1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT BIA CHAI NĂNG SUẤT 8 TRIỆU LÍT NĂM PHÂN XƯỞNG 1 GVHD TRẦN VĂN HÙNG SVTH HỒ THỊ DI.
Lập luận kinh tế
Địa điểm xây dựng nhà máy
Một nhà máy muốn xây dựng có tính khả thi cần đảm bảo những điều sau:
- Xử lý nước và chất thải
- Quy trình công nghệ sản xuất
Phân xưởng sản xuất bia tôi thiết kế có năng suất 8 triệu lít/năm và có thể nằm trong một nhà máy sản xuất nước uống với các mặt hàng phong phú, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và chuỗi cung ứng Với chất lượng bia ở mức trung bình, tôi chọn vị trí đặt nhà máy tại KCN Tân Bình, tại Phường Tây Thạnh, Quận Tân Phú và Phường Bình Hưng Hoà, Quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh, nhằm tận dụng hạ tầng khu công nghiệp và thuận lợi cho hoạt động sản xuất, lưu thông và phân phối sản phẩm ra thị trường.
Hình 1.2: sơ đồ KCN Tân Bình
1.2 Vị trí và hạ tầng giao thông vận tải khu công nghiệp:
Hình 1.3: Đường giao thông KCN Tân Bình
Có 03 khu dân cư phụ trợ Khu công nghiệp Tân Bình:
– Khu dân cư phụ trợ phường Tây Thạnh, quận Tân Phú
– Khu dân cư phụ trợ phường Sơn Kỳ, quận Tân Phú
– Khu dân cư phụ trợ phường Bình Hưng Hoà, quận Bình Tân
Tất cả các khu dân cư, đều nằm cận kề KCN Tân Bình
• Đường quốc lộ gần nhất:
- Tên: Ga xe lửa, Ga Sài Gòn
- Tên: Sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất
• Cảng biển quốc gia gần nhất:
- Tên: Cảng hàng hải Cát Lái
1.3 Cơ sở hạ tầng trong khu công nghiệp:
- Đường trục chính KCN – Số làn và bề rộng mặt đường: 4 làn đường, bề mặt bê tông nhựa nóng
- Đường nội bộ KCN – Số làn và bề rộng mặt đường 2 làn đường, bề mặt bê tông nhựa nóng
- Nhà máy điện dự phòng
+ Đã đi vào hoạt động từ năm 2006 và đang hoạt động
Hình 1.4 : Hệ thống cấp nước
+ KCN.TB: 98,90 đồng/m2/năm (được điều chỉnh theo quy định của Nhà nước)
+ KCN.TB MR: 10.440 đồng/m2/năm (được điều chỉnh theo quy định của Nhà nước) _ Thời hạn thuê: 50 năm
_ Phương thức thanh toán: Thanh toán một lần
_ Diện tích lô đất tối thiểu: ≥ 500 m2
- Giá thuê: Từ 80.000 đồng/m2/tháng đến 90.000 đồng/m2/tháng (chưa VAT)
- Thời hạn thuê (năm): Tuỳ theo nhu cầu của khách hàng
- Phương thức thanh toán (một lần/ hàng năm): Tuỳ theo thoả thuận
- Phí (USD/m2): Phương thức thanh toán
- Phí duy tu tái tạo cơ sở hạ tầng:
+ 14.700 đồng/m2/năm (công trình XD dười 03 tầng)
+ 21.000 đồng/m2/năm (công trình XD từ 03 tầng đến 05 tầng)
• Giá cung cấp điện (USD/Kwh)
- Giờ cao điểm: Theo đơn giá của Công ty Điện lực thành phố
• Giá cung cấp nước (USD/m3)
- Giá nước sạch sinh hoạt: 8.200 đồng/1m3
• Phí xử lý nước thải:
- Từ 2.844 đồng/m3 đến 7.394 đồng/m3 (tuỳ theo nguồn nước thải của Doanh nghiệp)
+ Đối với nước thải sinh hoạt:
Khối lượng nước thải = 100% Khối lượng nước sạch
+ Đối với nước thải sản xuất:
Khối lượng nước thải = 80% Khối lượng nước sạch
• Phương thức thanh toán: Chuyển khoản hoặc tiền mặt, thu theo quý
- Tiêu chuẩn xử lý đầu vào
+ KCN Tân Bình đã ban hành Bảng chuẩn tiếp chuẩn nước thải
+ Của các doanh nghiệp trong KCN, với các chỉ tiêu có giá trị giới hạn
+ Tương đương giá trị chuẩn cột C của TCVN 5945: 2005
- Tiêu chuẩn xử lý đầu ra
+ QCVN 40:2011/BTNMT, cột B, Kf = 1, Kq = 0.9
- Thu nhập bình quân của người lao động (USD/tháng)
- Chi phí liên quan khác.
Nguyên liệu
Nguyên liệu chính
Malt đại mạch là một bán thành phẩm rất giàu dinh dưỡng, được nảy mầm từ hạt đại mạch trong điều kiện nhân tạo Sau giai đoạn nảy mầm, malt được sấy khô ở mức nhiệt và thời gian phù hợp để ổn định độ ẩm và hương vị Cuối cùng, rễ được tách ra và sản phẩm được làm sạch, cho ra malt đại mạch chất lượng cao có thể dùng làm nguyên liệu cho các công thức lên men và chế biến thực phẩm.
Malt đại mạch là nguyên liệu quan trọng nhất quyết định hương vị cho bia, bởi nó chứa một hệ enzym phong phú gồm amylaza, proteaza và amylophosphataza Các enzym này có khả năng thủy phân các cao phân tử như tinh bột và protein thành các hợp chất có phân tử thấp hơn, tạo ra đường, dextrin và axit amin, đồng thời tối ưu hóa hoạt lực lên men và đóng vai trò then chốt trong việc hình thành hương vị đặc trưng của bia.
Do điều kiện nước ta là khí hậu nhiệt đới gió mùa nên không trồng được đại mạch vì vậy malt phải nhập khẩu trực tiếp từ nước ngoài qua các công ty thương mại hoặc sử dung malt của công ty sản xuất malt
Yêu cầu đối với malt: Do bia sản xuất là loại bia vàng nên chọn malt sử dụng là malt vàng từ đại mạch mùa xuân hai hàng thỏa mãn các yêu cầu sau:
Hình 2.1: Cấu tạo hạt đại mạch
+ Màu sắc: vàng rơm, sáng, vỏ trấu óng ánh
+ Mùi: Thơm nhẹ, đặc trưng
+Vị: hơi ngọt và hơi chua
+ Malt có hình dáng và kích thước đồng đều và tương ứng với hạt ban đầu
+ Khối lượng 1000 hạt không lựa chọn: 36 – 38 g
+ Dung trọng (khối lượng 1lít hạt) 650 – 760g
+ Tỷ lệ hạt có độ trắng đục ≥ 94%
- Chỉ tiêu hóa sinh và hóa học
+ Hàm lượng Tinh bột: 65% khối lượng chất khô
+ Hàm lượng chất chiết ≥ 80 ÷ 85% chất khô
+ Hoạt lực diastada (amylaza): 200 -250 WK (số g maltoza được tạo ra khi thành phần tinh bột có trong 100g maltoza)
+ Đường khử (tính theo maltoza): 65 ÷ 72%
+ Đạm amin 140-160mg % malt khô
+ Thời gian đường hóa: 10 ÷ 15 phút
Humulus lupulus là tên khoa học của loài thực vật có hoa đực và hoa cái mọc trên cây riêng biệt Trong sản xuất bia, chỉ dùng búp hoa cái chưa thụ phấn và các chế phẩm từ chúng, bởi chúng chứa nhựa đắng và các tinh dầu thơm tạo nên hương vị đặc trưng cho bia.
