3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
3.2.3. Tính lượng men giống
Tỷ lệ men giống trước khi cấy cho vào là 10% so với dịch đưa vào lên men nên lượng men giống đưa vào là:
490,91 x 0,1 = 49,09 (lít)
Nếu sử dụng men sữa thì ta sẽ sử dụng theo tỷ lệ 1%. Vậy lượng men sữa là: 490,91 x 0,01 = 4,91 (lít)
3.2.4. Tính lượng bã malt và đại mạch
Lượng bã khô
- Tổng lượng chất khô của malt và đại mạch là 68,71 (kg) - Tổng lượng chất chiết của malt và đại mạch là 48,09 (kg)
Tổng lượng bã khô của 100kg nguyên liệu là: 68,71 – 48,09 = 20,62 (kg)
Lượng bã ẩm
Độ ẩm của bã là 80% nên lượng bã ẩm là: 20,62 / 20% = 103,1 (kg)
Lượng nước trong bã là:
103,1 – 20,62 = 82,48 (kg) ≈ 82,48 (lít)
3.2.5. Tính lượng nước dùng trong quá trình nấu, rửa bã và pha loãng
Quá trình hồ hóa: (tỷ lệ bột đại mạch : nước = 1 : 4)
Lượng nước cho vào nồi hồ hóa là: 24,75 x 4 = 99 (kg) ≈ 99 (lít)
Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi hồ hóa là: 24,75 x 10,4% = 2,57 (kg)
Tổng hỗn hợp bột + nước ban đầu trong nồi hồ hóa là: 24,75 + 99 = 123,75 (kg)
Tổng lượng dịch cháo sau khi đun (bay hơi 5% lượng dịch) là: 123,75 x (1 – 0,05) = 117,56 (kg)
Quá trình đường hóa (tỷ lệ malt : nước = 1 : 4)
Lượng nước cho vào nồi đường hóa là: 49,50 x 4 = 198 (kg) ≈ 198 (lít)
Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi đường hóa là: 49,50 x 6% = 2,97 (kg)
Tổng lượng dịch ở nồi đường hóa sau khi chuyển dịch cháo sang là: 117,56 + 49,50 + 198 = 365,06 (kg)
Lượng dịch còn lại trong nồi đường hóa sau khi đun (bay hơi 5% lượng dịch) là: 365,06 x (1 – 0,05) = 346,81 (kg)
Lượng nước trong dịch trước khi lọc là:
346,81 – 68,71 = 278,10 (kg) ≈ 278,10 (lít) Tính lượng nước trong dịch trước khi đun hoa
Lượng nước trong dịch sau khi đun hoa (dịch đường có nồng độ 140Bx) là: 516,93 x 0,86 = 444,56 (kg)
Lượng nước trong dịch trước khi đun hoa (nước bay hơi 10% so với tổng lượng dịch trước đun hoa) là:
444,56 + (516,93 x 10%) = 496,25 (kg) ≈ 496,25 (lít) Tính lượng nước rửa bã
Ta có công thức công thức sau:
Vnước trước lọc + Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch đun hoa Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch đun hoa – Vnước trước lọc
= 82,48 + 496,25 – 278,10 = 300,63 (lít)
Tổng lượng nước cho vào nồi hồ hóa và đường hóa là: 99 + 198 = 297 (lít)
Tính lượng nước vô trùng dùng để pha loãng bia nồng độ cao
Bia hơi:
Cứ 100 kg nguyên liệu sản xuất được 468,82 lít bia nồng độ cao sau lên men. Ta cần pha chế 60% lượng bia này để tạo ra 816,55 lít bia (sau pha loãng) độ cồn 3,5% từ bia có độ cồn 6,096%. Vậy lượng nước vô trùng cần bổ sung để pha loãng là:
816,55 – 468,82 = 347,73 (lít) Bia chai:
Tương tự bia hơi, ta có lượng nước vô trùng cần bổ sung trong quá trình pha loãng để tạo ra lít bia có độ cồn 5% từ bia 40% lượng bia nồng độ cao có độ cồn 6,096% là:
571,59 – 468,82 = 102,77 (lít)
3.2.6. Tính toán các nguyên liệu khác
3.2.6.1 Lượng hoa houblon
Để tính lượng hoa viên và cao hoa ta dựa vào lượng hoa cánh. Sử dụng cao hoa và hoa viên với tỷ lệ là 30:70.
