Chương 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.3 Tính cân bằng vật chất cho 100kg nguyên liệu:
• Lượng malt ban đầu: 75kg.
• Lượng malt sau quá trình làm sạch:
G1= 75*(100-0.5)/100 = 74.625 (kg).
• Lượng malt sau quá trình nghiền:
G2= G1*(100-1)/100 = 73,879 (kg).
• Lượng chất chiết trong malt:
G3= G2*(100-4,5)/100*80/100= 56,443 (kg).
• Lượng gạo ban đầu: 25 kg.
• Lượng gạo sau quá trình làm sạch:
G1’= 25*(100-0,5)/100 = 24,875 (kg).
• Lượng gạo sau quá trình nghiền:
G2’= G1’*(100-1,0)/100 = 24,626 (kg).
• Lượng chất chiết trong gạo:
G3’= G2’*(100-12)/100*90/100 = 19.504 (kg).
• Tổng lượng chất chiết từ 100kg nguyên liệu:
G4 = G3+G3’= 56.443+19.504 = 75,947 (kg). Tỷ lệ chất chiết malt : gạo = G3:G3’= 2,894 (*).
• Lượng chất chiết thu được sau quá trình nấu dịch nha (và xử lý thế liệu), lọc và rửa bã: G5 =G4*(100-3)/100= 73,668 (kg).
• Lượng chất chiết sau quá trình nấu dịch nha với hoa houblon: G6= G5*(100-1,5)/100= 72,564 (kg).
• Lượng chất chiết sau lắng cặn nĩng:
G7= G6*(100-2.5)/100= 70,749 (kg).
• Lượng chất chiết sau quá trình làm lạnh:
G8= G7*(100-1,0)/100= 70,042 (kg).
(*) => lượng chất chiết malt và chất chiết gạo lần lượt là: 52,055 kg và 17,987 kg.
• Khối lượng dịch nha sau quá trình làm lạnh:
G9= G8*100/oS=70,042*100/15= 466,946 (kg).
• Lượng nước trong dịch nha là:
G9-G8= 396,904 (kg). Tính ρhh- khối lượng riêng hỗn hợp dịch nha:
ρ hh = 920,175 (kg/m3).
• Thể tích dịch nha sau quá trình làm lạnh: V9 9
hh
G
ρ
= = 0,507 (m3) = 507 (l).
• Thể tích bia sau lên men chính:
V10= V9*(100-4,5)/100= 484,185 (l).
1 % % %
malt gao nuoc
klmalt klmalt klnuoc
• Thể tích bia sau lên men phụ:
V11= V10*(100-4,5)/100= 462,397 (l).
• Thể tích bia sau thiết bị lọc dĩa:
V12= V11*(100-1,5)/100=455,46 (l).
• Thể tích bia sau thiết bị bão hịa CO2:
V13= V12*(100-0,5)/100=453,184 (l).
• Thể tích bia sau thiết bị chiết lon:
V14= V13*(100-4)/100= 436,056 (l).
• Thể tích bia sau thiết bị thanh trùng:
V15 = V14*(100-2)/100= 426,355 (l).
• Lượng malt lĩt cần trong quá trình xử lý thế liệu:
10%*G2’= 0,1*24,626= 2,4626 (kg).
• Tính tốn lượng bã malt:
Tổng lượng chất khơ của malt và gạo sau nghiền:
73,879*(100-4,5)/100 + 24,626*(100-12)/100 = 92,225 (kg). Tổng lượng bã khơ của 100 kg nguyên liệu:
92,225 – G4 = 92,225-75,947= 16,278 (kg). Độ ẩm của bã là 80% nên lượng bã ẩm là:
16,278/0,2 = 81,392 (kg). Lượng nước trong bã:
81,392– 16,278 = 65,114 (kg).
• Tính tốn lượng nước dùng trong quá trình nấu và rửa bã:
• Quá trình xử lý thế liệu (hồ hĩa): Tỷ lệ gạo và nước ở thiết bị hồ hĩa là: 1:3 => lượng nước cho vào nồi hồ hĩa là: G2’*3 = 24,626*3=73,878 (kg).
Tổng hỗn hợp bột và nước ban đầu trong nồi hồ hĩa là: G2’*4 = 98,504 (kg).
Tổng lượng dịch cháo sau khi đun là (bay hơi 5% lượng dịch): 98,504*0,95 = 93,579 (kg).
• Giai đoạn hồ hĩa malt (trước khi cho thế liệu vào) trong quá trình nấu dịch nha: Tỷ lệ malt: nước ở thiết bị nấu là: 1:4 => lượng nước cho vào nồi nấu dịch nha trước khi bổ sung thế liệu là: G2*4 = 73,879*4 = 295,516 (kg).
Tổng lượng dịch ở nồi nấu trước khi bổ sung thế liệu: G2*5 = 369,395 (kg).
Tổng lượng dịch ở nồi nấu sau khi bổ sung thế liệu: 93,579 + 369,395 = 462,974 (kg). Lượng nước trong dịch trước khi lọc:
462,974 - 93,625 = 369,349 (kg).
Tổng lượng nước cần cho nồi hồ hĩa và nấu dịch nha là: 73,878 + 295,516 = 369,394 (kg).
• Tính tốn lượng nước rửa bã:
• Lượng nước của dịch nha sau quá trình đun hoa: (dịch đường cĩ nồng độ 15oBx): G5*(100-15)/15= 73,668*(100-15)/15 = 417,452 (kg).
Ta cĩ: Vnước trước lọc + Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nha sau rửa bã Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nha - Vnước trước lọc
= 65,114 + 417,452 - 369,349 = 113,217 (kg).
• Tính tốn các nguyên liệu khác:
Chọn tỷ lệ houblon là 2g hoa cánh/lít bia lon. Vậy lượng hoa cánh cần dùng là: 2*V15 = 2*426,355 = 852,71 (g)
1 kg hoa viên tương đương với 1,3kg hoa cánh => lượng hoa viên cần: 852,71*0,5/1,3= 327,965 (g).
1 kg cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh => lượng cao hoa cần: 852,71*0,5/6 = 71,059 (g).
• Lượng chế phẩm enzym: (nếu khơng sử dụng malt lĩt):
Chế phẩm enzym Termamyl 120L được dùng với tỷ lệ 0,1% so với lượng
nguyên liệu thay thế (gạo). Vậy lượng Termamyl cần dùng là: 0,1%*24,626 = 0,0246 (kg).
• Bột trợ lọc diatomit:
Lượng bột trợ lọc cần dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thơng thường cứ 100 lít bia thì cần 0,2 kg bột trợ lọc cho nên lượng bột trợ lọc cần dùng là:
426,355*0,2/100 = 0,853 (kg) • Bã hoa:
Lượng chất khơ khơng hịa tan trong hoa cánh và trong hoa viên là 60%, bã cĩ độ ẩm 85%, cao hoa cĩ lượng bã khơng đáng kể nên bã hoa chủ yếu là bã hoa viên nên lượng bã hoa sẽ là:
327,965*0,6/(1-0,85) = 1311,86 (g) = 1,312 (kg).
• Cặn lắng:
100 kg nguyên liệu cĩ khoảng 1,75 kg cặn lắng, W = 80%, ở thùng lắng xốy tâm.
• Sữa men:
100 lít bia (sau lên men) cho 2 lít sữa men W = 85%.
100 kg nguyên liệu (sản xuất ra 426,355 l bia nồng độ cao) sẽ cho lượng men sữa là:
426,355*2/100 = 8,5271 (l). Lượng men sữa được dùng làm men giống:
G2’*10% = 24,626*10% = 2,463 (l). Lượng men sữa được dùng làm thức ăn gia súc:
8,5271 – 2,463 = 6,0641 (l).
• Lượng CO2:
Ta cĩ phương trình lên men như sau: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 28 calo 180 kg 92kg 88 kg
Hiệu suất lên men trong quá trình lên men là 60%. Lượng chất chiết trong dịch lên men là 70,042 kg. Vậy lượng CO2 thu được là:
70,042 x 0,6 x 88 / 180 = 20,546 (kg).
Lượng CO2 hịa tan trong bia sau quá trình lên men là (2,5 g CO2/ l bia non): V12*2,5 = 1138,65 (g) = 1,139 (kg).
Lượng CO2 thốt ra là:
20,546-1,139 = 19,407 (kg). Lượng CO2 thu hồi (thường là 70%):
19,407*0,7 = 13,585 (kg).
Ở 10oC, 1atm thì cứ 1m3 CO2 cân nặng 1,9044kg. Vậy thể tích CO2 thu hồi được là:
13,585 / 1,9044 = 7,133 (m3)
Lượng CO2 cần đạt sau quá trình bão hịa CO2 (đến hàm lượng đạt 0,5% (w/w)) (coi ρ
hh khơng đổi):
V12 *ρ hh *0,5% = 455,46/1000*920,175*0,5% = 2,096 (kg).
Lượng CO2 cần dùng trong thiết bị bão hịa CO2 là: 2,096 - 1,139 = 0,957 (kg).
Lượng CO2 dư sau khi bão hịa CO2 là:
13,585 – 0,957 = 12,628 (kg) = 6,631 (m3).
• Tính nồng độ bia non sau lên men:
Cũng theo phương trình lên men trên với hiệu suất 60% thì lượng cồn sinh ra là: 70,042*0,6*92/180 = 21,48 (kg) = 27,22 (l) (d = 0,789 kg/l)
Nồng độ cồn sau lên men:
27,22 /462,397 = 5,888% (v/v).
• Tính số lon và nắp cần:
Thể tích 1 lon chứa 330 ml bia => Số lon (nắp) cần theo lý thuyết: n= 436,056/0,33= 1321,4
• Số lon (nắp) cần thực tế: N=1321,4*104% = 1374,2 ≈1375
• Định mức tiêu hao nguyên liệu cho 1hl bia:
bia 426,355
100.100 100.100
G 23,455 kg
V
= = =
Bảng 3.4: Bảng cân bằng sản phẩm cho bia lon lên men từ dịch đường 15oBx:
Hạng mục Đơn vị Cho 100
kg NL
Cho 1 mẻ nấu
Cho 1 ngày Cho 1 năm sx Nguyên liệu chính Malt kg 75 583,038 5830,380 1719962,1 Gạo kg 25 194,346 1943,460 573320,7 36
Hoa viên g 327,965 2549,548 25495,480 7521166,6 Cao hoa g 71,059 552,401 5524,010 1629582,95 Enzym Termamyl kg 0,025 0,194 1,94 572,3 Malt lĩt l 2,463 19,147 191,470 56483,65 Các sản phẩm trung gian Dịch sau đường hĩa kg 462,974 3599,086 35990,86 10617303,7 Dịch nĩng sau đun hoa l 483,76 3760,673 37606,73 11093985,35 Dịch trước lên men l 471,66 3666,610 36666,10 10816499,5
Bia sau lên men chính,phụ
l 462,397 3594,601 35946,01 10604072,95
Bia đã lọc l 455,46 3540,674 35406,74 10444988,3
Bia nồng độ
cao sau bão hịa l 453,184 3522,980 35229,80 10392791
Bia chiết lon l 436,056 3389,83 33898,3 10000000
Sản phẩm phụ, phế liệu
Bã malt (ẩm) kg 81,392 632,42 6324,16 1866549,25
Bã hoa kg 1,312 10,199 101,99 30087,05
Cặn lắng kg 1,75 13,604 136,040 40131,8
Sữa men chăn
nuơi l 6,0641 47,141 471,41
CO2 thu hồi m3 7,133 55,451 554,510 163580,45
CO2 cần trong thiết bị bão hịa
kg 0,503 3,910 39,10 11534,5
CO2 dư sau khi bão hịa CO2 m3 6,631 51,548 515,48 152066,6 Lượng nước cơng nghệ Nước dùng hồ hĩa kg 73,878 574,316 5743,16 1694232,2 Nước dùng trong nồi nấu trước khi bổ sung thế liệu kg 295,516 2297,294 22972,94 6777017,3 Nước dùng trong hồ hĩa và nấu dịch nha kg 369,394 2871,610 28716,10 8471249,5 Nước rửa bã kg 118,815 923,649 9236,49 2724764,55 Số lon (nắp) cần 1375 10690 106900 31532647,18