Cấu trúc búp hoa có hình nón, dài 3–5 cm, gồm các bộ phận cuống, trục, cánh, nhị hoa và hạt lupulin Tỷ lệ khối lượng của các thành phần được tính theo chất khô của bông hoa và được trình bày chi tiết như sau.
Trong sản xuất bia, hạt lupulin là thành phần quan trọng nhất của hoa hops vì đây là nguồn gốc tạo ra chất đắng và tinh dầu thơm cho bia Nhựa đắng chứa trong hạt lupulin đóng vai trò chủ chốt, mang lại độ đắng đặc trưng và cùng với tinh dầu thơm làm phong phú hương vị và mùi thơm của bia.
Nhựa đắng là thành phần có giá trị nhất trong công nghệ sản xuất bia, vì chúng tạo ra vị đắng dịu đặc trưng, tăng cường sức căng bề mặt của bia để giữ bọt lâu và ức chế sự phát triển của vi sinh vật Nhựa đắng từ hoa bia gồm hai loại chính: nhựa alpha (α-axids) và nhựa beta (β-axids), mỗi loại đóng vai trò riêng trong quá trình lên men và hương vị của bia.
Nhựa mềm chứa hai loại chính là α-axit đắng và β-axit đắng, đây là thành phần chủ chốt quyết định độ đắng của bia Trong sản xuất bia, α-axit đắng được đánh giá cao hơn β-axit đắng.
Tinh dầu thơm của hoa hops được hình thành trong đài lupulin và mang đến hương thơm đặc trưng cho houblon Trong hoa hops có hơn 200 hợp chất tinh dầu được chia thành ba nhóm chính: hydrocarbon, các chất chứa lưu huỳnh và các hợp chất oxy hoá, tạo nên sự đa dạng mùi hương có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bia.
Thành phần và tính chất của các cấu tử trong hoa houblon đóng vai trò then chốt đối với chất lượng bia Thành phần hóa học của hoa houblon, bao gồm axit alpha và các hợp chất tinh dầu, ảnh hưởng trực tiếp đến độ đắng, hương thơm và sự ổn định của bia Những đặc tính này phụ thuộc vào giống hoa houblon, điều kiện canh tác và khí hậu nơi trồng, dẫn đến sự biến đổi đáng kể của thành phần hóa học giữa các giống, mùa vụ và vùng miền.
Bảng 2.1.1 Bảng sự thay đổi thành phần phụ thuộc vào giống, điều kiện canh tác
Chính vì những lý do trên mà hoa houblon là nguyên liệu quan trọng thứ hai và nó là nguyên liệu “không thể thay thế” trong sản xuất bia
Để tăng cường khả năng bảo quản và thuận tiện cho việc vận chuyển cũng như sử dụng hoa Huoblon, các chế phẩm được chế biến thành ba dạng chế phẩm chủ yếu: cao hoa, hoa viên và hoa cánh Việc chuyển đổi sang các dạng chế phẩm này giúp duy trì chất lượng hoa ở mức tối ưu, kéo dài thời hạn sử dụng và dễ dàng vận chuyển đến nhiều thị trường Trong đó cao hoa mang lại nồng độ hoạt chất cao và bảo quản lâu dài, còn hoa viên và hoa cánh mang lại sự tiện lợi khi sử dụng và ứng dụng linh hoạt trong sản xuất.
Hoa cánh, hay hoa houblon, được sấy khô ở mức độ ẩm nhất định rồi đóng gói để bảo quản Quá trình này giúp hoa cánh giữ được hương thơm và độ đắng, bảo toàn chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, vận chuyển và lọc tốn công, do thiết bị cồng kềnh và yêu cầu nguồn năng lượng lớn, khiến chi phí và công suất sản xuất tăng.
+ Hoa viên: hoa Huoblon đã sấy khô sau đó được nghiền thành bột rồi ép thành viên Có
Có 3 loại hoa viên: hoa viên loại 90, hoa viên loại 45 (nồng độ cao) và hoa viên đã được đồng phân hóa Chế phẩm hoa viên có đặc tính giữ lại hàm lượng tanin, α-axit đắng và hương thơm, đồng thời giảm lượng bã thải và bảo toàn hàm lượng các polyphenol.
Bảng 2.1.2: So sánh thành phần của hoa viên với hoa cánh
Các chỉ tiêu (tính theo %) Loại 90 Loại 45
Tỷ lệ tính theo trọng lượng 90 – 96 44 – 52
Phần dung tích 20 – 30 10 – 25 Độ đắng và hươn thơm 100 – 106 200 – 220
Hàm lượng các chất có hại 100 50
Cao hoa được sản xuất bằng quá trình trích ly nhựa đắng và tinh dầu thơm từ hoa Huoblon bằng các dung môi hữu cơ như cồn hoặc CO2, sau đó dung môi được bay hơi để thu được cao hoa Sản phẩm có dạng nhớt màu xanh da trời và được bảo quản trong các hộp hoặc chai, có độ bền cao trong suốt quá trình lưu trữ.
Nguyên liệu thay thế
Để giảm chi phí sản xuất, hiện nay nhiều nhà máy sử dụng nguyên liệu giàu tinh bột để thay thế một phần malt như tiểu mạch, yến mạc, gạo, ngô, sắn hay rỉ đường Tỷ lệ và loại nguyên liệu thay thế phụ thuộc vào từng nhà máy, điều kiện sản xuất và khẩu vị của từng nước Để hài hòa với khẩu vị của người tiêu dùng trong nước đồng thời tối ưu hiệu quả kinh tế, nhiều nhà máy chọn gạo làm nguyên liệu thay thế với tỷ lệ khoảng 40%.
- Những yêu cầu của gạo đưa vào sản xuất:
- Hạt có màu trắng đục, không bị mốc
- Kích thước của hạt phải đồng đều, kông bị mối mọt
- Gạo không có mùi khét, mùi mốc hay mùi lạ
- Gạo không được lẫn tạp chất: sạn, kim loại…
Nước
Nước là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất bia, chiếm khoảng 80–90% thể tích của bia thành phẩm và đóng vai trò then chốt trong việc hình thành chất lượng bia Ngoài ra, nước còn được sử dụng cho vệ sinh công nghiệp và nước sinh hoạt trong nhà máy Vì vậy, nước dùng trong quy trình sản xuất bia cần có chất lượng cao và đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nhằm đảm bảo an toàn, hiệu quả và sự ổn định của quy trình lên men cũng như công tác vệ sinh thiết bị.