Biết rằng: 1kg hoa viên tương đương với 1,3kg hoa cánh 1kg cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh. Bia hơi:
792,28 x 1,2 = 950,74 (g) Lượng hoa viên cần dùng là:
950,74 x 0,7/1,3 = 511,94 (g) ≈ 0,5119 (kg) Lượng cao hoa cần dùng là:
950,74 x 0,3/6 = 47,54 (g) ≈ 0,0475 (kg) Bia chai:
Ta chọn tỷ lệ: 2g hoa cánh cho 1 lít bia chai. Vậy lượng hoa cánh cần thiết là: 537,79 x 2 = 1075,58 (g)
Lượng hoa viên cần dùng là:
1075,58 x 0,7/1,3 = 579,16 (g) ≈ 0,5792 (kg) Lượng cao hoa cần dùng là:
1075,58 x 0,3/6 = 53,78 (g) ≈ 0,0538 (kg)
3.2.6.2 Lượng chế phẩm enzyme
Chế phẩm enzyme Termamyl 120L được dùng với tỷ lệ 0,1% so với lượng nguyên liệu thay thế (đại mạch). Lượng Termamyl cần dùng là:
24,75 x 0,1% = 0,02475 (kg)
Chế phẩm enzyme Cereflo được dùng với tỷ lệ 0,04% so với lượng nguyên liệu thay thế (đại mạch). Lượng Cereflo cần dùng là:
24,75 x 0,04% = 0,0099 (kg)
Chế phẩm enzyme Neutrase 0,5L được dùng với tỷ lệ 0,1% so với lượng nguyên liệu thay thế (đại mạch). Lượng Neutrase cần dùng là:
49,50 x 0,1% = 0,0495 (kg)
3.2.6.3 Lượng bột trợ lọc diatomit
Lượng bột trợ lọc cần dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 1000 lít bia thì cần 0,73kg bột trợ lọc. Lượng bột trợ lọc cần dùng là:
Bia hơi:
792,28 x 0,73/1000 = 0,58 (kg) Bia chai:
3.2.7. Tính các sản phẩm phụ
3.2.7.1 Bã hoa
Bia hơi:
Lượng chất khô không hòa tan trong hoa cánh và trong hoa viên là 60%, bã có độ ẩm 85%, cao hoa có lượng bã không đáng kể nên lượng bã chủ yếu là bã hoa viên. Lượng bã hoa là:
511,94 x 0,6 / (1 – 0,85) = 2047,76 (g) ≈ 2,05 (kg) Bia chai:
Tương tự bia chai, do đó lượng bã hoa là:
579,16 x 0,6 / (1 – 0,85) = 2316,64 (g) ≈ 2,32 (kg)
3.2.7.2 Cặn lắng
100 kg nguyên liệu có khoảng 1,75kg cặn lắng W = 80% (ở thùng lắng xoáy).
3.2.7.3 Sữa men
Cứ 100 lít dịch đường cho 2 lít sữa men, W = 85%.
Cứ 100 kg nguyên liệu (sản xuất ra 490,91 lít dịch đường bia nồng độ cao trước lên men) sẽ cho lượng men sữa là:
490,91 x 2 / 100 = 9,82 (lít)
Trong đó, một phần men sữa (4,91 lít) được tái sử dụng làm men giống. Vậy lượng sữa men sử dụng cho mục đích khác là:
9,82 – 4,91 = 4,91 (lít)
3.2.7.4 Lượng CO2
Coi toàn bộ lượng đường lên men là maltose, hiệu suất lên men trong quá trình lên men là 60%. Ta có:
C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6 2C6H12O6 → 4CO2 + 4C2H5OH + Q
C12H22O11 + H2O → 4CO2 + 4C2H5OH + Q Cứ 342g maltose tạo thành 176g CO2.
