Thiết kế nhà máy bia

Bia là loại nước uống có ga,mát bổ có độ cồn thấp,có bọt mịn xốp,có hương vị đặc trưng và giàu dinh dưỡng. Bia được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là đại mạch ươm mầm,hoa houblon và nước với một quy trình công nghệ dặc biệt cho nên bia có các tính chất cảm quang rất hấp dẫn đối với con người. Hương và vị của bia là do hợp chất chết từ nguyên liệu, cồn, CO2, và các sản phẩm khác tạo nên.Với hàm lượng CO2 trong bia khá cao (45g/l)giúp cơ thể con người giải khát một cách triệt để khi ta uống. Bia còn là loại đồ uống giàu dinh dưỡng, giá trị dinh dưỡng của bia dược xác định(tính theo 1/2 lít bia): tương đương với 100 gam bánh mì,300 gam khoai tây, 25 gam dầu,35 gam bơ,300 ml rượu 12. NgoàI việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzim khá phong phú, dặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hoá amilaza. Lịch sử của ngành sản xuất bia đã có từ rất lâu đời. Từ 7000 năm trước công nguyên người dân Babilon đã biết sản xuất bia từ đại mạch.Công nghệ này được lan truyền đến các nước Ai Cập, Batư và các nuớc lân cận rồi tràn xuống phía Nam. Cùng với sự phát triển của khoa hoc kĩ thuật, công nghệ sản xuất bia cũng ngày càng được hoàn thiện và có những bước nhảy vọt về kĩ thuật công nghệ cũng như sản lượng và chất lượng ngày càng cao đáp ứng yêu cầu của xã hội. Hiện nay trên thế giới có trên 30 nước sản xuất bia với sản lương hơn 1 tỷ lít/năm.Các nước có sản lượng bia cao nhất Mĩ (25 tỉ), Trung Quốc (17 tỉ), Đức (13 tỉ), Braxin (9 tỉ), Nhật (7 tỉ), Anh (6,6 tỉ)...Sản lượng bình quân ở một số nước như Đức 154 lít/năm, Bỉ 124 lít/năm, Niuzilân 121 lít/năm…từ những con số trên cho chúng ta thấy nhu cầu sử dụng loại dồ uống này rất cao. Trong khoảng 10 năm trở lại đây ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và công nghệ sản xuất bia noi riêng ở nước ta đã có một diên mạo mới,lượng bia sản xuất được ngày càng tăng. ở Việt Nam ngoài 2 cơ sở tương đối lớn là nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội còn có các nhà máy vừa và nhỏ ở các địa phương song sản lượng bình quân theo đầu người còn thấp 5 10 lít/năm. Trong thời gian tới một số nhà máy lớn cũng đang mở rộng (nhà máy bia Hà Nội đang mở rộng với mục tiêu đến năm 2005 sản xuất được 100 triệu lít/năm) ngoài ra các cơ sở sản xuất bia cỡ vừa và nhỏ đang và sẽ đáp ứng một phần nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng do vậy những mô hình nhà máy 45 triêụ lít/năm rất phù hợp với yêu cầu thực tế cho việc phát triển ngành sản xuất bia ở nước ta.