- Nước trong suốt không có mùi lạ
- Hàm lượng muối cacbonat: < 50 mg/l
- Hàm lượng muối clorua : < 200 mg/l
- Hàm lượng muối CaSO4 : < 200 mg/l
- Vi sinh vật: < 100 tế bào/l
Để có nguồn nước đạt chuẩn cho sản xuất bia, nước phải tuyệt đối không chứa NH3, NO2, kim loại nặng, vi khuẩn E coli và các vi sinh vật có hại Để đạt được nguồn nước an toàn và đủ chuẩn, ta có thể áp dụng nhiều phương pháp xử lý nước như làm mềm nước, lắng, lọc, xử lý bằng các phương pháp hóa học và hóa lý, kết hợp với quá trình trao đổi ion, và đồng thời phải khử trùng nước Khi nước đã đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn này, nước được đưa vào quy trình sản xuất bia để đảm bảo chất lượng cao cho sản phẩm.
Một số nguyên liệu phụ trợ
Nhà máy sản xuất bia sử dụng phần trăm nguyên liệu thay thế khá cao, lên tới 40%, nhằm đảm bảo bia đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng Để đạt được mục tiêu này, nhà máy lựa chọn công nghệ nấu có sử dụng enzym Enzym được sử dụng nhằm mục đích tăng hiệu suất của các quá trình thủy phân và các quá trình chuyển hóa, đồng thời giảm thời gian sản xuất Việc ứng dụng enzym giúp tối ưu hóa quy trình lên men và chất lượng sản phẩm, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và đáp ứng thị trường.
Các loại enzym lựa chọn sử dụng trong công sản xuất:
Enzyme ở dạng lỏng, chịu nhiệt độ cao và được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus licheniformis Đây là một endo-α-amylase có khả năng thủy phân liên kết α-1,4 glycosid trong tinh bột, giúp tinh bột nhanh chóng chuyển hóa thành các hợp chất có phân tử lượng thấp Mức pH tối ưu của enzyme khoảng 6, cho hiệu quả hoạt động ổn định ở điều kiện trung tính và phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp biến đổi tinh bột.
- Termamyl 120L được sử dụng trong quá trình hồ hóa với mục đích:
+ Giảm độ nhớt của dịch đường
+ Nâng cao hiệu suất thu hồi nguyên liệu
- Là một enzym α- axetolactat decacboxylaza, thu nhận từ Bacillus subtilis Chế phẩm ở dạng lỏng, màu xám, có tỷ trọnglà 1.2g/l
Việc áp dụng trong thời kỳ lên men phụ và tàng trữ giúp rút ngắn thời gian sản xuất và giảm hàm lượng diacetyl còn lại trong bia thành phẩm xuống còn 1,5 ppm Quá trình này nhờ các chất xúc tác tham gia xúc tác phản ứng decarboxyl, chuyển hóa α‑acetolactat thành acetoin, từ đó cải thiện hương vị và chất lượng bia.
- Là một endo - glucanlaza, sản xuất từ B.subtilis, chế phẩm ở dạng lỏng có tỷ trọng là 1.2 mg/l
- Chúng giúp phân giải β - glucan ở liên kết β - (1,4)glucozit tạo thành oligosaccarrit có 3 ÷ 5 đơn vị glucoza
- Chế phẩm này được sử dụng trong quá trình đường hóa sẽ làm giảm độ nhớt của dịch đường giúp cho quá trình lọc dễ dàng hơn
- Là một proteaza được sản xuất từ B subtilis
- Giúp thủy phân protein thành peptit hay một phần tạo ra đạm hòa tan cho nấm men sinh trưởng và phát triển
- Neutraza được sử dụng trong quá trình đường hóa với chế phẩm neutraza 0.5L của NoVo
Ngoài các nguyên liệu chính phục vụ cho quá trình sản xuất bia thì trong nhà máy việc vệ sinh là một việc rất quan trọng
- NaOH 96% để khử trùng, tẩy rửa vệ sinh và trung hòa
Trong quá trình nấu, các axit được dùng gồm axit phosphoric (H3PO4) và axit lactic nhằm điều chỉnh pH phù hợp cho các bước hồ hoá và đường hoá Việc điều chỉnh pH bằng hai loại axit này cũng cung cấp nguồn phospho cần thiết cho sự phát triển của nấm men, giúp quá trình lên men diễn ra hiệu quả và ổn định.
- Muối: CaSO4, CaCl2: bổ sung vào quá trình đường hóa nhằm cung tăng cường hoạt lực cho enzym amylaza đồng thời còn điều chỉnh pH
- Chất trợ lọc: sử dụng diatomit để hỗ trợ quá trình lọc được dễ dàng
- Caramem: nhằm tăng độ màu cho bia
Lựa chọn quuy trình công nghệ
Sơ đồ công nghệ
Làm lạnh nhanh Lên men chính
Lên men phụ Lọc bia
4 Đ ôi trục nghiền lạ i vỏ
7 Hỗn hợ p vỏ và tấm
4 Đ ôi trục nghiền lạ i vỏ
7 Hỗn hợ p vỏ và tấm
Thuyết minh quy trình sản xuất
Quá trình nghiền malt nhằm đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với nước Nhờ mở rộng diện tích tiếp xúc, nước dễ thẩm thấu vào các thành phần chất của nội nhũ, từ đó đẩy nhanh quá trình đường hoá và thủy phân.
Hiện nay thì malt được nghiền bằng 3 phương pháp:
Chúng tôi chọn phương pháp nghiền khô với máy nghiền 4 trục Tuy phương pháp này không giữ nguyên được vỏ nhưng nó có nhiều ưu điểm:
+ Phù hợp với năng xuất của xưởng sản xuất
+ Thuận tiện có thể nghiền ngay trước lúc nấu
+ Bột sau khi nghiền có thể bảo quản trong một thời gian
+ Dễ vệ sinh b) Tiến hành
9 Lớp bột đạt yêu cầu
Malt từ silo được vận chuyển vào cân đong bằng gầu tải Sau khi được định lượng, malt được đưa vào máy nghiền qua trục cấp liệu phía trên máy nghiền Nhờ cơ cấu định hướng, malt được đưa vào giữa khe của đôi trục nghiền thô và được nghiền thành bột mịn Bột nghiền rơi xuống sàng rung; ở đây phần bột chưa đạt chuẩn, gồm hỗn hợp vỏ và tấm, được đưa xuống nghiền lại ở đôi trục nghiền thứ hai để đạt kích thước yêu cầu và được đưa ra ngoài qua đường tháo bột phía dưới máy nghiền.
* Một số lưu ý khi nghiền malt:
- Malt được nghiền không được nhỏ quá sễ gây khó khăn cho lọc và bia có vị đắng kkhó chịu
- Không được nghiền phá vỡ hết lớp vỏ trấu của malt mà cần giữ lại nguyên cấu trúc của vỏ để quá trình lọc dược dễ dàng
- Khi nghiền thì cần điều chỉnh khe giữa hai trục nghiền cho phù hợp
Khác với malt, gạo là nguyên liệu chưa qua ươm mầm nên hạt tinh bột của nó chưa được hồ hoá và chưa chịu tác động của enzym, khiến cấu trúc tinh bột gạo còn cứng và khó bị thủy phân Để chiết được nhiều chất hòa tan nhất từ gạo, cần nghiền thật nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc và làm giảm kích thước hạt Vì vậy tôi chọn phương pháp nghiền khô bằng máy nghiền búa, một giải pháp phù hợp với đặc tính vật lý của gạo để phá vỡ liên kết tinh bột và tối ưu hóa hiệu suất chiết Cấu tạo máy nghiền búa gồm buồng nghiền, rotor có lưỡi cắt, hệ thống cấp liệu và cửa xả, cho phép nghiền liên tục với hiệu suất cao.