Lượng dịch trước khi lên men (dịch 140Bx có d = 1,0568 kg/l) là: 490,91 x 1,0568 = 518,79 (kg)
Lượng chất chiết có trong dịch lên men là: 518,79 x 0,14 = 72,63 (kg)
Coi toàn bộ lượng đường lên men là maltose, hiệu suất lên men trong quá trình lên men chính là 60%, lượng CO2 thu được là:
72,63 x 0,6 x 176 / 342 = 22,43 (kg)
Lượng CO2 hòa tan trong bia (2,5 g CO2/lít bia non) là: 468,82 x 2,5 = 1172,05 (g) ≈ 1,17 (kg)
Lượng CO2 thoát ra là:
22,43 – 1,17 = 21,26 (kg)
Lượng CO2 thu hồi (thường đạt 70%) là: 21,26 x 0,7 = 14,882 (kg)
Ở 200C, 1 atm thì cứ 1m3 CO2 cân nặng 1,832 kg. Vậy thể tích CO2 bay ra là: 14,882/1,832 = 8,12 (m3)
Bia hơi:
Lượng CO2 cần bão hòa thêm để đạt 4 g/l bia sau bão hòa là: (800,28 x 4) – (2,5 x 800,28) = 1200,42 (g) ≈ 1,20 (kg) Thể tích CO2 cần bão hòa thêm (ở 200C) là:
1,20 / 1,832 = 0,71 (m3) Bia chai:
Lượng CO2 cần bão hoà thêm để đạt 5,5 g/l bia sau bão hòa là: (560,20 x 5,5) – (2,5 x 560,20) = 1680,60 (g) = 1,68 (kg) Thể tích CO2 cần bão hòa thêm (ở 200C) là:
1,68 / 1,832 = 0,92 (m3)
3.3. Lập kế hoạch sản xuất
Nhà máy được thiết kế với năng suất 40 triệu lít /năm trong đó bia chai 120Bx chiếm 60% và bia hơi 100Bx chiếm 40% tổng sản lượng. Trong năm dự kiến sản xuất 300 ngày, các ngày còn lại làm công tác sửa chữa, bảo dưỡng máy móc - thiết bị, vệ sinh nhà xưởng, nghỉ các ngày lễ Tết. Một năm có bốn mùa, mỗi mùa có ba tháng, tuy nhiên nhu cầu tiêu thụ bia giữa các mùa là khác nhau. Dự kiến mỗi tháng sản xuất 25 ngày.
Dựa vào tình hình kinh tế thị trường tiêu thụ bia hơi chủ yếu vào mùa hè, bia chai có thể tiêu thụ cả trong mùa hè và đặc biệt trong dịp lễ Tết, ta phải lập kê
hoạch sản xuất bia hợp lý để tránh lãng phí. Kế hoạch sản xuất bia cho nhà máy như sau:
Bảng 3.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy
Mùa xuân Mùa hè Mùa thu Mùa đông
Sản lượng (triệu lít) 8 12 12 8
% năng suất (%) 20 30 30 20
Bia hơi (triệu lít) 3,2 4,8 4,8 3,2
Bia chai (triệu lít) 4,8 7,2 7,2 4,8
Theo kế hoạch, mùa hè và mùa thu có sản lượng lớn, vì vậy phải thiết kế theo năng suất lớn nhất từ 12 triệu lít. Mỗi mùa có ba tháng, mỗi tháng sản xuất là:
12 / 3 = 4 (triệu lít)
Mỗi tháng sản xuất 25 ngày nên mỗi ngày sản xuất là: 4 000 000 / 25 = 160 000 (lít)
Mỗi ngày nấu 4 mẻ thì sản lượng mỗi mẻ là: 160 000 / 4 = 40 000 (lít)
Với tỷ lệ sản phẩm là 60% bia chai và 40% bia hơi nên nấu bia nồng độ cao 140Bx rồi pha loãng để được bia thành phẩm theo yêu cầu.
Bảng 3.2. Tổng hợp nguyên liệu chính, phụ cho bia hơi 100Bx
Hạng mục Đơn vị Cho 100 kg NL Cho 40 m3/mẻ Cho 160 m3/ngày Cho 16 triệu lít/năm Nguyên liệu chính kg 100 5048,72 20194,88 2019488 Malt kg 50 2524,36 10097,44 1009744 Đại mạch kg 25 1262,18 5048,72 504872 Đường kg 25 1262,18 5048,72 504872 Các nguyên liệu khác Enzyme Termamyl kg 0,02475 1,25 5,00 500 Enzyme Neutrase kg 0,0495 2,50 10,00 1000 Enzyme Cereflo kg 0,0099 0,50 2,00 200
Hoa houblon viên kg 0,5119 25,84 103,36 10336
Men giống nuôi cấy l 49,09 2478,42 9913,68 991368
Men sữa l 4,91 247,89 991,56 99156
Sản phẩm trung gian
Dịch sau đường hóa kg 346,81 17509,47 70037,88 7003788 Dịch nóng sau đun
hoa
l 508,71 25683,34 102733,36 10273336
Dịch trước lên men l 490,91 24784,67 99138,68 9913868 Bia non sau lên men l 468,82 23669,41 94677,64 9467764 Bia sau pha loãng l 816,55 41225,32 164901,28 16490128 Bia đã lọc l 804,30 40606,86 162427,44 16242744 Bia sau khi bão hòa l 800,28 40403,90 161615,60 16161560
Bia thành phẩm l 792,28 40000 160000 16000000
Sản phẩm phụ, phế liệu
Bã malt và đại mạch kg 103,10 5205,23 20820,92 2082092
Bã hoa kg 2,05 103,50 414,00 41400