thiết kế nhà máy sản xuất bia Lời nói đầu Bia là loại nớc uống có ga,mát bổ có độ cồn thấp,có bọt mịn xốp,có hơng vị đặc trng và giàu dinh dỡng. Bia đợc sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là đại mạch ơm mầm,hoa houblon và nớc với một quy trình công nghệ dặc biệt cho nên bia có các tính chất cảm quang rất hấp dẫn đối với con ngời. Hơng và vị của bia là do hợp chất chết từ nguyên liệu, cồn, CO2, và các sản phẩm khác tạo nên.Với hàm l- ợng CO2 trong bia khá cao (4ữ5g/l)giúp cơ thể con ngời giải khát một cách triệt để khi ta uống. Bia còn là loại đồ uống giàu dinh dỡng, giá trị dinh dỡng của bia dợc xác định(tính theo 1/2 lít bia): tơng đơng với 100 gam bánh mì,300 gam khoai tây, 25 gam dầu,35 gam bơ,300 ml rợu 12. NgoàI việc cung cấp một lợng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzim khá phong phú, dặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hoá amilaza. Lịch sử của ngành sản xuất bia đã có từ rất lâu đời. Từ 7000 năm trớc công nguyên ngời dân Babilon đã biết sản xuất bia từ đại mạch.Công nghệ này đợc lan truyền đến các nớc Ai Cập, Bat và các nuớc lân cận rồi tràn xuống phía Nam. Cùng với sự phát triển của khoa hoc kĩ thuật, công nghệ sản xuất bia cũng ngày càng đợc hoàn thiện và có những bớc nhảy vọt về kĩ thuật công nghệ cũng nh sản lợng và chất lợng ngày càng cao đáp ứng yêu cầu của xã hội. Hiện nay trên thế giới có trên 30 nớc sản xuất bia với sản lơng hơn 1 tỷ lít/năm.Các nớc có sản lợng bia cao nhất Mĩ (25 tỉ), Trung Quốc (17 tỉ), Đức (13 tỉ), Braxin (9 tỉ), Nhật (7 tỉ), Anh (6,6 tỉ) .Sản lợng bình quân ở một số nớc nh Đức 154 lít/năm, Bỉ 124 lít/năm, Niuzilân 121 lít/nămtừ 1 thiết kế nhà máy sản xuất bia những con số trên cho chúng ta thấy nhu cầu sử dụng loại dồ uống này rất cao. Trong khoảng 10 năm trở lại đây ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và công nghệ sản xuất bia noi riêng ở nớc ta đã có một diên mạo mới,l- ợng bia sản xuất đợc ngày càng tăng. ở Việt Nam ngoài 2 cơ sở tơng đối lớn là nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội còn có các nhà máy vừa và nhỏ ở các địa phơng song sản lợng bình quân theo đầu ngời còn thấp 5 ữ 10 lít/năm. Trong thời gian tới một số nhà máy lớn cũng đang mở rộng (nhà máy bia Hà Nội đang mở rộng với mục tiêu đến năm 2005 sản xuất đợc 100 triệu lít/năm) ngoài ra các cơ sở sản xuất bia cỡ vừa và nhỏ đang và sẽ đáp ứng một phần nhu cầu ngày càng tăng của ngời tiêu dùng do vậy những mô hình nhà máy 45 triêụ lít/năm rất phù hợp với yêu cầu thực tế cho việc phát triển ngành sản xuất bia ở nớc ta. Phần I: Lập luận để chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất bia Để thiết kế một nhà máy bia với công suất 45 triệu lít/năm tại thị trấn Văn Giang Hng Yên,ta tiến hành khảo sát và thu thập các số liệu liên quan. Có những đặc điểm chính cần chú ý sau đây: 1. Khả năng tiêu thụ sản phẩm. Thị trấn Văn Giang nằm ngay cạnh đờng 5 là đờng nối Hà nội, Hải phòng. Ngoài ra còn có thể đi Quảng Ninh, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dơng đều rất thuận tiện về đờng sá và phơng tiện. Vì vậy, việc bố trí một nhà máy bia với công suất 45 triệu lít/năm ở vị trí này hoàn toàn có khả năng phân phối sản phẩm đi các tỉnh lân cận. Vì vậy, nhà máy có một vùng tiêu thụ sản phẩm rất rộng, với số dân đông đúc, tốc độ đô thị hóa rất nhanh. 