Nghiên cứu đánh giá các thông số vận hành của hệ thống tiết kiệm năng lượng trong nhà nấu tại nhà máy bia sài gòn hà nội

Trong đó hệ thống tiết kiệm năng lượng cho quá trình nấu đang là một mô hình được các nhà máy bia xem xét và sử dụng với những ưu điểm vượt trội mà nó đem lại về khả năng tiết kiệm năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN HUY BẢO

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG NHÀ NẤU TẠI NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TỪ VIỆT PHÚ

Hà Nội – Năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Từ Việt Phú, đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo, động viên trong suốt quá trình học tập nghiên cứu, hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ nhân viên của Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Viện Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa học thạc sĩ của trường

Em xin cảm ơn ban lãnh đạo, các anh chị Phòng Kỹ thuật, Phòng KCS và Phòng Thống kê của Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội đã hết lòng giúp đỡ

Với kiến thức còn hạn chế, em mong được sự đóng góp chân thành từ các thầy cô

để em có thể hoàn thiện được nghiên cứu của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là hoàn toàn trung thực, chưa từng được ai sử dụng để công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận án đã được ghi rõ nguồn gốc

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới 2

1.2 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp bia tại Việt Nam 3

1.3 Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội 5

1.3.1 Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy 6

1.3.1.1 Thuyết minh quy trình công nghệ 6

1.3.1.2 Quá trình nấu 8

1.3.1.3 Quá trình lên men 12

1.3.1.4 Quá trình lọc và bão hòa khí CO2 14

1.3.1.5 Quá trình chiết 15

1.3.2 Tình hình tiêu thụ năng lựơng trong nhà máy bia 16

1.4 Biện pháp tiết kiệm năng lượng tại nồi sôi hoa 18

1.4.1 Nguyên lý hoạt động 18

1.4.2 Các thông số thiết bị của hệ thống 21

1.5 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch đường 23

1.5.1 Vai trò nhiệm vụ của nồi nấu hoa 23

1.5.2 Các tác động lên quá trình đun sôi dịch đường 23

1.6 Mục tiêu nghiên cứu 24

CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Nguyên vật liệu 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.2.1 Phân tích hóa lý và cảm quan 27

2.2.2 Phân tích số liệu 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Khảo sát chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm trên 2 mô hình không và có sử dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng 29

3.1.1 Kết quả khảo sát chất lượng dịch đường trên 2 mô hình không và có sử dụng hệ thông tiết kiệm năng lượng 29

3.1.2 Kết quả khảo sát chất lượng bia thành phẩm trên 2 mô hình không và có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng 30

3.1.3 Thảo luận kết quả phân tích chất lượng dịch đường và bia trên 2 mô hình không và có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng 31

3.2 Đánh giá độ ổn định của các thông số chất lượng của bia thành phẩm và dịch đường trên hệ thống tiết kiệm năng lượng 32

3.2.1 Kết quả phân tích trên các chỉ tiêu của dịch đường và bia thành phẩm 32

3.2.1.1 Kết quả phân tích dịch đường trên 145 mẻ nấu 32

3.2.1.2 Kết quả phân tích bia thành phẩm trên 58 lô 38

3.2.2 Thảo luận 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 56

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy 7

Hình 1.2: Tỷ lệ nhiệt tổn thất bốc hơi do các nồi 17

Hình 1.3: Giản đồ nấu bia Sài Gòn Special không áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng 19

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý thu hồi lượng nhiệt bay hơi để gia nhiệt nước 20

Hình 1.5: Giản đồ nấu bia Sài Gòn Special có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng 21 Hình 3.1: Đồ thị theo dõi chỉ số pH trên 145 mẻ nấu 33

Hình 3.2: Biểu đồ hộp của các mẻ trên chỉ tiêu pH 33

Hình 3.3: Đồ thị theo dõi chỉ số độ đục trên 145 mẻ nấu 34

Hình 3.4: Biểu đồ hộp của các mẻ trên chỉ tiêu độ đục 35

Hình 3.5: Đồ thị theo dõi độ hòa tan của 145 mẻ nấu 36

Hình 3.6: Biểu đồ hộp của các mẻ trên chỉ tiêu độ hòa tan 36

Hình 3.7: Đồ thị theo dõi độ màu của dịch đường qua 145 mẻ nấu 37

Hình 3.8: Biểu đồ hộp của các mẻ trên độ màu 38

Hình 3.9: Đồ thị theo dõi độ cồn của 58 lô bia thành phẩm 39

Hình 3.10: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ cồn 39

Hình 3.11: Đồ thị theo dõi chất khô biểu kiến của 58 lô bia thành phẩm 40

Hình 3.12: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu chất khô biểu kiến 41

Hình 3.13: Đồ thị theo dõi chất khô nguyên thủy của 58 lô bia thành phẩm 42

Hình 3.14: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu chất khô nguyên thủy 42

Hình 3.15: Đồ thị theo dõi lượng CO2 hòa tan của 58 lô bia thành phẩm 43

Hình 3.16: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu lượng CO2 hòa tan 44