Cặn lắng kg 1,75 88,35 353,40 35340
Sữa men cho mục đích khác
l 4,91 247,89 991,56 99156
CO2 thoát ra m3 8,12 409,96 1639,84 163984
CO2 cần bổ sung m3 0,71 35,85 143,40 14340
Lượng nước công nghệ Nước dùng cho hồ hóa l 99 4998,23 19992,92 1999292 Nước dùng cho đường hóa l 198 9996,47 39985,88 3998588 Nước rửa bã l 300,63 15177,97 60711,88 6071198 Nước dùng cho pha
loãng
Bảng 3.3. Tổng hợp nguyên liệu chính, phụ cho bia chai 120Bx Hạng mục Đơn vị Cho 100 kg NL Cho 40 m3/mẻ Cho 160 m3/ngày Cho 24 triệu lít/năm Nguyên liệu chính kg 100 7437,84 29751,36 4462704 Malt kg 50 3718,92 14875,68 2231352 Đại mạch kg 25 1859,46 7437,84 1115676 Đường kg 25 1859,46 7437,84 1115676 Các nguyên liệu khác Enzyme Termamyl kg 0,02475 1,84 7,36 1104 Enzyme Neutrase kg 0,0495 3,68 14,72 2208 Enzyme Cereflo kg 0,0099 0,74 2,96 444
Hoa houblon viên kg 0,5792 43,08 172,32 25848
Hoa houblon cao kg 0,0538 4,00 16,00 2400
Men giống nuôi cấy l 49,09 3651,24 14604,96 2190744
Men sữa l 4,91 365,20 1406,80 219120
Sản phẩm trung gian
Dịch sau đường hóa kg 346,81 25795,20 103180,80 15477120 Dịch nóng sau đun
hoa
l 508,71 37837,07 151348,28 22702242
Dịch trước lên men l 490,91 36513,14 146052,56 21907884 Bia non sau lên men l 468,82 34870,12 139480,48 20922072 Bia sau pha loãng l 571,59 42513,99 170055,96 25508394 Bia đã lọc l 563,01 41875,83 167503,32 25125498 Bia sau khi bão hòa l 560,20 41666,82 166667,28 25000092
Bia thành phẩm l 537,79 40000 160000 24000000
Sản phẩm phụ, phế liệu
Bã malt và đại mạch kg 103,10 7668,42 30673,68 4601052
Bã hoa kg 2,32 172,56 690,24 103536
Cặn lắng kg 1,75 130,16 520,64 78096
Sữa men cho mục đích khác
CO2 thoát ra m3 8,12 603,95 2415,80 362370
CO2 cần bổ sung m3 0,92 68,43 273,72 41058
Lượng nước công nghệ Nước dùng cho hồ hóa l 99 7363,47 29453,88 4418082 Nước dùng cho đường hóa l 198 14726,94 58907,76 8836164 Nước rửa bã l 300,63 22360,40 89441,60 13416240 Nước dùng cho pha
loãng
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ
4.1. Phân xưởng nấu
Theo kế hoạch sản xuất của nhà máy và dựa vào tính cân bằng sản phẩm trên cơ sở tháng sản xuất xao nhất của năm để tính khối lượng nguyên liệu cần dùng từ đó co thể chọn được thiết bị thích hợp cho từng khâu.
Như vậy theo kế hoạch sản xuất thì tháng sản xuất cao nhất là 4 triệu lít. Mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất là 160.000 lít, mỗi ngày nấu 5 mẻ, do đó mỗi mẻ sản xuất được 40.000 lít.
Nhà máy sản xuất bia từ nấu và lên men bia nồng độ cao 140Bx, sau đó pha loãng dịch bia này thành bia chai 120Bx và bia hơi 100Bx theo yêu cầu. Do sản xuất bia chai cần lượng nguyên liệu nhiều hơn nên lượng nguyên liệu nấu bia nồng độ cao 140Bx để chọn thiết bị phù hợp theo cân bằng sản phẩm bia chai. Nguyên liệu dùng cho một mẻ nấu bia cao độ:
Lượng malt: 3718,92 kg Lượng đại mạch: 1859,46 kg Lượng đường: 1859,46 kg Enzyme Termamyl: 1,84 kg Enzyme Cereflo: 0,74 kg Enzyme Neutrase: 3,68 kg Hoa houblon dạng viên: 43,08 kg Hoa houblon dạng cao: 4,00 kg Men giống nuôi cấy: 3651,24 lít
Men sữa: 365,20 lít
Nước dùng hồ hóa: 7363,47 lít Nước dùng đường hóa: 14726,94 lít
4.1.1. Cân nguyên liệu
Lượng malt tối đa cho một ngày sản xuất là: 3718,92 x 4 = 14875,68 (kg)
Lượng đại mạch tối đa cho một ngày sản xuất là: 1859,46 x 4 = 7437,84 (kg)
1859,46 x 4 = 7437,84 (kg)
Tổng lượng nguyên liệu chính cần dùng cho một ngày là: 14875,68 + 7437,84 + 7437,84 = 29751,36 (kg)
Nguyên liệu được cân từng mẻ, từng loại riêng biệt nên ta chọn cân cho toàn bộ dây chuyền, năng suất của cân mã lớn nhất là 500 ± 0,5 kg.