2 thiết kế nhà máy sản xuất bia 2. Địa điểm. Nh đã trình bày ở trên, địa điểm đặt nhà máy là rất thuận tiện về giao thông, có cả đờng bộ, đờng sắt, đờng thủy. Điều này là điều kiện tốt cho việc chuyên chở nguyên vật liệu, thành phẩm đi tiêu thụ, đảm bảo cho quá trình hoạt động của nhà máy luôn luôn thông suốt. Thị trấn Văn Giang với một quỹ đất phong phú lại đang trên đà phát triển tơng lai sẽ có môt cơ sở hạ tầng rất tốt. Bố trí nhà máy ở địa điểm này có lợi là đợc gần trạm điện, đủ công suất để cung cấp cho nhà máy, không phải mất chi phí đầu t và tổn hao cho quá trình kéo điện từ xa về nhà máy. Tình trạng mặt bằng địa điểm xây dựng là bằng phẳng, nền đất rắn chắc, điều này có lợi là giảm đợc chi phí san lấp mặt bằng và gia cố móng. Hoa gió ở khu vực này có hớng gió chủ đạo là hớng Đông Nam. Đây là hớng gió mát, vì vậy rất thuận tiện để bố trí thông gió tự nhiên cho nhà sản xuất và các công trình khác. Nhiệt độ, độ ẩm đặc trng của đồng bằng Bắc Bộ, với mùa hè nóng, độ ẩm cao. 3. Vùng nguyên liệu. Nhà máy sử dụng nguyên liệu chính là malt đại mạch đơc nhập khẩu qua đ- ờng hàng hải. Nguyên liệu thay thế là gạo rất sẵn có với vùng nguyên liệu rộng lớn là các vùng nông nghiệp lân cận. Trữ lợng gạo của vùng nguyên liệu là rất lớn, chất lợng gạo tốt. 4. Hợp tác hóa. Tại khu vực này rất gần các khu công nghiệp trọng điểm với nhiều nhà máy lớn. Vì vậy có thể kết hợp với các nhà máy bạn về đờng đi, điện, cấp thoát nớc. Đây là yếu tố có lợi, giúp giảm chi phí xây dựng hạ tầng cơ sở. Đối với nhà máy bia có lợng phế phẩm là bã men, bã malt, gạo ta có thể kết hợp với các nhà máy chế biến thức ăn gia súc, gia cầm, hoặc bán cho các hộ nông dân chăn nuôi trang trại hoặc qui mô nhỏ vừa có lợi cho môi trờng vừa đem lại hiệu quả kinh tế. 5. Khả năng cung cấp điện. Nh đã trình bày ở trên, cơ sở hạ tầng rất thuận tiện cho việc đặt nhà máy. Điện lới quốc gia và khu vực có thể đợc sử dụng cho nhà máy thông qua trạm biến áp riêng. Tuy nhiên ta vẫn bố trí hệ thống phát điện riêng để đề phòng sự cố. 3 thiết kế nhà máy sản xuất bia 6. Cấp nớc. Nớc cấp đợc sử dụng là nớc máy của địa phơng. Tuy nhiên nhà máy bia đòi hỏi hết sức khắt khe về chất lợng nớc. Đối với từng công đoạn và mục đích ta cần phải bố trí hệ thống xử lý thích hợp. Trong đó quan trọng nhất là nớc dùng cho nấu bia, phải tuân thủ xử lý nghiêm ngặt. Để sử dụng nớc ngầm ta bố trí giếng khoan và hệ thống xử lý nớc. 7. Thoát nớc: Nớc thải của nhà máy bia có chứa hàm lợng chất hữu cơ trung bình. Vì vậy để bảo vệ môi trờng nhà máy cần phải có phân xởng xử lý nớc thải. Tại đây, nớc thải đợc xử lý bằng phơng pháp sinh học thông qua bể yếm khí và bể hiếu khí. Các chất hữu cơ trong nớc thải đợc biến đổi thành các sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật. Nớc thải sau khi đợc xử lý đạt tiêu chuẩn đợc thải ra ngoài. 8. Nhiên liệu. Sử dụng dầu làm nhiên liệu cho nồi hơi. 1 tấn dầu tơng đơng với 11ữ12 tấn hơi nớc. 9. Cung cấp hơi nớc. Trong nhà máy bia cần sử dụng một lợng hơi nớc lớn để nấu dịch đờng, đun nớc nóng để vệ sinh thiết bị .Trong nồi hơi, nớc đợc gia công nhiệt bằng cách nhận nhiệt tỏa ra khi đốt cháy nguyên liệu và nớc hóa hơi để trở thành hơi nớc bão hòa. 10. Giao thông vận chuyển. Vấn để giao thông vận chuyển rất quan trọng đối với hoạt động của nhà máy. Nó đảm bảo cho nhà máy đợc hoạt động liên tục và ổn định. Hàng ngày nhà máy cần nhập lợng nguyên liệu rất lớn và chở sản phẩm đến các cơ sở. Ta cần bố trí giao thông trong nhà máy, tại đó phân biệt đợc luồng ngời, luồng hàng, tránh sự giao cắt nhau giữa các luồng giao thông. Giao thông vận chuyển ở ngoài nhà máy nh đã phân tích ở trên là tơng đối thuận tiện. 11. Lực lợng lao động. Nhà máy đợc xây dựng tại khu vực có nguồn lao động dồi dào. Đó là những lao động tại địa bàn Hng Yên và các vùng lân cận. Đồng thời, nhà máy cũng ở gần 4 thiết kế nhà máy sản xuất bia Hà nội nên cũng có điều kiện tốt để tiếp xúc với đội ngũ cán bộ kỹ thuật có chuyên môn và thu hút họ về làm việc cho nhà máy. 5 thiết kế nhà máy sản xuất bia Phần II: Nguyên liệu để sản xuất bia Nguyên liệu chính: malt đại mạch, nớc, hoa houblon Nguyên liệu thay thế: gạo. Nguyên liệu phụ: enzyme. 2.1. Nguyên liệu chính 2.1.1.Malt đại mạch Nguyên liệu để sản xuất malt là đại mạch. Cấu tạo hạt đại mạch Hạt đại mạch bao gồm: Lớp vỏ hạt: có vai trò nh một màng bán thấm, chỉ cho nớc thấm vào bên trong hạt, đồng thời giữ các chất hoà tan bên trong hạt không cho thấm ra ngoài. Vỏ hạt chiếm một giá trị khá lớn nhng không có giá trị dinh dỡng. Đối công nghệ sản xuất bia vỏ hạt gây ảnh hởng hai mặt: mặt bất lợi vì trong vỏ hạt chứa các chất màu, các chất đắng và các chất chát. Nếu những chất này hoà tan vào dịch đờng sẽ làm giảm chất lợng sản phẩm. Mặt lợi của lớp vỏ hạt là nó đóng vai trò màng lọc trong quá trình tách bã ra khỏi khối cháo. Nội nhũ: là phần lớn nhất đồng thời là phần giá trị nhất của hạt. Hầu hết chất dinh dỡng tập trung tại đây: protein, chất béo, đờng, xelulloza, vitamin, chất tro, pentozan. Phôi: là phần sống của, có vai trò quan trọng trong sản xuất bia. Phôi đ- ợc coi là trạm hoạt hoá và là nhà máy sản xuất enzyme, mà nếu thiếu nó thì cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất malt coi nh sụp đổ. Thành phần hoá học Thành phần hoá học rất phức tạp, bao gồm các thành phần sau: 6 thiết kế nhà máy sản xuất bia 1.Nớc Nớc có ảnh hởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt đại mạch. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt, đây là nhân tố làm hao tổn chất khô. Nớc cao quá mức cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Đại mạch có thuỷ phần cao sẽ làm tăng chi phí vận chuyển, hàm ẩm tối đa cho phép khi đa đại mạch vào bảo quản là 13%. 