Hình 2.7: Máy nghiền búa b) Tiến hành:
Quy trình xay xát gạo được thực hiện theo từng mẻ; gạo được định lượng và gầu tải vận chuyển vào máy nghiền qua cửa nạp liệu, trước khi vào khoang nghiền gạo được loại bỏ tạp chất kim loại nhờ nam châm Dưới tác động va đập của búa và thành máy, gạo được nghiền nhỏ, những hạt đạt yêu cầu được đưa ra ngoài, còn những hạt chưa đạt sẽ tiếp tục được nghiền nhờ chuyển động quay của máy Toàn bộ quá trình này được điều khiển bởi hệ thống điều khiển tự động để đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm.
Do gạo cần được nghiền nhỏ hơn malt nên thành phần của bột nghiền là: Bột mịn:
Việc sử dụng nguyên liệu gạo thay thế vào sản xuất bia đòi hỏi nhà máy phải áp dụng các giải pháp công nghệ thích hợp để tối ưu hóa hiệu suất đường hoá và đảm bảo ổn định chất lượng sản phẩm Điều này đòi hỏi đầu tư vào thiết bị, quy trình vận hành và hệ thống kiểm soát chất lượng phù hợp với mục tiêu sản xuất bia có hương vị đồng nhất và an toàn.
Hiện nay căn cứ vào phương thức tiến hành công nghệ đường hoá chia làm 2 nhóm cơ bản:
Do tỷ lệ gạo thay thế cao nên hàm lượng tinh bột chưa được đồ hoá ở mức cao, khiến quá trình đường hoá gặp khó khăn và hoạt lượng enzym ít không đủ để thủy phân hết phần tinh bột gạo Bên cạnh đó, căn cứ vào tình hình sản xuất thực tế của nhà máy với năng suất nhỏ và chất lượng bia ở mức trung bình, phương pháp đường hoá toàn khối có sử dụng enzym được xem là giải pháp tối ưu nhất do những hạn chế nêu trên.
+ Phương pháp này đòi hỏi ít thiết bị
+ Đơn giản dễ tiến hành
+ Enzym giúp rút ngắn thời gian nấu mà vẫn đảm bảo yêu cầu công nghệ
Quá trình hồ hóa được tiến hành trong một thiết bị riêng có hình dạng thân trụ đáy côn, được vỏ bọc bên ngoài và lắp đặt hệ thống cánh khuấy để đảm bảo khuấy trộn liên tục và kiểm soát nhiệt độ Trong quá trình nấu, thiết bị này được bổ sung enzyme Termamyl 120L và 10% malt lót nhằm kích hoạt thủy phân tinh bột và tối ưu hóa mật độ đường sau hồ hóa Mục đích của quá trình hồ hóa là chuẩn bị dung dịch đồng nhất, làm mềm và phá vỡ cấu trúc tinh bột để các bước xử lý tiếp theo diễn ra thuận lợi và hiệu quả.
Quá trình nhằm làm tinh bột bị trương nở và chuyển sang trạng thái hòa tan, dẫn đến độ nhớt tăng nhanh và đạt mức cực đại, tạo điều kiện cho enzym của malt lót và các chế phẩm enzym hoạt động dễ dàng Tiến hành thực hiện bằng cách điều chỉnh các điều kiện xử lý (nhiệt độ, thời gian và sự khuấy trộn) để tinh bột hòa tan hoàn toàn và độ nhớt đạt giá trị tối ưu, từ đó tối ưu hóa hoạt động enzym.
-Vệ sinh thiết bị sạch sẽ
Cho hỗn hợp bột gạo, malt lót 10% và nước vào nồi ở nhiệt độ 45–50°C Trước khi cho vào nồi, bột và nước được hòa trộn với nhau để tạo thành một dung dịch đồng nhất Hỗn hợp bột gạo và malt chảy từ trên xuống gặp nước phun từ dưới lên, giúp hai dòng chảy tiếp xúc và hòa quyện tốt Nước và bột được trộn theo tỉ lệ 5 nước/1 bột để đạt độ đặc và kết cấu mong muốn.
- Bật cánh khuấy: ngay sau khi hỗn hợp bột và nước được chuyển vào nồi thì ta tiến hành bật cánh khuấy
- Cho chế phẩm Termamyl 120L vào
- Khi hỗn hợp được chuyển hết vào nồi thì nhiệt độ hỗn hợp đạt khoảng 42 ÷45 0 C Quá trình nấu được tiến hành như sau
Thời gian (phút) 5’ 30’ 30’ 1’ Điều chỉnh van hơi sao cho tốc độ nâng nhiệt là 1÷1,5 0 C/ phút
- Bổ sung nước thường vào để hạ nhiệt độ xuống 70 ÷ 75 0 C
- Chuyển địch cháo sang nồi đường hóa
2.2.2.2 Đường hoá Đường hoá được thực hiện trong thiết bị giống với nồi hồ hoá nhưng thể tích lớn hơn
Công nghệ đường hoá là phương pháp toàn khối có sử dụng enzym (Neutraza, Fulgamyl, cecreflo) và axít điều chỉnh pH Tỷ lệ bột malt /nước=1/4 b) Tiến hành
Ở giai đoạn hồ hoá, khi nhiệt độ nồi hồ hoá đạt 100°C, tiến hành cho malt và nước vào để ngâm malt Bột malt và nước được trộn đều theo tỷ lệ 1/4, tạo dung dịch đồng nhất cho quá trình ngâm Việc đưa malt và nước vào nồi cùng lượng nước dùng được thực hiện tương tự như quá trình hồ hoá.
- Bật cánh khuấy: khi malt và nước được đưa vào nồi thì ta bắt đầu tiến hành bật cánh khuấy
- Mở van hơi: van hơi được mở từ từ khi ta cho malt vào
- hỗn hợp bột và nước tạo ra hỗn hợp có nhiệt độ 45 0 C
- Nhiệt độ và thời gian của quá trình như sau:
+ Bia hơi: quá trình chuyển dịch cháo tiến hành một lần tạo nên nhiệt độ 63 0 C trong nồi đường hoá và tiến hành cho enzym Neutraza và Ultraflo
+ Bia chai: đối với bia chai thì dịch cháo được chuyển sang nồi đường hoá làm 2 lần:+ Lần 1 tạo nên hỗn hợp có nhiệt độ 52 0 C
+ Lần 2: chuyển hết và tạo ra hỗn hợp có nhiệt độ 63 0 C và enzym Fulgamyl và Ultraflo được cho vào
- Quá trình đường hoá kết thúc khi dịch đường không làm đổi màu dung dịch iốt Tốc độ nâng nhiệt 1 0 C/phút
- Kết thúc đường hoá thì vặn nhỏ van hơi và tiến hành bơm chuyển dịch đường sang máy lọc
Sau khi đường hoá thì thu được hỗn hợp gồm pha rắn và pha lỏng Lọc bã là nhằm tách pha rắn ra khỏi pha lỏng
Quá trình lọc bã dịch hiện nay thường được thực hiện bằng hai thiết bị chủ đạo là thùng lọc đáy bằng và máy lọc khung bản Trong công nghệ này, tôi chọn thùng lọc đáy bằng làm giải pháp lọc chính.