Hình 3.17: Đồ thị theo dõi độ màu của 58 lô bia thành phẩm 45

Hình 3.18: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ màu 45

Hình 3.19: Đồ thị theo dõi độ trong của 58 lô bia thành phẩm 46

Hình 3.20: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ trong 47

Hình 3.21: Đồ thị theo dõi lượng khí air của bia thành phẩm trên 58 lô bia thành phẩm 48

Hình 3.22: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu lượng khí air 48

Hình 3.23: Đồ thị theo dõi chỉ tiêu cảm quan trên 58 lô bia thành phẩm 49

Hình 3.24: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu cảm quan 50

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Lượng bia tiêu thụ và sản xuất theo quốc gia năm 2014 3 Bảng 2.1: Bảng tiêu chuẩn các phương pháp phân tích 28 Bảng 3.1: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu hóa lý của 2 mô hình có và không áp dụng hệ thống TKNL 29 Bảng 3.2: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu chất lượng trên bia thành phẩm của mô hình có và không áp dụng hệ thống TKNL 30

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm vừa qua, thị trường bia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang ngày càng phát triển do nhu cầu sử dụng bia của con người ngày càng tăng Tính đến năm 2015, lượng tiêu thụ bia của Việt nam đạt 3.4 tỷ lít tăng 41% so với năm

2010 Nhu cầu này đòi hỏi các nhà máy bia phải tăng năng suất để đáp ứng Đi kèm với việc tăng năng suất là vấn đề tiêu thụ năng lượng như điện, hơi nước, nhiên liệu và nước Trong bối cảnh hội nhập kinh tế, để cạnh tranh với các hãng bia lớn trên thế giới

và đối mặt với sự biến động giá cả của thị trường năng lượng, vấn đề về tiết kiệm năng lượng trở nên cấp thiết, đòi hỏi phải phải áp dụng các công nghệ và thiết bị nhằm giảm bớt tiêu hao năng lượng nhưng vẫn phải giữ được chất lượng sản phẩm tốt nhất

Hiện nay, rất nhiều phương thức tiết kiệm năng lượng đã được áp dụng tại các nhà máy bia tập trung chủ yếu vào những công đoạn như quá trình nấu, làm lạnh, thanh trùng và quá trình CIP Trong đó hệ thống tiết kiệm năng lượng cho quá trình nấu đang

là một mô hình được các nhà máy bia xem xét và sử dụng với những ưu điểm vượt trội

mà nó đem lại về khả năng tiết kiệm năng lượng cũng như chi phí Mô hình này tận dụng lượng hơi thải ra từ quá trình nấu – cụ thể là nồi nấu hoa, sau quá trình thu hồi, lượng hơi này sẽ được tận dụng để tái sự dụng cho quá trình nấu như là dùng hơi gia nhiệt cho nước hay quay về để gia nhiệt cho nồi nấu hoa Tuy nhiên, các nghiên cứu khảo sát và đánh giá các thông số hoạt động của hệ thống tiết kiệm năng lượng tới các thông số chất lượng dịch đường nói riêng và bia thành phẩm nói chung vẫn chưa được thực hiện Do vậy, đây chính là định hướng để tiến hành khảo sát, đánh giá sự ổn định của các chỉ tiêu chất lượng của dịch đường cũng như bia thành phẩm sau quá trình áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng

Chính vì vậy, chúng tôi thực hiện luận văn với nội dung: “Nghiên cứu đánh giá các thông số vận hành của hệ thống tiết kiệm năng lƣợng trong nhà nấu tại Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội”, với mong muốn khảo sát sự thay đổi các chỉ tiêu chất

lượng của dịch đường cũng như của bia thành phẩm nhằm đánh giá tính hiệu quả của

hệ thống tiết kiệm năng lượng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới

Bia là loại đồ uống có lịch sử hình thành lâu đời nhất trên thế giới Người ta tìm thấy nhiều bằng chứng về sự xuất hiện của bia trên toàn thế giới có thể kể đến như là trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà khoảng 6000 năm TCN, trong các tài liệu về người Summer, hay sự xuất hiện của bia làm từ ngũ cốc nãy mầm do người Sumérien

và Assyrien tạo ra (Arnold, John P (2005)) Và theo một vài tài liệu thì bia lúa mạch

đã có mặt vào khoảng 3500 năm TCN tại Godin Tepei gần dãy Zagros (John, N.W (1992) Cho đến cuối thế kỷ 19, các mô hình sản xuất bia thủ công được công nghiệp hoá, việc sản xuất nhỏ lẻ dần bị thu hẹp lại và chính từ giai đoạn này - sau khi các nghiên cứu về bia của Louis Pasteur được công bố, ngành khoa học nghiên cứu về bia được phát triển trên toàn thế giới Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuât, rất nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới đã góp phần không nhỏ cho sự phát triển của ngành công nghiệp bia Ngày nay, bia trở thành một lại thức uống không thể thiếu trong đời sống của con người bởi các giá trị dinh dưỡng và chất lượng của nó đem lại Năm 1040, nhà máy bia đầu tiên được xây dựng tại Đức và ngay sau đó, bia trở thành sản phẩm được ưa chuộng tại các nước như Tiệp Khắc, Đan Mạch, Pháp… Ngày nay, ngành công nghiệp bia phát triển nhanh, đem lại nguồn thu nhập tương đối cao cho ngành kinh doanh bia và các dịch vụ đi kèm