2.Gluxit Cấu trúc gluxit bao gồm: Tinh bột: là thành phần quan trọng, hàm lợng tinh bột có thể lên đến 70% khối lợng chất khô. Tinh bột là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi, là nguồn cung cấp chất hoà tan cho dịch đờng trớc lúc lên men. Hạt tinh bột có hai loại: hạt bé kích thớc 2 - 10àm, hạt lớn 20 - 30àm. Trong hạt tinh bột có amyloza 60 - 600 gốc glucoza, amylopectin vô định hình có 2000 gốc glucoza, không tan trông nớc nóng mà chỉ tạo thành hồ. Khi tinh bột đã hồ hoá thì đờng hoá nhanh và triệt để hơn. Xeluloza: chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ, có khoảng 2000-10000 gốc glucoza, rất dai và là lớp lọc phụ lý tởng. Hemixeluloza: là thành phần chủ yếu tạo lên thành tế bào. Các hợp chất pectin và chất dạng keo: làm cho bia có độ nhớt cao, tạo cho bia có vị đậm đà, tăng khả năng tạo và giữ bọt cho bia. Saccarid thấp phân tử: đờng đơn, đờng kép 3.Các hợp chất chứa Nitơ: protit, hợp chất chứa nitơ phi protit. Hàm lợng protit tối u 8 - 10%, nếu cao quá bia dễ bị đục, khó bảo quản. Còn thấp quá thì lên men không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà. Đây là tác nhân gây đục cho bia. 4.Các hợp chất không chứa Nitơ: polyphenol, chất đắng, fitin, vitamin, chất khoáng. 5.Chất béo và lipid 7 thiết kế nhà máy sản xuất bia 6.Pherment(enzyme): có vai trò đặc biệt trong công nghệ sản xuất bia. Giai đoạn ngâm, hạt hút nớc bổ sung đến 43 - 44% thì hệ enzyme đợc giải phóng khỏi trạng thái liên kết, chuyển thành trạng thái tự do. Đến giai đoạn - ơm mầm hoạt lực enzyme đạt mức tối đa, nhờ đó đến giai đoạn đờng hoá chúng có khả năng thuỷ phân gần nh hoàn toàn các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ hạt. Các sản phẩm thuỷ phân đợc hoà tan vào nớc và trở thành chất chiết của dịch đờng. Trong hạt đại chứa một lợng enzyme phong phú và chia thành: Hydrolaza: nhóm enzyme thuỷ phân có vai trò quan trọng trong quá trình thuỷ phân tinh bột. Phụ thuộc vào cơ chất bị thuỷ phân, các enzyme đựơc chia thành: cacbohydraza, proteaza, esteraza. + cacbohydraza: thuỷ phân gluxit cao phân tử thành các sản phẩm thấp phân tử hơn. Nhóm enzyme này bao gồm amylaza và sitaza. enzyme - amylaza: phân cắt tinh bột thành glucoza và dextrin. Nhờ quá trình này mà độ nhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống, enzyme này chỉ đợc hoạt hoá ở giai đoạn ơm mầm. enzyme - amylaza: tác động trực tiếp lên mạch amyloza, mạch nhánh và hai đầu mạch chính của amylopectin. Sản phẩm của quá trình này là đờng maltoza và dextrin. sitaza: thuỷ phân hemixelluloza thành pentoza và hexoza. Nhờ có quá trình phân cắt này mà thành tế bào bị phá huỷ, tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme khác xâm nhập vào và nâng cao hoạt lực. + enzyme proteaza: thuỷ phân protein thành các sản phẩm trung gian và sau đó một số trong