- Tạo lớp lọc phụ: cho nước nóng 78 0 C vào thùng lọc cho tới khi nước ngập lớp đáy giả và sấp lưới lọc
- Bơm dịch đường vào thùng lọc và tiến hành lọc: quá trình lọc chia làm 2 giai đoạn:
Quá trình lọc dịch đầu diễn ra khi dịch lọc ban đầu còn đục; ta tiến hành cho tuần hoàn lại cho đến khi dịch lọc trong và trong suốt, sau đó dừng tuần hoàn và bắt đầu thu dịch lọc, với thời điểm bắt đầu thu dịch lọc ước khoảng 25 phút.
Rửa bã là bước sau khi kết thúc quá trình lọc dịch đầu Bật nhẹ cánh khuấy và cho nước rửa bã ở 78°C vào hệ thống; khi nước rửa bã được đưa vào đầy thì ngừng bật cánh khuấy và tiến hành quá trình lọc tiếp Quá trình rửa bã được thực hiện 3 lần, mỗi lần kéo dài 15 phút Đối với bia chai, lượng nước rửa bã ít hơn vì nồng độ chất chiết yêu cầu cao hơn.
2.2.4 Nấu dịch đường với hoa Houblon a) Mục đích:
- Trích ly các thành phần chất của hoa houblon vào dịch đường để tăng độ đắng và hương thơm cho bia
Các chất từ hoa có khả năng tạo kết tủa với protein có phân tử khối cao, hình thành các kết tủa dễ lắng Quá trình này giúp quá trình lọc diễn ra nhanh hơn và đồng thời tăng độ bền keo cũng như độ bền sinh học cho bia.
- Một số thành phần của hoa tham gia tạo sức căng bề mặt giúp giữ bọt cho bia
- Điều chỉnh nồng độ đường của dịch đường
- Góp phần tiêu diệt vi sinh vật và làm ổn định thành phần của dịch đường
→ Để có thể đạt được những mục đích trên thì tôi chọn công nghệ nấu hoa như sau: +Loại chế phẩm: - 50% hoa cánh 5%α – axít đắng
+ Thời gian cho hoa: hoa viên: ngay từ đầu, hoa cánh trước khi kết thúc khoảng
Dịch đường được bơm từ máy lọc vào nồi nấu hoa Ngay khi dịch đường chảy vào nồi nấu hoa, bắt đầu mở van hơi ở mức nhỏ để đảm bảo nhiệt độ của dịch luôn ở ≥ 75°C Tiến hành mở van hơi từ từ cùng với sự tăng dần của lượng dịch đường vào nồi nấu hoa sao cho khi toàn bộ dịch rửa bã được bơm sang nồi nấu hoa, dịch đường trong nồi bắt đầu sôi.
- Cho hoa viên 10% α – axít đắng và giữ nhiệt độ trong nồi nấu sôi (khoảng 101 ÷102 0 C)
- Cho hoa cánh 5% α – axít đắng vào trước khi kết thúc nấu 20 phút Hoa cánh được cho vào giỏ hoa và thả vào nồi nấu
- Kết thúc quá trình nấu thì ngừng cấp hơi
- Mở van bơm dịch đường sang thùng lắng
Đánh giá chất lượng cảm quan của bia thành phẩm
- Màu sắc: Có màu vàng, sáng
Hương vị bia được hình thành từ sự hòa quyện giữa hương hoa houblon và malt, tạo nên vị đắng dịu và hương thơm đặc trưng Vị đắng dịu kết hợp với hương thơm mang lại sự hài hòa trong từng ngụm và giúp bia dễ uống Bia không có mùi vị lạ, mang đến trải nghiệm mạch lạc và dễ nhận diện hương vị.
+ Bia chai trong thời gian bảo quản ở điều kiện thường không có hiện tượng vẩn đục
+ Bia hơi: bảo quản ở nhiệt độ thường trong 1 – 2 ngày
Độ bền của bia được biểu thị qua độ bền của bọt, cho thấy sự ổn định và chất lượng của bia sau khi rót Độ sánh của bia được đánh giá khi rót ra: bia phải có độ sánh nhất định và có lớp bọt trắng mịn Lớp bọt cần dày và bền, duy trì trong một khoảng thời gian nhất định để phản ánh chất lượng và sự hoàn thiện của sản phẩm.
- Hàm lượng CO2: + bia chai: 4,5 g/l
- Hàm lượng khoáng: 3 ÷ 4 % dịch chiết
Lập kế hoạch sản xuất
Phân xưởng thiết kế có năng suất 8 triệu lít bia/ năm với tỷ lệ nguyên liệu thay thế là 40% Trong đó thì:
- Bia chai : 8 triệu lít với nồng độ dịch đường trước khi đưa vào lên men là 11 0 Bx
Việt Nam nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa, miền Bắc có bốn mùa khác biệt khiến nhu cầu tiêu thụ bia thay đổi theo mùa Thời tiết nóng của mùa hè làm tăng nhu cầu uống bia, trong khi mùa đông lạnh khiến lượng bia tiêu thụ giảm Vì vậy, các nhà máy và xưởng sản xuất bia cần lên kế hoạch sản xuất hợp lý để đảm bảo lượng bia được tiêu thụ hết, tránh lãng phí Việc dự báo nhu cầu theo mùa và điều chỉnh lịch sản xuất giúp tối ưu hóa chi phí và đáp ứng kịp thời nhu cầu của người tiêu dùng Quản lý sản xuất bia theo chu kỳ mùa vụ là yếu tố then chốt để vừa phục vụ thị trường, vừa kiểm soát chi phí và nguồn cung.
Bảng 3.1 Kế hoạch sản xuất của phân xưởng:
Tổng năng suất (triệu lít) 2 3,5 3,5 2
Phân xưởng sẽ hoạt động 250 ngày/năm, làm việc 2 ca/ngày và mỗi ca sản xuất 2 mẻ nấu Trung bình, phân xưởng có mức sản xuất cao nhất khi làm việc khoảng 26 ngày mỗi tháng Để tính toán, ta dựa trên năng suất lớn nhất Theo kế hoạch sản xuất, quý 2 và quý 3 là thời điểm phân xưởng hoạt động mạnh nhất và đạt năng suất cao nhất, với dự tính mỗi quý đạt khoảng 3,5 triệu lít Tuy nhiên, do quý 2 có số ngày làm việc ít hơn (75 ngày), năng suất được tính sẽ ở mức cao nhất Như vậy, năng suất lớn nhất được dự báo là 3,5 triệu lít mỗi quý.
Tính cân bằng sản phẩm
Tính và chọn thiết bị trong công đoạn chuẩn bị
4.1 Tính và chọn thiết bị phân xưởng nấu:
Cân dùng cho dây chuyền sản xuất gồm có cân hoa và cân gạo, malt Nguyên liệu được cân theo từng mẻ và tiến hành cân từng loại riêng biệt Cân được chọn theo mẻ có năng suất cao nhất Ta có lượng nguyên liệu cao nhất trong một mẻ là: Đối với cân dùng để cân chế phẩm hoa houblon: Thực tế thì chế phẩm hoa được đóng gói trong các túi có khối lượng 5kg nên ta chọn cân có mã lớn nhất là 5 kg Đối với cân dùng để cân gạo và malt thì ta chọn cân cho cả dây chuyền tức malt và gạo cùng sử dụng một cân Cân được chọn theo lượng nguyên liệu malt cần cân Chọn cân có mã cân lớn nhất là 1000 kg, mã nhỏ nhất là 1 kg và sai số 0,5 kg
Như vậy một mẻ thì gạo được cân một mã còn malt thì phải cân 2 mã Cân được chọn với các thông số sau:
- Mã cân lớn nhất: 1000kg
Gầu tải được sử dụng để vận chuyển bột gạo và bột malt vào nồi hồ hoá và đường hoá Lượng bột malt và gạo cần vận chuyyển trong 1 mẻ là:
Bột gạo và bột malt lót 986
Việc chọn gầu tải dựa vào lượng bột cần vận chuyển lớn nhất trong một mẻ Vì vậy, năng suất gầu tải nên được xác định theo lượng bột malt cần vận chuyển của bia chai để bảo đảm quá trình vận chuyển diễn ra liên tục và hiệu quả.