Theo báo cáo của Kirin Beer, lượng bia sản xuất năm 2014 đạt 1910 triệu hecto lít trong đó thì tổng khối lượng sản xuất của toàn châu Á chiếm 33.9% và ở châu Âu chiếm 27% Châu Á là khu vực có ngành công nghiệp bia phát triển chậm hơn châu

Âu, tuy nhiên với số lượng dân cư lớn và thị trường trẻ nên có mức tiêu thụ và sản xuất bia nhiều Trong đó thì có Trung Quốc (450 triệu hl) với mức tăng trưởng về sản xuất đứng thứ nhất bên cạnh các nước Mỹ (225 triệu hl), Brazin (141 triệu hl), Đức (96 triệu hl) và Mexico (82 triệu hl) (Kirin Beer 2014)

Tổng lượng tiêu thụ bia năm 2014 trên toàn thế giới đạt 1890.6 triệu hector lít tăng 0.4% so với năm 2013 Lượng tiêu thụ bia trên thế giới vẫn có xu hướng tăng đều

và châu Á chiếm 34% trong lượng tiêu thụ toàn cầu kế đến là châu Âu với 27% Dẫn đầu trong các nước có mức tiêu thụ bia lớn nhất là Trung Quốc (448 530 nghìn hl), tiếp đến Mỹ (241 720 nghìn hl), Brazil (131 460 nghìn hl), Nga (100 120 nghìn hl) và Đức (84 410 nghìn hl) Bên cạnh đó, lượng bia tiêu thụ tính trên đầu người cao nhất là Cộng Hòa Séc với mức tiêu thụ là 142.6 lít và mức tiêu thụ này đã duy trì trong vòng 22 năm tính đến 2014 Trong số 35 nước được đánh giá mức tiêu thụ bia theo đầu người thì phần đông là các nước đang phát triển với hơn 19 nước có mức tiêu thụ tăng hơn so với

2013

1.2 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp bia tại Việt Nam

Theo số liệu của Vietinbank năm 2013, sản phẩm bia chiếm 99.17% tổng sản lượng đồ uống có cồn tại Việt Nam Ngành công nghiệp Bia Việt Nam có tốc độ tăng trưởng cao, sản lượng và doanh số tiêu thụ trong giai đoạn 2009 – 2013 đạt lần lượt là 14.81% và 5.48% (Nguyễn Thị Hằng (2014))

Bảng 1.1: Lượng bia tiêu thụ và sản xuất theo quốc gia năm 2014

Đến năm 2014, mức tiêu thụ bia của Việt Nam đã nằm trong tốp 11 nước có mức tiêu thụ bia hàng đầu trên thế giới, sản lượng bia Việt cũng nằm trong tốp 10 nước có sản lượng lớn nhất (Kirin Beer 2014) Về các sản phẩm bia được tiêu thụ trong thị trường Việt Nam, bia chai chiếm thị phần lớn nhất với 52%, kế đến là bia lon (35.5%)

và bia hơi (12.5%)

Theo điều tra của Euromonitor International, hiện có khoảng 150 doanh nghiệp sản xuất bia với 3 ông lớn của ngành bia dẫn đầu là Tổng Công ty CP Bia Rượu Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco) – 47.5%, xếp thứ 2 là công ty TNHH Nhà máy bia VIệt Nam VBL – 17.5% và thứ 3 là Tổng Công ty CP Bia Rượu Nước giải khát Hà Nội (Habeco) – 17.3% Năm 2010, Sabeco đã được xếp hạng thứ 21 trong số các doanh nghiệp sản xuất bia hàng đầu trên thế giới và đứng top 3 nhà sản xuất bia Đông Nam Á (Euromonitor (2013))

Bên cạnh đó theo Quyết định 3690 của Bộ Công Thương về “Phê duyệt quy hoạch phát triển ngành bia, rượu, nước giải khát việt nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, mục tiêu tổng quan của ngành là đẩy mạnh sự phát triển của ngành bia, rượu, nước giải khát với định hướng đa dạng hóa sản phẩm, đảm bảo tốt chất lượng và khả năng cạnh tranh trong quá trình hội nhập, mục tiêu cụ thể đối với ngành bia là sản lượng dự kiến các năm 2020 đạt 4.1 tỷ lít bia, năm 2025 là 4.5 tỷ lít bia và đến năm

2035 là 5.5 tỷ lít bia Hơn nữa các định hướng phát triển cụ thể của ngành bia là: giảm tiêu hao nguyên liệu, nhiên liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm và khuyến khích sản xuất các dòng bia không cồn, chất lượng cao để đẩy mạnh xuất khẩu

Thực tế cho thấy hiện tại ở nước ta có khá nhiều nhà máy bia lớn nhỏ được xây dựng mới và sự mở rộng của các nhà máy bia cũ nhằm nâng cao năng suất, đổi mới thiết bị Hơn nữa cũng có sự sát nhập của các nhà máy bia nhằm nới rộng thị trường như trường hợp của Huda và Carlsberg hay việc Masan mua lại Pybeco năm 2012, các

doanh nghiệp lớn mở rộng quy mô qua việc mua lại doanh nghiệp nhỏ, doanh nghiệp

có lợi thế tại thị trường địa phương

Thông qua việc phân tích đánh giá tổng quanh ngành bia trên thế giới và tại Việt Nam cho thấy rằng thị trường kinh doanh và sản xuất bia tại Việt Nam có tiềm năng rất lớn, đây sẽ là ngành công nghiệp đem lại lợi nhuận lớn cho nhà kinh doanh và các dịch

vụ đi kèm

1.3 Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội

Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội, một trong những nhà máy thành viên của Tổng Công ty … Bia rượu nước giải khát Sài Gòn, được thành lập vào ngày 6 tháng 7 năm

2007 Nhà máy hiện nay có công suất đạt 90 triệu lít/năm với những sản phẩm bia chính là: bia Sài Gòn Special lon, bia Sài Gòn Special chai lùn, bia Sài Gòn lon 333, bia chai Sài Gòn đỏ 355, bia chai 333, bia hơi Sài Gòn Special Keg 2 lít, Sài Gòn Premium Keg 2 lít

Năm 2008, nhà máy chính thức đi vào hoạt động và là một trong những nhà máy

có hệ thống trang thiết bị hiện đại tại Việt Nam Với sự đầu tư công nghệ, trang thiết bị phù hợp và luôn đặt mục tiêu tiết kiệm năng lượng trong sản xuất đã góp phần giảm đáng kể lượng năng lượng tiêu thụ của nhà máy Tính từ năm 2009 với những đề xuất

và cải tiến mới nhằm tối ưu nguồn năng lượng là tiết kiệm năng lượng tại nồi sôi hoa,

sử dụng biến tần cho các động cơ công suất cao, tận dụng nguồn biogas thải ra trong quá trình xử lý lò đốt hơi, thu hồi tái sử dụng lượng nước dư thừa…, nhà máy đã có những con số đáng kể trong giảm tải năng lượng cụ thể như mức tiêu thụ điện năm

2010 chỉ bằng 77% so với năm 2009, mức dầu giảm đến 19% và mức nước là 14% cho sản xuất 1000 lít bia

1.3.1 Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy

1.3.1.1 Thuyết minh quy trình công nghệ

Bia được sản xuất từ nguyên liệu chính là: malt, gạo, nước, hoa houblon, nấm men Ngoài ra còn một số nguyên liệu có thể được thêm vào để thay thế malt như: lúa

mì, ngô, gạo Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội được thể hiện trong sơ đồ 1 – 1 Quy trình sản xuất bia là một quy trình phức tạp gồm nhiều công đoạn Về tổng thể quy trình được chia ra 4 quá trình chính:

 Quá trình nấu

 Quá trình lên men

 Quá trình lọc và bão hòa khí CO2

 Quá trình chiết

Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy

1.3.1.2 Quá trình nấu

a) Nghiền gạo

Mục đích của quá trình nghiền gạo là dùng tác động cơ học nghiền hạt gạo thành dạng bột phá vỡ một phần cấu trúc màng tinh bột tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình

hồ hóa, dịch hóa, trích ly các chất hòa tan từ nguyên liệu

Quá trình này sử dụng máy nghiền búa đi kèm với hệ thống nhập liệu và hệ thống lấy liệu là các bang tải, gầu tải, silo chứa, hệ thống hút bụi Bên cạnh đó ở các hệ thống này còn có sang rung, bộ phận tách kim loại, sàng tách đá, máy nghiền, thùng chứa bột

Về quy trình của công đoạn nghiền gạo thì nguyên liệu được nhập vào kho đưa lên các silo chứa qua đường băng tải, sau đó từ silo chứa được đưa đến hệ thống nghiền, bụi được thải ra ngoài bằng hệ thống hút bụi Nguyên liệu được đưa qua bộ phận sàng rung để tách các tạp chất, qua bộ phận kim loại tách kim loại lẫn trong nguyên liệu Sau đó khi nguyên liệu được tách hết tạp chất được đưa đến máy nghiền, bột thành phẩm được đưa qua thùng chứa và thông qua hệ thống vít tải để vào nồi nấu

b) Nghiền malt

Mục đích của quá trình là thông qua phương pháp nghiền malt khô làm cho malt lót được tạo thành hạt có độ xốp để làm lớp lót cho nồi hồ hóa, phương pháp nghiền malt ướt áp dụng cho lượng malt còn lại

Quá trình sử dụng hệ thống máy nghiền malt khô và nghiền malt ướt đi kèm với 2 thiết bị là hệ thống nhập liệu và hệ thống lấy liệu gồm băng tải, gầu tải, silo chứa malt,

hệ thống hút bụi, máy sàng, máy rung, máy tách kim loại và cân khối lượng

Malt được đưa liên tục vào máy nghiền từ silo chứa thông qua hệ thống băng tải đến gầu tải qua máy sàng rung, sàng loại bỏ những hạt malt không đạt yêu cầu và phần rác thải lớn nằm trên sàng và được loại ra ngoài, còn malt tiêu chuẩn được đưa qua hệ

thống máy tách đất và tách kim loại, sau đó qua cân khối lượng và chia làm 2 phần: một phần vào máy nghiền malt lót (máy nghiền khô) phần còn lại đưa vào hệ thống máy nghiền malt ướt