các hợp chất này tiếp tục bị phân cắt đến sản phẩm cuối cùng là axitamin, amoniăc. + enzyme esteraza: phân cắt mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ khác nhau, hoặc giữa các hợp chất hữu cơ và vô cơ. 8 thiết kế nhà máy sản xuất bia Decmolaza: enzyme oxy hoá khử: xúc tác phản ứng oxy hoá khử của quá trình hô hấp và phân giải yếm khí gluxit, protein, polyphenol và các hợp chất khác. Yêu cầu đại mạch trong sản xuất bia Đại mạch dùng trong sản xuất bia là đại mạch hai hàng và có hình dáng rất cân đối. Chất lợng của hạt: phải đạt độ đồng đều, độ chắc. Hạt càng tròn, càng nhẵn bề mặt thì dung trọng lớn. Yêu cầu khối lợng hạt đại mạch: 20 - 55g/1000 hạt không lựa chọn. Bảo quản malt đại mạch Mục đích: trong thời gian bảo quản, hạt sẽ hút nớc đến hàm ẩm 5 ữ 6%, vì vậy vỏ của hạt sẽ mềm và dẻo, lúc nghiền không bị nát, tạo lớp màng lọc lý tởng cho quá trình lọc bã malt và còn làm tăng hoạt lực enzyme. Cách bảo quản: malt đại mạch đợc đóng trong các bao tải gai, đay hoặc sợi tổng hợp và đợc đặt trong kho bảo quản. Kho bảo quản phải đợc cách ẩm, cách nhiệt tốt, phải đợc vệ sinh sạch sẽ, sát trùng bằng cách đốt lu huỳnh trớc khi nhập malt vào kho. Các bao đợc xếp lên bục sàn cách ít nhất là 0,2m và cách tờng hơn 0,5m. Khoảng cách giữa các chồng bao với lối đi phụ rộng hơn 0,5m, lối đi chính rộng trên 1,5m. Các bao đợc xếp thành hàng, có thể xếp sát nhau hoặc xếp so le nhau. Trớc lúc bảo quản nhiệt độ của malt cần hạ xuống 20 0 C. Thời gian bảo quản = 3 - 4tuần - 2năm Độ ẩm bảo quản = 6 8% Nhiệt độ bảo quản = 20 0 C Chất lợng của malt trong sản xuất bia Malt vàng phải là màu vàng sáng, vỏ của lô malt có chất lợng cao phải ánh. Hình dáng và kích thớc của các hạt phải tơng ứng với hạt đại mạch 9 thiết kế nhà máy sản xuất bia nguyên thuỷ. Vị và hơng của malt phải đặc trng cho từng loại. Hạt mảy đều, khi nhấm có vị ngọt. Tỷ lệ hạt gãy cho cho phép 0,5%, các tạp chất khác 1%. Khối lợng 29 - 30g/1000 hạt không lựa chọn. Dung trọng 530 - 600g/l Kích thớc hạt: 2,5 - 2,8mm Hàm ẩm w = 6% - 8% trọng lợng. Độ hoà tan: 65 - 75% Hàm lợng tinh bột: 56 - 58% Hoạt lực amylaza: 200 - 250wk Độ trắng đục của malt vàng ít nhất 94%. 2.1.2.Gạo Gạo có hàm lợng tinh bột khá cao, protein ở mức vừa phải còn chất béo và xelluloza thì ở giới hạn thấp nên gạo là nguyên liệu thay thế khá tốt cho sản xuất bia để giảm giá thành sản phẩm mà chất lợng bia không kém so với sử dụng toàn bộ malt đại mạch. Yêu cầu chất lợng gạo: gạo phải đồng đều, chắc, hạt căng tròn, bề mặt càng nhẵn thì dung trọng càng lớn. Gạo có dung trọng từ 650 - 720 g/l. Độ hoà tan: 80 - 90% Tinh bột: 70 - 75% Độ ẩm của gạo phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm không khí: ở 20 0 C, w không khí = 20 - 90%, w gạo = 8 - 18,7%, ở 30 0 C, w không khí = 30 - 90%, w gạo = 8,3 - 17,3%. Bảo quản gạo bằng cách đóng bao, cách bảo quản tơng tự nh bảo quản malt. 10