Chọn gầu tải làm việc 0,5h/mẻ và hệ số sử dụng là 75%
→ Năng suất thực tế của gầu tải là:
0.5 75% kg h x Vậy chọn gầu tải với đặc tính kỹ thuật:
Máy nghiền malt được lựa chọn là máy nghiền malt 2 đôi trục với hệ thống sàng rung, nhằm tối ưu hóa quá trình xay và phân loại malt Việc lựa chọn dựa trên lượng malt đưa vào nghiền cao nhất và dây chuyền hiện tại chỉ sử dụng một máy nghiền malt, đảm bảo hiệu suất vận hành và tính đồng bộ của toàn bộ hệ thống.
Ta có lượng malt nghiền một mẻ là: 1225 (kg)
Chọn thời gian làm việc của máy nghiền malt trong một ca sản xuất là 2 giờ và hệ số sử dụng là 75%
Vậy năng suất máy nghiền malt là
Vậy chọn máy nghiền malt với các thông số kỹ thuật như sau:
Thiết bị trong phân xưởng nấu Error! Bookmark not defined
C.Dài C.Rộng C.Cao C.Dài Đ.kính
Máy nghiền gạo được sử dụng là máy nghiền búa Phân xưởng lựa chọn một máy có thời gian làm việc trong một mẻ là 2 giờ và hệ số sử dụng của máy đạt 75% Năng suất của máy được xác định dựa trên mức năng suất cao nhất của lượng gạo cần nghiền trong một mẻ, nhằm tối ưu hóa hiệu suất vận hành và sản lượng đầu ra.
- Ta có lượng gạo và malt lót cao nhất cần nghiền trong một mẻ là:
- Vậy năng suất thực tế của máy nghiền là:
2 75% kg h x → Vậy chọn máy nghiền gạo với các thông số kỹ thuật như sau:
- Kích thước buồng nghiền: 400 x 200 (mm)
- Vận tốc quay: 2000 vòng/phút
4.2 Các thiết bị trong phân xưởng nấu:
4.2.1.1 Tính và chọn thiết bị
Thiết bị hồ hoá được chọn dựa vào năng suất mẻ lớn nhất Ta có lượng nguyên liệu đưa vào nồi hồ hoá của 1 mẻ bia chai:
Nguyên liệu Bột gạo Bột malt lót Nước Tổng dịch
- Nồng độ chất khô trong dịch đường là:
Ở nhiệt độ 20°C, tra bảng 1.86 cho khối lượng riêng của dung dịch đường là d = 1,059 (kg/L) Thông tin này được ghi trong sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, phần liên quan đến dung dịch đường.
- Thể tích dịch trong nồi hồ hoá là:
- Chọn hệ số sử dụng của thiết bị là 70 % nên ta có thể tích thực của thiết bị là:
* Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy và đỉnh chóp làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15
- Thể tích của nồi hố hoá là:
→ Vậy chọn thiết bị hồ hoá với các thông số kỹ thuật như sau:
Thể tích: 8 (m 3 ) Đường kính trong: D = 2,4 (m)
Chiều dày thành thiết bị: = 3 (mm)
Khoảng cách giữa hai lớp vỏ: l = 50 (mm) Đường kính ngoài thiết bị: Dn = 2,5 (m)
- Cánh khuấy: Đường kính cánh khuấy: Dk =2,1 (m)
Công suất cánh khuấy: 8 kw
4.2.1.2 Tính diện tích truyền nhiệt
*) Bề mặt truyền nhiệt của nồi hồ hoá:
Trong đó: Q: Lượng nhiệt cần trao đổi (Kcal/h)
K: Hệ số truyền nhiệt (Kcal/m 2 h.độ)
ttb: Hiệu số nhiệt độ có ích
Với áp suất hơi sử dụng ở đây là P = 3 kg/cm 2
: Hệ số dẫn nhiệt của thành nồi
( Tra bảng I.125 – quá trình và thiết bị - 127 – tập 1)
1 : Hệ số cấp nhiệt từ hơi nóng đến thành nồi (kcal/m 2 h 0 C)
2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành nồi vào dịch (kcal/m 2 h 0 C)
Thay vào công thức ta có :
Q Với: Qm: lượng nhiệt cung cấp trong giai đoạn cần lớn nhất (kcal/h)
T: Thời gian cấp nhiệt ở giai đoạn này (h)
Trong quá trình hồ hoá, giai đoạn cần cấp nhiệt lớn nhất là giai đoạn nâng nhiệt từ 45°C đến 95°C Với tốc độ nâng nhiệt trung bình khoảng 1°C/phút, thời gian cho giai đoạn này là 50 phút (từ 45°C lên 95°C) Như vậy, thời gian ước tính cho giai đoạn nâng nhiệt của quá trình hồ hoá là khoảng 50 phút, phụ thuộc điều kiện vận hành và hiệu suất hệ thống gia nhiệt.
Trong đó: G: khối lượng của dịch trong nồi hồ hoá (kg)
C: Nhiệt dung riêng của khối dịch (kcal/kg.độ) t1 : Nhiệt độ đầu của giai đoạn này ( 0 C) t2 : Nhiệt độ sau của giai đoạn này ( 0 C)
Ta có thang nhiệt độ của quá trình hồ hoá của bia hơi và bia chai như sau:
- Từ đây ta lấy giai đoạn cần cung cấp nhiệt lớn nhất là giai đoạn nâng nhiệt từ 45 lên
C = − + a: Hàm ẩm của dịch đường (%)
C1: Tỷ nhiệt của chất hoà tan (kcal/kg.độ)
C2: Tỷ nhiệt của nước (kcal/kg.độ)
Tra bảng 1.149 – sổ tay quá trình và thiết bị - tập 1- 168 có:
t min max min max t lg t
Ở áp suất P = 3 kg/cm 2 → th= 132,9 o C
- tmax : hiệu số nhiệt độ lớn nhất giữa hơi nóng và khối dịch đun ( 0 C)
- tmin : hiệu số nhiệt độ nhỏ nhất giữa hơi nóng và khối dịch đun ( 0 C)
= →Vậy diện tích truyền nhiệt của nồi :
Thiết bị đường hoá được chọn dựa vào năng suất mẻ lớn nhất
- Quá trình hồ hoá chất hoà tan bị tổn thất 1 % nên lượng chất khô do nguyên liệu từ nồi hồ hoá mang vào là
Ta có lượng nguyên liệu đưa vào nồi hồ hoá của 1 mẻ bia chai:
Ng liệu Bột malt Bột gạo Malt lót Tổng nước có (không từ nguyên liệu)
- Nồng độ chất khô trong dịch đường là:
Ở nhiệt độ 20°C, tra bảng phụ lục 1 của Khoa học Công nghệ malt và bia (trang 59) để tham chiếu khối lượng riêng của dung dịch đường; theo sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất 1, khối lượng riêng của dung dịch đường là d = 1,07 kg/L.
- Thể tích dịch trong nồi đường hoá là:
- Chọn hệ số sử dụng của thiết bị là 70 % nên ta có thể tích thực của thiết bị là:
* Chọn thiết bị đường hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy và đỉnh chóp làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15
- Thể tích của nồi hố hoá là:
Bằng cách tính tương tự ta có:
4.2.2.2 Tính bề mằt truyền nhiệt
Bằng cách tính tương tự như ở bề mặt truyền nhiệt của nồi hồ hoá ta có
→ Vậy diện tích truyền nhiệt là
Diện tích tính (m 2 ) Hệ số an toàn Diện tích thực tế (m 2 )
Quá trình đường hoá thì lượng chất hoà tan tổn thất là 1,5% Nên ta có:
- Lượng chất khô do malt mang vào thùng lọc là
- Lượng chất khô do gạo mang vào nồi hồ hoá là
Chất khô do malt mang vào
Chất khô do gạo mang vào
- Nồng độ chất hoà tan có trong dịch đường mang vào lọc là
→ d = 1,075 (kg/l) – theo bảng I.86 – tr59 – sổ tay các quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – tập 1
- Vậy thể tích của dịch đường đưa vào lọc là
Chọn thùng lọc có dạng thân trụ đáy bằng, đỉnh chóp có: Đường kính: D (m)
Lớp đáy giả có chiều cao 30mm Phần đáy giả không thực hiên chứa dich đường nên ta chọn hệ số sử dụng thùng là 75%
→ Suy ra thể tích thực của thùng là
- Thể tích thùng được tính như sau:
→ → = → → → - Vậy chọn thùng lọc với các thông số như sau:
Chiều dày thành thiết bị: = 5 (mm)
Diện tích bề mặt lưới lọc: 5,7 (m 2 )
Lớp lưới lọc có các rãnh kích thước 30mm x 50mm và diện tích rãnh chiếm 24% diện tích đáy (diện tích lưới lọc)
Hệ thống cánh khuấy gồm 12 cánh khuấy gắn trên trục thẳng đứng, kết nối với động cơ đặt ở phía dưới để khuấy trộn đều và ổn định Phía dưới các cánh khuấy là dao cạo bã gồm hai dao cạo đối xứng qua trục quay nhằm cắt và loại bỏ bã hiệu quả khi vận hành Thiết kế này tối ưu hóa quá trình khuấy và hạn chế tích tụ bã, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp yêu cầu xử lý liên tục.
Hệ thống ống thu dịch lọc gồm 14 ống
4.2.4.1 Tính toán thiết bị nấu hoa
- Dịch sau nấu hoa có thể tích: 12828 (lít) 12,83 (m 3 )
- Quá trình đun hoa thể tích dịch giảm 10% do nước bay hơi, thể tích dịch trước đun hoa:
Thể tích sử dụng của nồi là 70%, thể tích thực tế của nồi cần đạt là:
* Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy và đỉnh chóp làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau:
- Thể tích của nồ nấu hoa là:
- Tương tự cách tính như nồi hồ hoá và đường hoá ta có:
4.2.4.2 Tính bề mặt truyền nhiệt
- Tương tự cách tính như ở nồi hồ hoá và đường hoá ta có:
Qua trình lọc thì chất khô bị tổn hao mất 1 % nên lượng chất khô còn lại đưa vào nấu hoa là
- Lượng chất khô do malt mang vào
- Lượng chất khô do gạo mang vào
- Khối lượng dịch đưa vào nấu hoa: 14253 (kg)
- Hàm ẩm của dịch đường đưa vào nấu hoa
14253 90% a= + + Bằng cách tính tương tự ta có bảng sau: t1
- Chọn hệ số an toàn là 1,2 nên diện tích truyền nhiệt cần là
Diện tích tính Hệ số an toàn Diện tích thực tế
*)Chọn thiết bị truyền nhiệt
- Chọn thiết bị truyền nhiệt dạng ống trùm với:
+ Ống truyền nhiệt có đường kính là : 50mm
+ Số hình lục giác là: 4
+ Chiều cao của chùm ống là: h= l (m)
→ Tra bảng V.11 – Tr48 – sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất – tập 2 ta có:
Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh
T.số ống không kể các ống trong các hình viên phân
- Diện tích truyền nhiệt các ống trong :
Trong đó thì: d: đường kính ống (m) l: Chiều dài ống (m)
- Đường kính của thiết bị gia nhiệt:
Với : t: khoảng cách giữa tâm hai ống t = (1,2 ÷ 1,5)d.→ chọn t = 1,5d b: số ống bố trí trên đường xuyên tâm của hình lục giác
- Diện tích truyền nhiệt lớp vỏ ngoài
Thùng lắng xoáy là một khối trụ rỗng có đáy dốc nhỏ 2%, được thiết kế với đáy hình đỉnh chóp làm bằng Inox; đường bơm dịch vào đặt ở độ cao bằng 1/3 chiều cao khối dịch tính từ đáy, nhằm đảm bảo tạo dòng xoáy tối ưu và hạn chế việc hòa tan oxy vào dịch; dịch được lấy ra qua lỗ đặt sát thành nồi ở phía dốc nhất.
- Lượng dịch đường đưa vào lắng xoáy ở một mẻ nấu là : 12828 lít
- Hệ số sử dụng là 70%.Thể tích thực của thùng lắng xoáy là :
- Thể tích thùng lắng xoáy tính theo công thức :
→ Chọn : H = 1,2D ( chiều cao phần trụ ) h2 = 0,15D ( chiều cao phần đỉnh )
Thay các giá trị trên vào công thức ta có :
4.2.6.1 Tính và chọn thiết bị
Thiết bị làm lạnh dạng tấm bản được chế tạo từ các tấm bản dạng sóng bằng thép không gỉ, hình chữ nhật mỏng ghép lại với nhau và có tai ở bốn góc Khi ghép lại, chúng tạo thành bốn mương dẫn: đường vào, đường ra, tác nhân lạnh vào và tác nhân lạnh ra, giúp dòng chất làm lạnh được phân phối đồng đều Máy làm lạnh vận hành qua hai cấp, mang lại hiệu quả làm lạnh cao và ổn định cho hệ thống.
- Lượng dịch cần làm lạnh là:12057 (lít) = 12,06 (m 3 )
- Khối lượng dịch cần làm lạnh là:
4.2.6.2 Tính bề mặt truyền nhiệt của máy lạnh
Máy lạnh được chia làm 2 cấp nên ta có: F = F1 + F2
Tính tương tự ta có:
- Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt của máy làm lạnh nhanh là
- Năng xuất làm lạnh là
Vậy chọn máy làm lạnh với thông số:
- Bề mặt truyền nhệt cấp 1: 8 (m 2 )
- Bề mặt truyền nhiệt cấp 2: 18 (m 2 )
- Kích thước máy lạnh: 1000 x 500 x 1000 mm
Thùng đun nước nóng được sử dụng để cung cấp nước cho quá trình rửa bã, đồng thời đưa nước vào nồi hồ hoá và nồi đường hoá để vệ sinh thiết bị trong phân xưởng sản xuất.
