lập trình điều khiển tự động cho máy bốc ghép bia dùng S7-300, chương 2 docx

tuy vậy cho đến nay bia trên thế giới được sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển BIA = MALT ĐẠI MẠCH +HOA HOUBLON +NƯỚC Ở các cơ sở sản xuất bia lớn trong nước ta hầu hết các nguyên liệ

Chương 2: TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN

XUẤT BIA

Bia dược sản xuất từ những nguyên liệu là Malt Đại Mạch, hoa Houblon và nước Ngoài ra có thể thay thế Malt Đại Mạch bằng nguyên liệu phụ như bột mì, gạo ngô hay MALT chưa nảy mầm tuy vậy cho đến nay bia trên thế giới được sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển

BIA = MALT ĐẠI MẠCH +HOA HOUBLON +NƯỚC

Ở các cơ sở sản xuất bia lớn trong nước ta hầu hết các nguyên liệu được nhập từ nước ngoài chủ yếu là MALT ĐẠI MẠCH và hoa HUOBLON

Chương này giới thiệu tổng thể về qui trình công nghệ sản xuất bia của nhà máy, cũng như các nguyên lý hoạt động của từng thiết bị máy móc Trên cơ sở công nghệ, bố trí thiết bị và nguyên

lý hoạt động sẽ thực hiện việc thiết kế chương trình cho hệ thống máy bốc gắp bia

I.2.1 Tổng quan

Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia:

Nghiền thô Nghiền thô

Nguyên liệu Gạo

Nguyên

liệu Malt

Sàn rung Hút bụi Sàn rung

Nghiền tinh Nghiền tinh

Thùng chứa

Bơm đẩy Nước phối trộn

Nấu malt Nấu gạo

Khuấy trộn

và lọc bả Chứa hèm

Bả hèm

Chứa trung gian

Hoa ,Houblon, màu

Ủ men

Glycol lạnh -40 0 C Cấy men

Lọc thô

Lọc tinh

Phối trộn nước Del

Nước Del

CO 2

Hương vị

Bơm bia lọc cặn

Soi đèn 2

Dán nhãn

In Date Rửa chai

Hình I.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiền

I.2.2 Nhà nghiền

Nhà nghiền thực hiện hai công đoạn nghiền gạo và malt, nó bao gồm hai tank lớn dự trữ nguyên liệu và hai vít tải đứng .Nghiền gạo là dùng nghiền búa đập nát gạo Nghiền malt thì dùng Lulo với kích cở có thể chỉnh được để điều chỉnh độ mịn của malt

ở đầu ra Gạo cũng như malt ban đầu được duy chuyển nhờ hai vít tải đứng đưa đến thiết bị sàn tạp chất Sau đó tiếp tục duy chuyển bằng vít tải đưa lên cao và cho vào thiết bị nghiền Sau khi đã được nghiền đạt tiêu chuẩn thì được duy chuyển đến thùng chứa bằng gầu tải Ở đó chờ lệnh để duy chuyển qua khu vực nấu

Sơ đồ thiết bị nhà nghiền:

Hình I.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiền

Bên trong mỗi tank đều có hai cảm biến để báo mức nguyên liệu (mức cao nhất và thấp nhất ) Máy nghiền gạo gồm có một động cơ xoay chiều công suất 11kw (trạng thái hoạt động của động cơ được giám sát bằng một cảm biến S1).Máy nghiền malt gồm một động cơ 5,5kw điều khiển hai lô nghiền Các van trong hình vẽ đóng mở nhờ lực khí nén được điều khiển bằng tín hiệu điện

Trước khi thực hiện công đoạn nghiền, gạo và malt được sàn

kỹ bằng máy sàn trước khi cho vào hai tank dự trữ, nhằm loại bỏ các vật liệu cứng như cát, sạn

Quy trình thực hiện tại nhà nghiền như sau (thực hiện khi nguyên liệu đầy đủ trong các thùng):

1 Nghiền gạo (Van V2, V7 đóng)

- Cảm biến mức trong thùng chứa gạo sẽ báo mức gạo, nếu mức gạo trong thùng nằm trong phạm vi cho phép thì hệ thống làm việc (nếu không đủ lượng gạo băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)

- Van V3 đóng van V1 mở, gạo sẽ vào cân nếu khối lượng gạo đạt mức yêu cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động Đồng thời van V4 mở để cho nước trộn cùng với gạo

