại, bia trở thành thức uống sử dụng rộng rãi, sử dụng bia dùng cho bữa tiệc, lễ, Tết, bữa ăn thường ngày Trên giới, ngành sản xuất bia phát triển từ lâu, công ty sản xuất với sản lượng bia cực lớn, nhiều chủng loại tiêu thụ toàn giới, số công ty, tập đoàn bia chiếm thị phần tiêu thụ bia lơn giới: Cty AnheuserBusch có trụ sở Bỉ, sản xuất khoảng 352,9 triệu hl năm, SABMiller có trụ sở Vương Quốc Anh, năm sản xuất khoảng 190 triệu hl bia, Cty Heineken International có trụ sở Bỉ, công ty Hà Lan, sản lượng khoảng 171,7 triệu hl năm, tên quen thuộc với người Carlsberg, có trụ sở Đan Mạch, sản lượng lớn 120,4 triệu hl năm Ở nước ta, ngành sản xuất bia đầu tư phát triển mạnh Tuy nhiên, chưa đáp ứng đủ nhu cầu thị trường, khả cạnh tranh với công ty nước kể thị trường nước lẫn nước hạn chế Trước nhu cầu ngày lớn thị trường bia, việc tạo sản phẩm đạt chất lượng cao, có đủ khả cạnh tranh với đối thủ lớn bên đòi hỏi ta phải ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất, đưa quy trình sản xuất thật chặt chẽ, giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm Vì vậy, xin tiến hành thực đề tài: “Thiết kế nhà máy bia suất 44,5 triệu lít sản phẩm/năm” Đây đề tài phù hợp với thực tiễn chuyên môn mình, qua trình làm đề tài giúp hiểu sâu ngành sản xuất bia, hội thách thức từ có định hướng nghề nghiệp sau tốt PHẦN 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Hiện trạng sản xuất tiêu thụ bia giới Việt Nam Bia loại đồ uống bia ưa chuộng, phổ biến rộng rãi giới sản lượng tiêu thụ ngày tăng Ở nước phát triển Đức, Đan Mạch, Ba Lan, Mỹ… ngành công nghiệp sản xuất bia phát triển Từ công nghệ sản xuất sản phẩm bia nước thâm nhập vào thị trường nhiều nước giới có Việt Nam Trên giới số châu lục châu Á châu lục có mức tiêu thụ bia lớn nay, vượt qua châu Mỹ châu Âu… Đối với Việt Nam bia đưa vào sản xuất từ năm 1890, nước nằm vùng nhiệt đới cận xích đạo tạo điều kiện thuận lợi để ngành công nghiệp bia tồn phát triển Từ đầu có nhà máy bia nhỏ nhà máy bia Hà Nội nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia xuất hầu hết tỉnh nước sản lượng ngày tăng dần lên Ngoài loại bia nước có loại bia ngoại xuất nước ta Heineken, Tiger… Sản lượng sản xuất tiêu thụ bia nước ta tăng qua năm Cụ thể năm vừa qua (2014) sản lượng tiêu thụ bia nước ta dẫn đầu nước khu vực Đông Nam Á đạt 3,1 tỷ lít/năm Trung bình người Việt Nam tiêu thụ khoảng 32 lít bia/người/năm Hứa hẹn nước có nhiều tiềm để ngành sản xuất bia phát triển Việt Nam nước phát triển, tốc độ tăng trưởng kinh tế tăng vào năm gần sớm trở thành nước công nghiệp Trước tình hình nhu cầu tiêu thụ thực phẩm nói chung lớn Việc xây dựng thêm nhà máy bia tạo công ăn việc làm cho người lao động, tăng ngân sách cho nguồn thuế góp phần thúc đẩy kinh tế công nghiệp hóa đất nước 1.2 Chọn loại sản phẩm, địa điểm xây dựng, vùng nguyên liệu thị trường 1.2.1 Chọn loại bia sản xuất Bia vàng sản phẩm tiêu thụ nhiều Do em lựa chọn sản xuất loại bia có chất lượng cao, thuộc loại bia vàng ưa chuộng Sản phẩm sản xuất phải đảm bảo đạt tiêu chuẩn sau: - Các tiêu cảm quan: + Độ bọt: rót bia cốc, bia phải có bọt trắng mịn, từ đáy cốc phải có bọt khí li ti dần lên bề mặt Chiều cao lớp bọt > 2cm, thời gian giữ bọt – phút + Mùi vị: bia có độ đắng đặc trưng hương thơm dịu nhẹ hoa houblon, không nhạt, mùi vị lạ + Màu sắc độ trong: bia phải có màu vàng rơm óng ánh, suốt, cặn hay vẩn đục - Các tiêu hóa học: + Độ cồn + Hàm lượng đường sót + Hàm lượng CO2 + Hàm lượng diacetyl + Chất khoáng + Đạm tổng + Este + Aldehyt : 4,6 ± 0,2 :1–2% : 4,5 – g/l : ≤ 0,2mg/l : 0,14 – 0,38 % : 3,5 – g/l : 15 – 50 mg/l : 10 – 15 mg/l 1.2.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy Địa điểm lựa chọn để xây dựng nhà máy bia cần đáp ứng yêu cầu sau: - Phù hợp với quy hoạch chung tỉnh, thành phố - Gần nguồn cung cấp nguyên liệu thị trường tiêu thụ sản phẩm - Thuận tiện mặt giao thông - Đảm bảo nguồn cung cấp điện, nước, nhiên liệu - Nguồn nhân lực không khan - Tận dụng nguồn nhân lực địa phương Dựa vào yêu cầu em chọn địa điểm xây dựng nhà máy nằm khu công nghiệp Phong Điền, thuộc huyện Phong Điền tỉnh Thừa Thiên Huế Phong Điền huyện thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế, cách thành phố Huế khoảng 30km phía Bắc tỉnh Nằm gần quốc lộ 1A đường sắt Bắc Nam Đường thủy gần sông Ô Lâu biển đông cửa Việt.Với hệ thống giao thông phân bố hợp lý, thuận tiện cho việc lưu thông, trao đổi hàng hóa Phong Điền có độ ẩm không khí trung bình năm 83 - 87% Phong Điền chịu khống chế hai mùa gió gió mùa Đông gió mùa Hè Về gió mùa mùa Đông (từ tháng năm trước đến tháng năm sau), hướng gió thịnh hành hướng Tây Bắc, gió mùa mùa Hè tháng tháng đến tháng Từ tháng tháng trở gió có hướng Tây Nam Nhiệt độ Phong Điền toàn tỉnh Thừa Thiên Huế có nhiệt độ cao Tiêu biểu cho chế độ nhiệt vùng nhiệt đới.Nhiệt độ trung bình năm đại phận lãnh thổ đạt 20 - 25oC Nhiệt độ trung bình tháng lạnh tháng giêng: 19 - 20oC, tháng nóng tháng 7: 29,4oC Lượng mưa trung bình khoảng 2.449mm Lượng mưa năm tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng đến tháng 12, chiếm đến 72 - 75% lượng mưa năm.Tám tháng lại chiếm khoảng 25 - 30% lượng mưa năm Khu công nghiệp Phong Điền khu công nghiệp mới, có diện tích rộng với 400 ha, hướng tới mở rộng 700 vào năm 2020, có nhiều tiềm để phát triển kinh tế xã hội Các khu dân cư đô thị xung quanh khu vực xây dựng mở rộng 1.2.3 Nguồn nguyên liệu Bia xản suất từ nguồn nguyên liệu là: malt, gạo, hoa houblon, nước, nấm men số nguyên liệu phụ trợ khác Malt hoa houblon nhập từ Úc, Đan Mạch, Đức… Malt nhập ôtô tải chứa xilo chứa nhà máy Hoa houblon nhập dạng hoa viên cao hoa Để tiết kiệm chi phí vận chuyển gạo thu mua từ huyện tỉnh tỉnh lân cận Quảng Trị với giá thành hợp lý, chất lượng đảm bảo, vận chuyển nhà máy chủ yếu ôtô Gạo nguyên liệu thay Việc nhà máy sử dụng nguyên liệu thay gạo để sản xuất bia có ý nghĩa lớn vấn đề tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có địa phương giảm giá thành sản phẩm Men giống: nhà máy sử dụng nấm men Saccharomyces Carlsbergensis 1.2.4 Vùng tiêu thụ sản phẩm Trước tiên nhà máy cung cấp sản phẩm chủ yếu tỉnh tỉnh lân cận Quảng Trị sau cung cấp cho tỉnh miền Bắc Mặt khác, Việt Nam gia nhập tổ chức thương mại giới tạo điều kiện thuận lợi để mở rộng thị trường tiêu thụ bia nước khu vực giới 1.2.5 Nguồn cung cấp điện, nước, lạnh Nguồn điện: Nguồn điện nhà máy sử dụng cung cấp Công ty điện lực Việt Nam Ngoài nhà máy trang bị thêm máy phát điện dự phòng chạy dầu diezen để đề phòng trường hợp điện cấp không đủ cao điểm, điện, đảm bảo cho trình sản xuất liên tục Nguồn nước: Nước cung cấp hệ thống cung cấp nước huyện Phong Điền tương lai công ty cung cấp nước miền Bắc Nguồn nước phải qua hệ thống xử lý nước nhà máy để đảm bảo tiêu hoá học, sinh học trước đem vào sản xuất bia Nhà máy cần đặt hệ thống lạnh, hệ thống thu hồi CO cấp khí nén phù hợp với công suất nhà máy để đủ cấp lạnh cho hoạt động sản xuất nhà máy, chất tải lạnh sử dụng glycol 1.2.6 Nguồn cung cấp nhiên liệu Nhiên liệu sử dụng nhà máy nồi cung cấp phục vụ cho mục đích sản xuất, vệ sinh nhà xưởng, trùng… Nhà máy sử dụng nhiên liệu dầu FO, DO 1.2.7 Nguồn nhân lực Địa điểm xây dựng nhà máy cách không xa khu dân cư, gần tuyến giao thông nên có nguồn nhân lực dồi Đội ngũ cán bộ, kỹ sư có trình độ tổ chức chuyên môn phải đào tạo đủ trình độ quản lý, điều hành Nhà máy sử dụng lực lượng lao động địa phương, vừa nhằm giải công ăn việc làm cho họ, mặt khác sử dụng nguồn nhân công chỗ giúp quan tâm đến nơi ăn chốn công nhân, đỡ phầầ̀n đầu tư xây dựng nhà cho công nhân số công trình khác 1.2.8 Giao thông vận tải Nhà máy gần trục giao thông nằm gần Quốc lộ 1A đường sắt Bắc Nam, vừa vận chuyển đường đường sắt, gần sông Ô Lâu nên vận chuyển đường thủy Có lượng phương tiện vận chuyển lớn nên thuận tiện cho vận chuyển nguyên nhiên vật liệu đến nhà máy vận chuyển sản phẩm phân phối cho đại lý, cửa hàng tiêu thụ PHẦN 2: GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu để sản xuất bia malt đại mạch, hoa houblon nước Ngoài ra, để tiết kiệm nguồn malt đại mạch để sản xuất vài loại bia phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng sử dụng loại nguyên liệu thay malt đại mạch như: gạo, ngô, sắn… 2.1 Malt đại mạch Malt đại mạch hạt đại mạch nảy mầm điều kiện nhân tạo nhiệt độ độ ẩm.Thành phần hoá học malt bao gồm nước, gluxit, protein, polyphenol, chất chát, chất đắng, vitamin, muối khoáng… Đặc biệt, malt chứa hệ enzyme phong phú, chủ yếu amylase protease Việc lựa chọn malt sản xuất bia chủ yếu dựa vào thành phần hoá học malt mà định hàm lượng protein Hàm lượng protein malt phải nằm khoảng 8-11%, cao bia bị đục thấp bia ngọt, hương vị đậm đà Ngoài ra, malt đưa vào sản xuất bia phải đạt số tiêu sau: - Màu sắc: có màu vàng tươi, vỏ trấu hạt phải óng ánh - Kích thước, hình dáng phải đồng - Vị mùi: phải có mùi đặc trưng, mùi vị lạ, phải có vị dịu Nếu có mùi chua hay mốc chứng tỏ malt bị ẩm - Độ sạch: không lẫn tạp chất, tỉ lệ hạt vỡ tối đa 0,5%, hạt bị bệnh tối đa 1%, hạt không nảy mầm tối đa 5% - Trọng lượng khô tuyệt đối: 28-38 g/1000 hạt - Độ ẩm: ≤ 6% Malt sau nhập nhà máy chứa bảo quản xilo Yêu cầu trình bảo quản malt đại mạch: - Bảo đảm việc thông gió dễ dàng hiệu cho khối hạt - Bảo đảm nhệt độ ổn định khu vực kho khối hạt - Bảo đảm khống chế hàm lượng ẩm khối hạt không cho vượt 13% - Không trộn lẫn lô hạt khác giống khác độ chín - Ngăn ngừa xâm nhập côn trùng, sâu bọ,… 2.1.1 Vai trò malt sản xuất bia Malt đại mạch vừa tác nhân đường hoá, vừa tác nhân tạo màu, mùi vị đặc trưng cho bia Trong malt đại mạch nguyên liệu tốt để sản xuất bia đem lại cho bia có chất lượng vượt trội sản xuất từ malt loại hạt hòa thảo khác 2.1.2 Thành phần hóa học malt Bảng 2.1 Bảng thành phần hóa học có malt STT Thành phần hóa học có malt % chất khô Tinh bột 58 - 65 Đường khử Sacarose Pentosan hòa tan Pentosan không hòa tan Cellulose Chất chứa nitơ 10 Chất béo 2,5 Chất khoáng 2,5 2.2 Hoa houblon Hoa houblon có tên khoa học Humulus lupulus Hoa houblon nguyên liệu thiếu sản xuất bia Hoa houblon truyền cho bia mùi thơm vị đắng dễ chịu Trong sản xuất bia, hoa houblon sử dụng nhiều dạng khác như: hoa nguyên cánh, hoa viên, cao hoa Khi sử dụng chế phẩm hoa houblon, bia có độ đắng ổn định, thời gian bảo quản dài so với hoa tươi 10 - Hoa viên: hoa houblon sấy khô nghiền thành bột sau ép thành viên - Cao hoa: thu tiến hành trích li chất đắng, tinh dầu thơm hoa houblon, sau làm bay dung môi Cao hoa bảo quản tốt từ 3-4 năm, thuận tiện cho vận chuyển mà đảm bảo chất lượng hoa Tuy nhiên, nhà máy bia không nên sử dụng 100% cao hoa để nấu bia Việc sử dụng hoàn toàn cao hoa làm cho mùi vị bia giảm sút 2.2.1 Các tiêu kỹ thuật hoa Hoa sử dụng cần đạt yêu cầu chất lượng như: màu sắc, mùi vị, hàm lượng tạp chất, hàm lượng ẩm Bảng 2.2 Chất lượng hoa houblon Thành phần Chỉ tiêu chất lượng (% chất khô) Màu sắc Vàng đến vàng lục Mùi Thơm dễ chịu, đặc trưng Màu hạt lupulin Vàng, vàng óng ánh Tạp chất