- Lượng nước cần cho quá trình rửa bã là: 5956 (lít/mẻ)
- Lượng nước cho vào nồi hồ hoá: 4930 (lít/mẻ)
- Lượng nước cho vào nồi đường hoá: 4516 (lít/mẻ)
Trong phân xưởng, lượng nước vệ sinh thiết bị được tính cho các thiết bị tiêu thụ nước nhiều nhất, như nồi hồ hoá, nồi đường hoá, thùng lọc và nồi nấu hoa Lượng nước rửa cho mỗi nồi được xác định dựa trên chu trình làm sạch, dung tích và yêu cầu vệ sinh của từng thiết bị, nhằm tối ưu hoá tiêu thụ nước và đảm bảo hiệu quả làm sạch Việc ước lượng này giúp quản lý nước sạch và tiết kiệm nguồn lực trong quá trình vận hành.
400 lít nên lượng nước vệ sinh thiết bị là:
- Vậy lượng nước cần đun là:
- Chọn thiết bị đun nước nóng có dạng thân trụ, đáy và đỉnh chóp Kích thước như sau:
- Hệ số sử dụng thiết bị là 80% nên thể tích thực của thiết bị là
- Thể tích thiết bị tính theo công thức:
→ = → - Vậy chọn thiết bị đun nước nóng với các thông số sau:
Hệ thống CIP của phân xưởng nâu gồm 3 thùng :
+ Một thùng chứa nước nóng
+ Một thùng chứa xút ( NaOH )
+ Một thùng chứa chất sát trùng ( P3 Oxonia )
Các thùng làm việc ở chế độ không áp lực, toàn bộ được chế tạo bằng inox Thiết kế của thiết bị là dạng thân hình trụ, đáy và nắp hình chỏm cầu, tích hợp van vào ra của dịch, cửa vệ sinh và hệ thống đưa hoá chất vào bên trong Các thông số kích thước gồm đường kính D, chiều cao phần trụ H = 1,2D và chiều cao phần đáy h1 = h2 = 0,1D.
Đối với mỗi mẻ nấu, lượng chất lỏng dùng cho CIP được xác định ở mức 5% và nhân với hệ số sử dụng 0,8 Ở phân xưởng nấu, thể tích của nồi nấu hoa là lớn nhất, nên việc tính toán lượng chất lỏng cho CIP được thực hiện theo thể tích của nồi nấu hoa.
- Thể tích của mỗi thùng CIP là
Ta có: tru dinh day
4.3 Chọn thiết bị phân xưởng lên men
Gồm: thùng nhân giống cấp 1
Thùng nhân giống cấp 2 Thùng rửa men sữa Thùng hoạt hoá men sữa Tank lên men
Máy lọc đĩa Tank bão hoà CO2
Hệ thống thùng CIP phân xưởng lân men.
Trong công nghệ sản xuất bia tại phân xưởng, quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện đồng thời trong cùng một thiết bị gọi là tank lên men Tank lên men được thiết kế để chứa toàn bộ dịch lên men trong những ngày sản xuất cao điểm nhất.
- Lượng dịch đưa vào lên men trong một ngày cao điểm nhất là
- Thể tích men giống cho vào là
- Tổng lượng dịch đưa vào tank lên men là
*) Chọn tank lên men có cấu tạo thân trụ, đáy côn, đỉnh cầu với: Đường kính: D (m)
Chiều cao chỏm cầu: h4 = 0,15D (m) Đáy côn có góc là 60 0 C
Hệ số sử dụng là 70%
- Vậy thể tích thực của tank lên men là
→ → - Vậy ta có các thông số của tank lên men như sau:
Thể tích dịch đưa vào tank
- Thời gian lên men chính là: 7 ngày
- Thời gian lên men phụ là: 10 ngày
- Số tank dự trữ là: 1 tank
→ Tổng số tank là: 18 tank
*) Ta chọn tank lên men
Chọn tank lên men chế tạo từ inox dày 3 mm, riêng vành đỡ tank làm bằng thép CT3; tank làm việc ở áp suất dưới 1,2 bar và áp suất thử của áo lạnh glycol của tank là 6 bar; diện tích truyền nhiệt phải đảm bảo hạ 12°C trong 24 giờ; tank có dạng thân trụ, đáy côn, nắp chỏm cầu; toàn bộ thùng được đặt trên bệ bê tông ngoài trời, cách mặt đất 1,4 m; mỗi tank được trang bị hệ thống làm lạnh, lớp bảo ôn dày 150 mm, riêng phần chỏm cầu và cửa vệ sinh không cần bảo ôn, vật liệu bảo ôn là polyurethane, có các rơ le nhiệt tự động, rơ le áp, van lấy mẫu, van an toàn, đồng hồ đo áp lực, đồng hồ đo nhiệt độ, hệ thống CIP, hệ thống thu hồi CO2, van xả đáy; diện tích làm lạnh của tank lên men cần 1–1,5 m2/m3 dịch; vậy diện tích truyền nhiệt cho mỗi tank là 1,25 × 53,38 = 66,69 m2.
Diện tích truyền nhiệt được chia làm 3 khoang;
Chọn thùng nhân giống cấp 2 có cấu tạo thân trụ đáy côn, đỉnh chỏm cầu Với: Đường kính là D
Chiều cao phần côn là h1: h1 =0,2D (m)
Chiều cao phần nắp là h2: h2 =0,1D (m)
Hệ số sử dụng thùnglà : 80%
- Ta biết lượng men giống cấp vào tank lên men bằng 10% lượng dịch đưa vào lên men nên:
+ Thể tích thực tế của thùng nhân giống cấp 2 là
- Ta có: V thung =V tru +V day +V dinh
Vì diện tích đáy và đỉnh nhổ nên ta coi như:
* Chọn thùng nhân giống câp 2 có các đặc tính sau :
Thiết bị men giống cấp 2 được chế tạo từ thùng hình trụ, đáy côn, đỉnh cầu bằng inox dày 10 mm, kèm lớp áo lạnh và lớp bảo ôn dày 90 mm để tối ưu cách nhiệt Nó được trang bị hệ thống sục khí, van an toàn, nhiệt kế và kính quan sát, bảo đảm vận hành an toàn và dễ dàng theo dõi quá trình Làm việc ở chế độ không có áp lực với tốc độ gia nhiệt khối dịch từ 1–1,5°C/phút, giúp quá trình gia nhiệt diễn ra đồng đều và kiểm soát được chất lượng.
Diện tích làm lạnh cần 1-1,5m 2 /m 3 dịch men giống Vậy bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết là : 1,5 x 4,85 x 10% = 7,28m 3
Trong chu trình nhân giống, lượng men ở thùng cấp 1 bằng 1/10 lượng men ở thùng cấp 2 và thùng cấp 2 có hệ số sử dụng 80% Với thùng cấp 2 có thể tích là V2, lượng men dành cho thùng cấp 1 sẽ bằng 1/10 lượng men ở thùng cấp 2 đang hoạt động ở 80% công suất, nên thùng cấp 1 có thể tích là V1 = (1/10) × (0.8 × V2) = 0.08 × V2 Như vậy thùng cấp 1 có thể tích bằng 0.08 lần thể tích thùng cấp 2, đảm bảo tỉ lệ inoculum và hiệu suất sử dụng thùng được duy trì.