- Van V6 mở (van V7 đóng) máy bơm M2 sẽ đẩy nguyên liệu sang nồi nấu gạo

2 Nghiền malt (Van V1, V6 đóng)

- Cảm biến mức trong thùng chứa malt sẽ báo mức malt, nếu mức malt trong thùng nằm trong phạm vi cho phép thì hệ thống làm việc (nếu không đủ lượng malt băng tải liệu hoạt động

để cấp liệu)

- Van V3 đóng van V2 mở, malt sẽ vào cân nếu khối lượng malt đạt mức yêu cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động Đồng thời van V4 mở để cho nước trộn cùng với malt

- Van V7 mở (van V6 đóng) máy bơm M2 sẽ đẩy nguyên liệu sang nồi nấu malt

3 Làm vệ sinh

Quá trình làm vệ sinh máy thực hiện khi kết thúc một mẻ nấu, công đoạn làm vệ sinh được tiến hành như sau:

- Máy ngừng hoạt động, các van V1, V2, V3, V4 đóng

- Van V5 mở để cho dịch CIP vào trong máy nghiền (hai lô nghiền) làm vệ sinh Dịch CIP chính là dung dịch sút (NaOH) nồng độ loãng có tác dụng tẩy rửa

- Van V6, V 7 mở và bơm M2 hoạt động để bơm dịch CIP sang hai tank nấu gạo và malt, thực hiện làm vệ sinh nhà nấu

Quá trình nghiền gạo và malt được thực hiện riêng biệt, sau khi nghiền gạo hoàn thành thì mới nghiền malt hay ngược lại

I.2.3 Nhà nấu

Nhà nấu gồm có hai tank lớn, trong đó một tank để nấu gạo

và một tank để nấu malt Gạo và malt từ nhà nghiền sẽ được đưa

đến hai tank này có pha trộn với nước nhờ bơm M2, quá trình bơm nhiên liệu kết thúc khi cảm biến báo mức đầy trong tank có tín hiệu Nhiệt để cung cấp cho nhà nấu là hơi nước nóng được gia nhiệt tại khu vực cung cấp nhiệt và CO2 Quá trình nấu được diễn

ra trong một thời gian nhất định, nguyên liệu sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ không đổi và được duy trì nhiệt độ này trong thời gian nhất định

Quy trình nấu đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật về thông số nhiệt độ

là rất cao, độ chính xác nhiệt độ trong tank nấu là yếu tố góp phần quyết định chất lượng sản phẩm bia

Quá trình trao đổi nhiệt nhờ hệ thống ống dẫn hơi nước nóng, nguyên liệu đi từ trên xuống và hơi nước nóng đi theo chiều ngược lại từ dưới lên (xem hình vẽ)

Hình I.4: Quá trình trao đổi nhiệt ở tank nấu Quá trình tao đổi nhiệt diễn ra như sau:

- Nguyên liệu từ nhà nghiền đưa sang tank nấu nhờ bơm M2 Nguyên liệu đi từ trên xuống, hơi nước nóng ( như hình vẽ ) cung cấp nhiệt cho nguyên liệu

- Nguyên liệu sẽ được duy trì ở mức nhiệt độ không đổi trong thời gian nhất định và sau đó sẽ tháo ở đường nguyên liệu ra (hình vẽ)

- Hơi nước nóng sau khi trao đổi nhiệt sẽ ngưng tụ và được đưa trả về nơi gia nhiệt

- Sau khi tháo hết nguyên liệu, tank nấu sẽ được làm sạch

Hơi nước

nóng vào

Hơi nước ra

Nguyên liệu vào

Nguyên liệu ra

Sơ đồ nguyên lý của tank nấu như sau:

Hình I.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tank nấu

Các thiết bị trong tank nấu :

- Hai cảm biến báo mức L1, L2 ( mức thấp và mức cao)

- Ba cặp nhiệt TC1, TC2, TC3 (cặp nhiệt Pt100 cùng với

có bộ transmitter của Siemens TK/TK-H)

- Có 5 van tiết lưu V8,V9,V10,V11 ,V12

- Một môtơ bơm M3

- Một nhiệt kế báo nhiệt độ hơi nước nóng

Nguyên lý hoạt động như sau:

Hoạt động đồng bộ cùng với quá trình nghiền, khi bắt đầu nghiền lò sẽ được gia nhiệt Nguyên liệu từ nhà nghiền sẽ được bơm M2 chuyển sang, khi nguyên liệu vượt quá mức thấp thì lò bắt đầu hoạt động Van V8 mở để tăng lượng nước vào tank lượng nước và nguyên liệu sẽ được pha trộn theo đúng tỷ lệ đã quy định.Thì van V12 mở hơi nước nóng theo hệ thống ống đi vào tank, quá trình gia nhiệt bắt đầu Cho đến khi nguyên liệu vào đầy tank, cảm biến báo mức cao L1 có tín hiệu thì sẽ tạm dừng hoạt động nghiền nguyên liệu cần nấu và sẽ chuyển sang nghiền nguyên liệu khác, bơm M2 (bơm nguyên liệu từ nhà nghiền ) dừng hoạt động đồng thời van V9 đóng Quá trình nấu bắt đầu, hơi nước nóng cung cấp nhiệt cho nhà nấu Các cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ đo (các thông số nhiệt độ và khối lượng được thể hiện trên panel điều khiển )

Nhiệt độ trong tank nấu, có ba cảm biến nhiệt độ để tổng hợp nhiệt

độ từ tank nấu nhằm tăng sự đồng đều nhiệt độ trong tank Quá

trình nấu kết thúc, van V12 đóng, van V10 mở đồng thời bơm M3 hoạt động để tháo nguyên liệu

Quá trình làm vệ sinh tank nấu tiến hành sau:

Khi kết thúc quá trình tháo nguyên liệu, tất cả các van sẽ đóng Quá trình làm vệ sinh này tiến hành cùng với nhà nghiền, dịch CIP từ nhà nghiền theo van V9 chảy vào tank để làm vệ sinh tank Đồng thời van V11 mở để tháo dịch CIP ra khỏi tank Sau

đó, van V8 mở để cho nước sạch chảy vào làm sạch dịch CIP còn lại trong tank Van V11 mở để tháo sạch các chất còn lại trong tank

Tại nhà nấu có ba tank nấu, trong đó có hai tank nấu hoạt động giống hệt nhau là tank nấu gạo và malt Một tank còn lại là nấu houblon để cung cấp dịch cho nhà lọc và đồng thời trộn với nguyên liệu sau khi nấu nhằm tạo hương vị và màu cho bia Nguyên lý hoạt động của tank này cũng tương tự như trên Tuy nhiên kích thước của tank này là không lớn, cho nên nó chỉ sử dụng một cảm biến đo nhiệt độ

Sau khi nấu xong, nguyên liệu gạo và malt sẽ được các bơm chuyển sang bộ phận lọc để loại bỏ bã nguyên liệu Bộ phận lọc này có nhiệm xới trộn hai nguyên liệu trên lại với nhau trước khi lọc Kết thúc quá trình lọc sẽ được dịch gạo và malt Dịch gạo và malt tiếp tục chuyển đến tank trộn cùng với houblon để tạo hương

vị bia chuẩn bị lên men Ngoài ra khu vực nấu còn có một tank

trung gian phòng khi sự cố nồi nấu thì có thể nồi còn lại nấu xong chuyển đến nồi trung gian chứa Sau đó cho nguyên liệu còn lại vào tank để nấu tiếp Nấu xong thì trộn hai nguyên liệu vào nồi lọc

để tiến hành lọc bả và nước dịch

Sơ đồ hoạt động của khâu trộn màu và houlon như sau:

Hình I.6: Nguyên lý hoạt động của khâu trộn Các thiết bị tank trộn:

- Các van V13, V14, V15

- Bơm M4, M5

- Cảm biến báo mức L3

Nguyên lý hoạt động:

- Van V13, V14 ( van V15 đóng ) đồng thời mở cảm biến báo mức thấp L3 có tín hiệu, động cơ M4 quay tốc độ chậm cho đến khi nguyên liệu vào đầy Cảm biến báo mức cao L4 có tín hiệu van V13, V14 đóng đồng thời động cơ M4 chuyển sang chế

độ quay nhanh sau thời gian định trước Sau thời gian này, động cơ M4 chuyển sang chế độ quay chậm van V15 mở, bơm M5 hoạt động chuyển dịch sang nhà lên men Kết thúc chu kỳ trộn