 Tiếp tục bổ sung nước ở 25oC kết hợp với gạo Tỷ lệ gạo: nước = 1: 2.5

 Có thể bổ sung thêm acid để tạo môi trường có ph thấp dễ dàng cho enzyme hoạt động

Quá trình gia nhiệt được bắt đầu khi kết thúc nhập liệu bao gồm các bước sau:

 Nhiệt được nâng lên 72oC trong 10 phút và được duy trì trong 20 phút tạo điều kiện cho enzyme α-amylase hoạt động

 Nhiệt được nâng tiếp lên 83oC trong 15 phút và duy trì tại đó trong 10 phút nhằm giúp quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn

 Sau đó nhiệt được đưa về lại 72o

C bằng việc bổ sung thêm nước và giữ trong 20 phút, giai đoạn này làm giảm độ nhớt của nước và giúp tránh vô hoạt enzyme bởi nhiệt độ cao Trước khi kết thúc quá trình có bổ sung lượng malt lót bằng lượng malt lót ban đầu và có bổ sung nước Malt lót bổ sung giúp cung cấp thêm enzyme amylase làm cho quá trình hồ hóa triệt để hơn và giúp dễ dàng đun sôi cũng như giảm độ nhớt nồi cháo

 Quá trình này kết thúc bằng việc nâng nhiệt lên đến 100oC và duy trì ở 15 – 20 phút tạo điều kiện cho quá trình đường hóa và lọc sau này

d) Quá trình đường hóa

Quá trình đường hóa bao gồm hai công đoạn là pha bột malt và gia nhiệt nồi malt Công đoạn pha bột malt là bổ sung malt vào trong nồi đường hóa Công đoạn này được thực hiện như sau:

 Bổ sung toàn bộ phần malt còn lại có phối trộn với nước vào trong nồi đường hóa Ở giai đoạn này có bổ sung thêm CaCl2 và acid lactic với mục đích bổ sung lượng Ca2+ để tạo điều kiện thuận lợi cho enzyme hoạt động và hạ pH về pH tối

ưu cho enzyme

Công đoạn gia nhiệt nồi malt như sau:

 Sau công đoạn nhập liệu, nồi malt được gia nhiệt lên 50o

C – đây là nhiệt tối ưu cho sự hoạt động của enzyme protease và nhiệt này được giữ trong 10 phút kết hợp khuấy đảo (thủy phân protein thành các acid amin)

 Nhiệt được nâng tiếp lên 65oC và giữ trong 15 phút, lúc này pH của dịch phải đạt từ 5.3 – 5.5 nhằm tạo điều kiện tối ưu cho β-amylase trong malt hoạt động

để phân cắt tinh bột thành maltose và dextrin

 Nhiệt được nâng tiếp lên 75oC và giữ trong 30 phút là điều kiện tốt nhất cho sự hoạt động của α-amylase giúp thủy phân tinh bột thành dextrin bậc thấp, glucose

và maltose

 Kết thúc quá trình nhiệt được nâng lên 76oC và bơm sang thùng lọc

Việc nâng nhiệt độ nhiều lần là tạo điều kiện hoạt động cho các enzyme hoạt động, phát huy hết hoạt lực của enzyme do mỗi enzyme chỉ thích nghi với điều kiện nhiệt độ xác định

e) Lọc dịch đường và rửa bã

Mục đích của quá trình lọc là tách phần dịch đường ra khỏi bã và rửa bã bằng nước nóng ở 76oC để tăng hiệu suất thu hồi đường

Công đoạn này sử dụng thùng lọc Lautertun áp dụng sự chênh lệch áp suất phía trên và dưới màng lọc Dịch đường sẽ tự chảy qua lớp lọc để ra ngoài

Các bước của giai đoạn lọc:

 Dịch đường trước khi bơm sang thùng lọc được kiểm tra các chỉ tiêu

 Trước khi tiến hành lọc, một lượng nước ở nhiệt độ 80oC được bơm vào làm lớp lót phía dưới thùng lọc tạo màng lọc

 Dịch lọc được bơm tuần hoàn trong thời gian 8 – 10 phút đến khi đạt độ trong mong muốn thì chuyển qua nồi hoa

Bên cạnh qúa trình lọc có tiến hành rửa bã, các công đoạn rửa bã được chia làm 3 lần với sự lặp di lặp lại của quá trình nâng hạ cánh khuấy Quá trình rửa bã ở lần 3 có tiến hành kiểm tra đường sót, quá trình rửa bã chỉ kết thúc khi lượng dịch lọc đạt thể tích và độ trong yêu cầu Trong quá trình này bã sẽ làm tắc các mương mao dẫn vì vậy cần tiến hành làm lại lớp lọc

f) Houblon hóa

Mục đích của quá trình này là trích ly chất đắng và chất thơm trong hoa houblon vào dịch đường

Các bước tiến hành của quá trình houblon hóa như sau:

 Dịch đường được chuyển từ nồi lọc sang sẽ nồi hoa và được đun sôi

 Khi dịch đạt ≥ 95oC, thực hiện cấp hoa lần 1 hoa houblon dạng cao đồng thời nâng nhiệt nồi sối hoa lên 100oC nhằm nâng cao hiệu suất trích ly

 Cấp hoa lần 2 với mục tiêu trích ly tinh dầu tạo cho bia có mùi thơm đặc trưng và tạo màu cho dịch đường, việc cấp hoa lần 2 vào 20 phút trước khi kết thúc đun sôi

và 5 phút trước khi kết thúc đun sôi Trong quá trình này bổ sung thêm ZnCl2 và caramel tùy thuộc theo cường độ màu của dịch đường trước sôi để lựa chọn lượng phù hợp Mục đích của việc bổ sung là lượng chất bổ sung sẽ tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nấm men trong giai đoạn tăng sinh và tạo màu đặc trưng cho sản phẩm

 Quá trình hoàn tất khi nồng độ dịch đường từ 13.2 – 13.3, lúc này toàn bộ lượng dịch được bơm qua nồi lắng xoáy

g) Lắng cặn và làm lạnh nhanh

Sau quá trình houblon hóa dịch đường ở 101oC sẽ được chuyển sang nồi lắng xoáy qua đường ống dịch theo phương tiếp tuyến với nồi lắng xoáy Cặn và chất hòa tan có khối lượng lớn dưới lực ly tâm sẽ xoáy và giữa thiết bị và lắng xuống đáy Phần dịch trong nhẹ sẽ văng ra xung quanh và được bơm sang thiết bị lạnh nhanh

Mục đích của quá trình lạnh nhanh dịch đường là để hạ nhiệt độ của dịch đường

về nhiệt độ thích hợp của nhiệt độ lên men là 9oC Công đoạn lạnh nhanh được thực hiện bằng việc cho dịch đường nóng trao đổi nhiệt với dòng nước lạnh 2oC đi ngược chiều nhau Trong quá trình này có bổ sung O2 để tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển tạo sinh khối ban đầu Kết thúc quá trình lạnh nhanh nhiệt độ của dịch đường vào khoảng 6 – 8oC

1.3.1.3 Quá trình lên men

Quá trình lên men bao gồm 2 giai đoạn là lên men chính và lên men phụ Cả hai giai đoạn này đều diễn ra trong cùng lô lên men

 Lên men chính: đây là quá trình chuyển đường và dextrin bậc thấp sang rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm khác thông qua sự hỗ trợ của nấm men

 Lên men phụ: là quá trình chuyển hóa tiếp đường còn sót lại sau quá trình lên men chính để tạo thành CO2 và các sản phẩm phụ khác Quá trình lên men phụ giúp ổn đinh bọt, hàm lượng CO2, tạo hương thơm và độ trong cho bia thành phẩm

Về nguyên tắc hoạt động của quá trình lên men:

Dịch đường houblon hóa sau làm lạnh nhanh được bổ sung thêm O2 để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển ban đầu của nấm men Dịch lạnh được bơm vào tank lên men qua van đáy, mật độ tế bào 1h sau đầy tank phải đạt từ 15 – 25 triệu tế bào/ml Dịch lên men và men giống được đưa vào cùng một lúc phía dưới đáy tank Chất tải lạnh đi qua các áo lạnh để đảm bảo nhiệt đồng đều trong tank Quá trình lên men sinh khí CO2 làm tăng áp suất vì vậy CO2 được thu hồi qua cửa thu hồi khí CO2 Áp suất trong tank được điều chỉnh ở 0.8 Bar

Quá trình lên men chính chia là 4 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Nấm men tăng sinh khối thông qua việc sử dụng oxy để phân giải đường theo con đường hiếu khí Hàm lượng chất khô trong dung dịch đường giảm đi Lúc này bọt khí CO2 nổi lên làm tăng áp suất của tank lên men

 Giai đoạn 2: Sinh khối nấm men tăng lên cực đại đảm bảo thực hiện quá trình lên men yếm khí để chuyển đường glucose thành rượu Lượng khí

CO2 giai đoạn này sinh ra nhiều hơn Hàm lượng chất khô giảm đi

 Giai đoạn 3: Hàm lượng chất khô giảm đi nhanh chóng Nhiệt độ khối dung dịch có xu hướng tăng, do vậy lúc này tank được làm lạnh để duy trì nhiệt độ lên men

 Giai đoạn 4: Giai đoạn cuối của quá trinh lên men, tốc độ lên men lúc này giảm dần, lượng chất khô theo ngày giảm dần Nhiệt độ dung dịch hạ nhiệt

và lượng CO2 sinh ra ít hơn Lượng nấm men cùng với cặn lắng xuống đáy tank và chia thành 2 lớp: lớp trên là nấm men sống, lớp dưới là cặn lớn và nấm men chết

Quá trình lên men phụ - quá trình này bao gồm các quá trình sinh lý, hóa sinh và hóa lý của lên men chính nhưng ở tốc độ chậm vì nhiệt độ thấp hơn và lượng nấm men

ít hơn Lên men phụ là quá trình lên men tiếp nhằm chuyển hóa phần đường có khả năng lên me còn tồn tại trong bia non Đây cũng là quá trình khử diacetyl, giảm hàm lượng aldehid và hàm lượng rượu bậc cao, phản ứng tạo este để tăng chất lượng cảm quan của sản phẩm Quá trình này kéo dài từ 12 – 14 ngày Nhiệt độ được duy trì từ 0 –

2oC và áp suất là 0.8 – 1.2 bar

Quá trình lên men phụ - tàng trữ bia cực kỳ quan trọng trong việc kết lắng cặn Thời gian dài và nhiệt độ thấp là các điều kiện quan trọng nhất để thu được bia có độ bền keo và chất lượng cao Thời gian tàng trữ bia càng dài, độ trong của bia sẽ tăng lên

Áp suất trong quá trình lên men phụ giảm, quá trình này yêu cầu phải bổ sung thêm

CO2 với mục đích đảm bảo áp suất – bão hòa khí CO2 đảo trộn đều khối dịch

1.3.1.4 Quá trình lọc và bão hòa khí CO 2

Mục đích quá trình là loại bỏ các tạp chất và xác nấm men trong bia đảm bảo cho bia được trong và không có mùi vị lạ

Quá trình lọc bia được tiến hành như sau:

 Nước được đưa vào thùng chứa bột trợ lọc với tỷ lệ bột/nước = 1/5 Lúc này cánh khuấy được mở để tiến hành hòa tan khối bột Ở hệ thống điều khiển thiết bị bật quá trình tạo màng lần 1, bật van hút và tiến hành đổ bột Hyflo Supercel Khi bột tan hết tiến hành phủ bột lần 2 và bổ sung bằng bột Standard Supercel

 Bia từ tank lên men và được bơm qua máy lọc, lúc này bia sẽ đuổi nước trong thiết bị lọc và được tuần hoàn đến khi độ màu bia đat yêu cầu thì chuyển tiếp sang máy lọc PVPP

 Ở thiết bị lọc PVPP bia được chia thành 2 dòng tuần hoàn riêng biệt với mục đích loại bỏ các hạt PVPP lơ lửng

Bão hòa khí CO2: Công đoạn này diễn ra ở tank BBT – tank bia thành phẩm Bia sau lọc được chuyển sang tank

BBT lúc này nhiệt độ của bia được hạ xuống 0oC rồi cho CO2 cho đến khi áp suất trong thùng nạp CO2 đạt 4 – 5 kg/cm2 Quá trình nạp CO2 được thực hiện bằng cách sục từ dưới lên trên ngược chiều với dòng chảy của bia nhằm làm cho bia dễ dàng hấp thụ CO2 hơn sau đó qua công đoạn chiết

1.3.1.5 Quá trình chiết

Quá trình chiết chai bao gồm 5 công đoạn nhỏ như sau: Rửa chai  Chiết chai  Dập nút  Thanh trùng  Xếp két

a) Rửa chai Công đoạn rửa chai nhằm loại bỏ toàn bộ nhãn, cặn bẩn trong và ngoài chai và đảm bảo chai được vô trùng trong quá trình chiết bia Chai được rửa bằng thiết bị rửa chai, chai được ngâm, phun trong và ngoài bằng nước và bằng chất tẩy rửa rồi cuôi cùng tráng lại bằng nước để loại bỏ chất tẩy rửa

b) Chiêt chai Bia được chiết vào chai thông qua thiết bị chiết đẳng áp có nghĩa là áp suất trong chai và trong bể chứa bia của máy chiết cân bằng, do đó bia đi vào chai dưới tác động của trọng lực Bia được dẫn xuống đáy chai do vậy giảm khả năng hấp thụ O2 vào bia

c) Dập nút

Kết thúc quá trình chiết, bia chai được xiết nắp Thiết bị cho công đoạn này gắn liền với thiết bị chiết chai Nắp được giữ bởi nam châm và nhờ tác động của đầu xiết các rang của nắp chai được ép sát vào miệng chai và khi đó đầu xiết được nâng lên để chai qua công đoạn tiếp theo

d) Thanh trùng Thanh trùng là công đoạn cuối cùng cho phần lớp các quy trình chế biến Thanh trùng có nhiệm vụ là tiêu diệt tế bào vi sinh vật, ổn định chất lượng của sản phẩm, tăng thời gian bảo quản thông qua xử lý nhiệt Nhiệt độ thanh trùng cho bia là 65oC trong 40 – 45 phút

Công đoạn thanh tùng diễn ra như sau: bia sau khi dập nắp được chuyển đến vòi phun để làm sạch bia trên chai rồi đưa qua thiết bị thanh trùng Bia lạnh được đưa vào khoang nâng nhiệt để lên đến nhiệt độ thanh trùng trong 10 phút sau đó qua khoang nhiệt độ thanh trùng chính và bia ở giai đoạn này 20 phút và qua khoang họa nhiệt bằng nhiệt độ chai đi vào Thời gian lưu trong khoang hạ nhiệt là 10 phút Kết thúc quá trình, bia chai theo băng tải vào bộ phận dán nhãn vào thân và cổ chai sau đó qua máy xếp két và lưu kho hoặc xuất xường