4.1.2. Máy nghiền malt
Nhà máy sử dụng máy nghiền malt là máy ngiền ẩm do đó phải tính năng suất cho từng mẻ.( Nếu nghiền khô thì có thể tính cho cả ngày).
Lượng malt tối đa cho một mẻ là 3718,92 kg.
Thời gian làm việc của máy là 4h/ca, ngày làm việc 2 ca, ngày nghiền 4 mẻ nên thời gian nghiền mỗi mẻ là 2h.
Hệ số sử dụng máy là 0,75. Vậy lượng malt nghiền trong 1h là: 3718,92 / (2 x 0,75) = 2479,28 (kg)
Chọn máy nghiền malt với các thông số kỹ thuật sau: - Năng suất 2500 kg/h
- Số cặp trục là 3
- Kích thước máy: 2000 x 2000 x 1800 mm - Tốc độ quay của roto: 450 vòng/phút - Công suất động cơ: 6 KW/h
- Số lượng máy: 1 chiếc
1- Cửa nạp malt; 2 - Trục phân phối; 3 - Nam châm vĩnh cửu; 4 - Cặp trục nghiền thô; 5 - Máng xối định vị; 6 - Sàng rung phía trên; 7 - Cặp trục nghiền thứ 2; 8 - Sáng rung phía dưới; 9 - Bánh lái; 10
- Cặp trục nghiền bột; 11 - Thiết bị gom mẫu; 12 - Vỏ trấu; 13 - Bột thô; 14 - Bột mịn
4.1.3. Máy nghiền đại mạch
Lượng đại mạch tối đa cho một mẻ sản xuất là 1859,46 kg.
Thời gian làm việc của máy là 4h/ca, mỗi ngày làm việc 2 ca, ngày nghiền 4 mẻ nên thời gian nghiền mỗi mẻ là 2h. Hệ số sử dụng máy là 0,75. Vậy lượng đại mạch cần nghiền trong 1h là:
1859,46 / (2 x 0,75) = 1239,64 (kg/h) Chọn máy nghiền búa có các đặc điểm sau:
- Năng suất 1500 kg/h
- Công suất động cơ: 6 KW/h
- Chiều rộng của buồng máy là 400 mm - Tốc độ quay của roto: 1000 vòng/phút - Kích thước lỗ sàng: 3,6 mm
- Kích thước máy: 2000 x 1600 x 1000 mm - Số lượng máy: 1 chiếc
4.1.4. Thiết bị vận chuyển nguyên liệu
Tổng lượng nguyên liệu cần vận chuyển trong một ngày là 29751,36 kg. Chọn gàu tải để vận chuyển nguyên liệu sau khi nghiền xong lên nồi nấu. Gàu tải làm việc mỗi ngày 4 mẻ, mỗi mẻ làm việc 1 giờ, hệ số sử dụng thiết bị là 0,8.
Hình 4.2. Cấu tạo
máy nghiền búa
1- Cửa nạp liệu 2 - Sàng nghiền 3 - Búa nghiền 4 - Trục quay 5 - Thân máy 6 - Bột mịn ra
Do nguyên liêu sử dụng giữa malt và nguyên liệu thay thế là 50/50 nên ta tính năng suất gàu tải theo lượng malt cần vận chuyển. Vậy năng suất gàu tải tính theo từng mẻ là:
3718,92 / 0,8 = 4648,65 (kg/h) Chọn gàu tải có đặc điểm sau:
- Năng suất 5000 kg/h Số lượng 3 chiếc
4.1.5. Thiết bị hồ hóa
Lượng đại mạch sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là 1859,46 kg, tổn thất khi nghiền là 1%. Vậy lượng đại mạch còn lại trong nồi hồ hóa là: