Bia theo định nghĩa của Việt Nam là loạI đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính từ malt đạI mạch, hoa houplon , nấm men và nước. Nó là loại đồ uống có ga, thơm, mát, bổ, có độ cồn thấp, nhiều bọt mịn, cố mùi vị đặc trưng của nguyên liệu và các sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men. CO2 được bão hoà trong bia có tác dụng giảI khát tức thì. NgoàI việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzym khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzym kích thích tiêu hoá amylaza. Bia ra đời 500 năm trước công nguyên người Sumerien và Assyrien đã sản xuất đồ uống lên men từ ngũ cốc .
ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m MỤC LỤC Mở đầu. Phần I. Lập luận kinh tế kỹ thuật Phần II. Chọn và thuyết minh phân xưởng lên men. II.1.Chọn dây chuyền 1. Nguyên liệu 2. Chọn phương pháp lên men 3. Chọn phương thức lên men II.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ lên men bia. Phần III. Tính cân bằng sản phẩm. Tính cân bằng sản phẩm cho 100 lít bia hơi. Phần IV. Lập kế hoạch sản xuất. Phần V. Tính thiết bị trong phân xưởng lên men. Phần VI. Tính mặt bằng xây dựng. Kết luận. 2 3 6 6 6 10 11 13 21 26 28 34 37 1 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m MỞ ĐẦU Bia theo định nghĩa của Việt Nam là loạI đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính từ malt đạI mạch, hoa houplon , nấm men và nước. Nó là loại đồ uống có ga, thơm, mát, bổ, có độ cồn thấp, nhiều bọt mịn, cố mùi vị đặc trưng của nguyên liệu và các sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men. CO 2 được bão hoà trong bia có tác dụng giảI khát tức thì. NgoàI việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzym khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzym kích thích tiêu hoá amylaza. Bia ra đời 500 năm trước công nguyên người Sumerien và Assyrien đã sản xuất đồ uống lên men từ ngũ cốc . Hiện nay bia được sử dụng trên thế giới như một sản phẩm không thể thiếu với một sản lượng rất lớn. Còn ở Việt Nam mức độ tiêu thụ còn thấp tuy nhiên sản lượng bia tiêu thụ ngày càng tăng do mức độ thu nhập của người dân ngày càng tăng, đời sống ngày càng được nâng cao, cùng với sự phát triển của mạnh mẽ của các khu công nghiệp mới. Vì vậy việc xây dựng các nhà máy bia có quy mô vừa và giá cả phù hợp với người tiêu dùng là cần được đặt ra. Trong phần thiết kế này tôI thiết kế nhà máy có năng suất 10 triệu lít / năm với chất lượng vừa phảI với sản phẩm chính là bia hơi. 2 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m PHẦN I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Để thiết kế và xây dựng một xưởng sản xuất bia mà chủ yếu là bia hơi, ta cần tiến hành khảo sát các điều kiện như : Địa điểm xây dựng, nguồn cung cấp nguyên vật liệu, nhiên liệu, giao thông, dây chuyền công nghệ, thiết bị, vốn đầu tư và các nhà máy bia khác có trên địa bàn. Trước hết ta nói về tình hình sản xuất bia tạI Việt Nam và trên thế giới . I.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ bia ở nước ta và thế giới. I1.1 Trên thế giới. Hàng năm trên thế giới sản xuất một lượng bia tương đối lớn tập trung vào một số hãng bia hàng đầu thế giới (heneken, interbrew, miler….) chiếm khoảng 70% lượng bia trên thế giới là ở những nước phát triển ví dụ như Đức, Đan Mạch, Pháp…. Châu Á là khu vực có số dân đông nhất của thế giới, do vậy đây là một thị trường tiêu thụ đầy tiềm năng. Tuy nhiên do mức sống của người dân chưa cao nên mức tiêu thụ của người dân chưa cao, ở một số nước có nền kinh tế phát triển đời sống của người dân khá hơn thì mức tiêu thụ bia cao hơn. Ví dụ : Nhật Bản :50l/người/năm. Singapo :20l/người/năm. Trung Quốc :17l/ người/ năm. Mặc dù vậy nhưng trong những năm gân đây thì tốc độ tăng năng suất bia của khu vực Châu Á tăng nhanh hơn Châu Âu. Mức độ tăng trung bình của Châu á tăng 7% trong khi đó ở Châu Âu lạI giảm 4%. I.1.2 Tại Việt Nam. 3 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m Bia có mặt tạI Việt Nam vào những năm 1890 do người Pháp đưa vào . Lúc đó chỉ có 2 nhà máy bia nhỏ (nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia SàI Gòn) . Sau khi giảI phóng miền nam thống nhất đất nước, nước ta đI lên chủ nghĩa xã hội các ngành công nghiệp được phát triển trong đó có công nghiệp bia. Đặc đIểm của ngành công nghiệp sản xuất bia của Viêtn Nam là cũng dựa trên nguyên liệu chính là malt đạI mạch. Trước đây chúng ta nhập hoàn toàn của nước ngoàI còn hiện nay đã có nhà máy sản xuất malt ở Tiên Sơn_ Bắc Ninh đã cung cấp một phần nào đó nguyên liệu cho sản xuất tuy nhiên còn rất hạn chế. Mặt khác nước ta là nước nông nghiệp đứng thứ 3 về xuất khẩu gạo trên thế giới vì vậy trong sản xuất ở các nhà máy hiện nay đã sử dụng gạo là nguồn nguyên liệu thay thế . Tỷ lệ gạo dùng làm nguyên liệu thay thế thường khoảng 30-40%, ở một số nhà máy thậm chí còn cao hơn. NgoàI ra các nhà máy còn sử dụng một lượng đường saccharoza trong quá trình nấu. Ở nước ta hiện nay hầu hết các tỉnh đều có bia địa phương, còn một số nhà máy lớn tập trung ở hầu hết thành phố lớn và được tiêu thụ chủ yêud ở đó như : Hà Nội, TpHCM, Đà Nẵng…. Nguyên nhân mức sống ở đó cao hơn còn ở quê thu nhập còn thấp nên người ta sử dụng chủ yếu là bia địa phương . Bia được sản xuất ở nước ta chủ yếu là bia vàng và sản phẩm được sản xuất dưới 3 dạng : bia hơI, bia chai, bia lon. Trong đó bia hơI được sử dụng rộng rãI nhất. Trong những năm gân đây cùng với sự phát triển của các khu công nghiệp mới các nhà máy bia mới được xây dựng và các nhà máy bia cũ tiếp tục mở rộng tăng năng suất đồng thời cảI thiện chất lượng bia ngày một ngon hơn. Việc phát triển ngành công nghiệp bia không chỉ đáp ứng được nhu cầu của người dân mà còn đem lạI một nguồn thu nhập đáng kể cho ngân sách nhà nước đồng thời giảI quyết được công ăn việc làm cho nhiều lao động. I.2Điều kiện xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Lễ Môn- Thanh Hoá I.2.1Điều kiện tự nhiên xã hội Tỉnh Thanh Hoá có vị trí địa lý rất thuận lợi ,là cầu nối giao thông quan trọng giữa miền Bắc và miền Trung . giao thông thuận tiện với quốc lộ 1A và 4 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m đường Hồ Chí Minh nối Thanh Hoá với tất cả các tỉnh và thành phố khác trong cả nước . Về mặt xã hội : Thanh hoá là tỉnh đông dân thứ hai trong cả nước (chỉ sau thành phố Hồ Chí Minh ) với số dân khoảng 4 triệu và diện tích rộng 11168km2 là một thị trường rộng lớn và đầy tiềm năng có sức hấp dẫn lớn với các doanh nghiệp trong và ngoài nước .Với đà phát triển như hiện nay thì không những người dân thành phố mà ở nông thôn bộ mặt kinh tế cũng đang dần thay đổi ,đời sống của những người lao động dần được cảI thiện và nâng cao . Vói một môi trường dồi dào nguồn nhân lực như vậy sự ra đời của một nhà máy bia có thể giúp giải quyết công ăn việc làm cho một số người lao động góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống người lao động và làm giàu cho quê hương. I.2.2 Địa điểm xây dựng Khu công nghiệp Lễ Môn nằm cách thành phố Thanh Hoá 4km ,trên đường đi Sầm Sơn -một địa điểm du lịch nổi tiếng .Là một nơi có địa hình bằng phẳng ,giao thông thuận tiện . I.2.3 Về nhân lực Thanh Hoá là một tỉnh đông dân do vậy nguồn lao động sẵn có , nhà máy đặt tại địa phương giảm được khâu chuẩn bị cơ sở hạ tầng nhà ở cho công nhân . I.2.4Về cung cấp nguyên liệu Malt đại mạch được nhập từ úc , Pháp ,hoa houblon được nhập từ đức .Gạo được nhập từ các công ty cung ứng trong tỉnh .Sử dụng điện ,nước thành phố . I.2.5Tình hình sản xuất bia trong tỉnh Nhà máy bia lớn nhất là nhà máy bia Thanh Hoá với công suất 30 triệu l /năm(cho cả bia hơI và bia chai ) với khoảng 12triệu l bia hơi/năm.ngoài ra còn một vài xưởng bia tư nhân với công suất nhỏ.như vậy ,với lượng tiêu thụ tính theo đầu người là 15l/người/nămvà dân số trong tỉnh lớn như (chưa kể các tỉnh lân cận) thì tình hình sản xuất bia trong tỉnh như hiện nay là chưa đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ . 5 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m Với những phân tích như trên cho thấy rằng việc xây dựng một nhà máy bia công suất 10 triệu l/năm ở khu công nghiệp Lễ Môn Thanh Hoá có tính khả thi và chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế. PHẦN II CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ II.1.CHỌN DÂY CHUYỀN 1. Nguyên liệu sản xuất bia Nguyên liệu dùng để sản xuất bia cho nhà máy là malt đại mạch, gạo (được sử dụng làm nguyên liệu thay thế nhằm giảm giá thành sản phẩm), hoa houplon, nấm men và nước. 1.1Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia sản lượng đại. Đại mạch được trồng nhiều nhất ở các nước Liên Xô trước đây, Mỹ, Trung Quốc, Pháp . Trong sản xuất bia, bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và tính chất công nghệ hơn hẳn bia được sản xuất từ nguyên liệu khác. Khi đưa vào sản xuất malt phải đạt các yêu cầu sau : -Màu sắc : Màu vàng rơm sáng óng ánh -Mùi vị : Đặc trưng cho malt vàng là vị nhọt nhẹ hay ngọt dịu, không được có mùi lạ. -Độ sạch : Không được lẫn tạp chất (sạn, rác…) cho phép <2% - Trọng lượng hạt : 34-45g/1000 hạt - Dung trọng : 530 - 560g/l - Độ ẩm : W = 4-5% - Độ hoà tan : 78-80% chất khô - Thời gian đường hoá : <15phút/70 0 C - Đường maltoza chiếm từ 65 - 75% tổng chất hoà tan - Chiều dàI mầm: 2 1 ÷ 4 3 chiều dàI hạt (chiếm 75%) - Độ trắng đục : 96% 6 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m - PH :4,5-6 - Hoạt lực diastaza: >200 - Prôtêin tổng số : 9,5-10,5 - Số Hactông : 4,8-6 - Prôtêin hoà tan : 4,8-5,4 - Prôtêin focmôn : 0,18-8,22% - Chỉ số Kolback: 36-41% 1.2 Gạo Ngoài đại mạch, trong công nghiệp sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm người ta đưa một số nguyên liệu khác như gạo, ngô . vào để thay thế. Trong đIều kiện nước ta gạo là nguồn nguyên liệu rất phổ biến vì vậy em chọn nguyên liệu thay thế là gạo với hàm lượng là 30%. Mặt khác gạo là nguồn nguyên liệu chứa nhiều tinh bột với độ hoà tan cao. Yêu cầu chung về gạo - Đồng nhất về kích thước. - Màu sắc trắng đồng nhất, không có hạt bị mốc, mối, mọt, mùi hôi. - Không có sạn, cát (nếu có chỉ cho phép 2%). - Độ ẩm từ 10 ÷ 13%. - Độ hoà tan 80 ÷ 85%. - Hàm lượng chất béo :0,5-0,7% 1.3 Hoa houblon Hoa houbon được coi là nguyên liệu chính thứ hai không thể thiếu được trong quá trình sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Do những tính năng cực kỳ đặc biệt như vậy, cho nên nó là loại nguyên liệu “Không thể thay thế” trong ngành công nghiệp này. ở Việt Nam, hiện nay hoa houblon được nhập để sản xuất bia gồm các dạng: hoa cánh, hoa viên, cao hoa. 7 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m * Yêu cầu của hoa houblon - Màu sắc : Hoa cánh màu vàng đục, hơi xanh, không có màu nâu hoặc xám đen. - Tạp chất : Không chứa các tạp chất, không lẫn nhiều cuống hoa. - Mùi thơm đặc trưng, không có mùi hắc. - Cơ học : dùng tay nghiền hoa còn dính tay. - Phấn hoa : bóc cánh hoa ra còn nhiều phấn màu vàng sáng. - Chỉ sử dụng loại hoa cái chưa thụ phấn. *.Các dạng chế phẩm: -Hoa cánh: sấy nhẹ ở 50 o C (W<11%) và ép thành bánh. -Hoa viên : Hoa cánh thu về được sấy khô, nghiền ép và đùn thành viên được bảo quản trong túi giấy nhôm. -Hoa cao : Hoa được trích lý bằng cồn hoặc CO 2 rồi cô đặc dịch trích ly đến cao. Cao hoa có màu vàng, đen sẫm, dẻo có thể bảo quản tốt từ 3-4 năm, thuận lợi cho quá trình chuyên chở mà vẫn đảm bảo được chất lượng hoa. *.Thành phần hoá học của hoa STT Thành phần Tính theo % chất khô 1 Độ ẩm 11 ÷ 13% 2 Chất đắng 15 ÷ 21% 3 Polyphenol 2,5 ÷ 6% 4 Tinh dầu thơm 0,3 ÷ 1% 5 Protít 15 ÷ 21% 6 Celluloza 12 ÷ 14% 7 Chất khoáng 8% 8 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m 1.4 Nước Trong bia thành phẩm nước chiếm khoảng 80- 90%. Như vậy có thể nói nước là một trong những nguyên liệu chính. Nước giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của sản phẩm cho nên nó phải đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu từ hoá học đến sinh học. Nước phải đảm bảo trong suốt, không màu, không mùi, không vị, không có tạp chất cơ học. Thành phần hoá học của nước dùng để sản xuất bia như sau : - Độ cứng < 10 0 D (từ mềm đến trung bình). - Hàm lượng muối cacbonat < 400mg/l. - Hàm lượng muối sunfat ≤ 250mg/l. - Hàm lượng Magiê: ≤ 50 mg/l. - Hàm lượng Natri : ≤ 150 mg/l. - Hàm lượng Kali : ≤ 10 mg/l. - Hàm lượng Sắt : ≤ 0,2 mg/l. - Hàm lượng Đồng : <0,05mg/l - Hàm lượng Kẽm :<0,02mg/l. - Hàm lượng Mn 2+ <0,05mg/l. - Hàm lượng Pb 2+ <0,01mg/l. - Các chất hoạt động bề mặt : ≤ 200 mg/l. - pH =6,5-7. - Hàm lượng NO 2 - <0,1 mg/l, NO 3 - <15mg/l - Hàm lượng SiO 3 2- <30mg/l - Hàm lượng Cl - <200mg/l. 9 ThiÕt kÕ ph©n xëng lªn men c«ng suÊt 10triÖutÊn/n¨m - Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml. - E.Coli và các vi sinh vật độc hại ≤ 3 tế bào/1cm 3 . .1.5 Nấm men. Đặc điểm: Nấm men trong sản xuất bia thuộc lớp có khả năng tạo bào tử, họ Saccharomycetae, chi Saccharomyces. Chi này được phân loại nhờ những tính chất sau: Tế bào sinh sản theo phương pháp nẩy chồi, tạo giả sợi, bào tử hình tròn hoặc hình oval có kích thước (4-8 µ m)x(5-10 µ m).Saccharomyces thường lên men rượu và không đồng hoá các nitrat. Trong sản xuất bia có hai chủng nấm men dùng để nuôI cấy, chúng có những đặc tính kỹ thuật công nghệ khác nhau do đó kéo theo hai hình thức lên men khác nhau. Saccharomyces cerevisiae: Nấm men nổi Saccharomyces Carlsbergensis: Nấm men chìm Nguồn men giống: có thể lấy men giống từ nuôi cấy nấm men từ chủng thuần khiết hay tái sử dụng nấm men từ những lần lên men trước(sữa men). 2. Chọn phương pháp lên men. Có hai phương pháp lên men: lên men cổ điển và lên men hiện đại. 2.1 Theo thiết bị: a.Phương pháp lên men cổ điển. Lên men chính và lên men phụ được tiến hành trong hai thiết bị khác nhau với hai chế độ lạnh riêng. * Ưu điểm của phương pháp: Thiết bị lên men đơn giản, dễ chế tạo, hương vị bia đậm đà. * Nhược điểm của phương pháp: 10