1.3.2 Tình hình tiêu thụ năng lựơng trong nhà máy bia

Năng lượng sử dụng trong nhà máy bia bao gồm các 3 dạng chính là điện, nhiệt

và lạnh, trong đó năng lượng nhiệt và lạnh được sử dụng ở nhiều quá trình và các công đoạn khác nhau trong nhà máy bia Theo dữ liệu của U.S Environmental Protection Agency (EPA) thì hệ thống làm lạnh, quá trình bao gói, và hệ thống nén khí sử dụng đến 70% lượng điện của nhà máy bia, bên cạnh đó nhà nấu chiếm đến 45% lượng khí đốt tự nhiên trong đó thì 30 – 40% lượng hơi được sử dụng cho nồi nấu hoa

Cũng theo luận văn của thạc sĩ Lê Viết Thắng về nghiên cứu hệ thống tiết kiệm năng lượng cho nhà nấu bia thực hiện tại Nhà máy bia Thanh Hóa, thì lượng nhiệt tổn

thất ra môi trường đến từ 3 nguồn chính là bã thải, kết cấu bao che và từ các quá trình công nghệ Trong đó nhiệt tổn thất từ bã thải và kết cấu chỉ từ 1.22% đến 3.88% còn lại chủ yếu là lượng nhiệt cung cấp cho quá trình công nghệ tại nhà nấu Theo tính toán của luận văn nhiệt tổn thất ra môi trường tại nhà nấu chiếm 50.54% tổng lượng nhiệt cấp cho nhà nấu và chủ yếu là đến từ nồi hoa chiếm đến 60,8% lượng nhiệt thải ra môi

trường (Lê Viết Thắng (2006), Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lượng cho hệ thống thiết bị nhà nấu bia” Điều này cho thấy lượng nhiệt tổn

thất lớn là từ quá trình công nghệ tại nhà nấu và chủ yếu đến từ quá trình đun dịch đường tại nồi sôi hoa

Hình 1.2: Tỷ lệ nhiệt tổn thất bốc hơi do các nồi

C ác quá trình sử dụng nhiệt tại nhà máy gồm: quá trình nấu, quá trình CIP, và quá trình thanh trùng Hơi từ lò hơi được sử dụng để gia nhiệt cho dịch đối với quá trình nấu, làm nóng nước, acid và xút cho quá trình CIP, và đun nóng nước cho quá trình thanh trùng Hơi nóng thu nhận từ hệ thống nồi hơi sử dụng nhiên liệu dầu chuyển nước thành hơi nước (dùng nhiệt lượng sinh ra của nhiên liệu biến thành nhiệt năng của hơi nước), hê thống nồi hơi làm việc với áp suất từ 4 – 6 bar và áp suất tối đa là 10 bar

Nồi hồ hóa 8%

Nồi đường hóa 17%

Nồi lọc 14%

Nồi houblon 61%

Trong nhà máy bia, lạnh chiếm một vai trò vô cùng quan trọng, các quá trình có sử dụng lạnh là quá trình làm lạnh dịch đường từ khâu nấu, quá trình lên men, quá trình nhân và bảo quản giống men, quá trình làm lạnh bia thành phẩm trong các bồn chứa bia thành phẩm, quá trình làm lạnh nước phục vụ lên men và vệ sinh Môi chất sử dụng trong hệ thống máy lạnh của nhà máy là NH3 và các chất tải lạnh là glycol và nước được sử dụng cho các thiết bị lên men và trao đổi nhiệt Việc thiết kế hệ thống lạnh phù hợp sẽ đảm bảo chi phí vận hành thấp và hiệu suất cao Các quá trình làm lạnh chủ yếu

có thể kể đến là làm lạnh dịch hèm và các tank lên men

Thông thường đối với một nhà máy vận hành tốt, lượng nhiệt cho một hector lít bia

là 150 – 200 MJ và lượng điện từ 8 – 12 kWh/hl tùy thuộc theo từng đặc điểm của từng dòng bia mà Hệ thống thiết bị trong nhà máy bia sử dụng nhiều năng lượng cho quá trình gia nhiệt và làm lạnh, điều này sẽ dẫn đến việc tiêu tốn các dạng năng lượng khác như điện để chạy các thiết bị lạnh hay nhiên liệu như dầu cho các lò hơi

1.4 Biện pháp tiết kiệm năng lƣợng tại nồi sôi hoa

Biện pháp này nằm trong nhóm dự án ban đầu của nhà máy từ năm 2008, và được đưa vào sử dụng năm 2010 với số vốn đầu tư là 3 tỷ đồng Biện pháp là việc xây dựng

hệ thống tiết kiệm năng lượng cho nồi houblon hóa

Việc xây dựng hệ thống dựa trên sự hao tổn hơi từ nhà nấu Nhà nấu của nhà máy bia được cung cấp hơi sản xuất từ lò hơi sử dụng cho việc gia nhiệt các nồi thuộc hệ nấu Thông thường, lượng nhiệt thất thoát từ nhà nấu chiếm đến 40% tổng lượng hơi cấp, trong đó nồi hoa chiếm đến hơn 60% tổng nhiệt bốc hơi từ các nồi Do vậy để tận dụng nguồn nhiệt tổn thất này, nhà máy đã thiết kế và lắp đặt hệ thống tiết kiệm năng lượng

Hệ thống sau khi đưa vào hoạt động đã tiết kiệm được 74 346 kg nhiên liệu một năm tương đương với hơn 1 tỉ đồng

1.4.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của hệ thống dựa trên sự thu hồi hơi tại nồi houblon trong quá trình sôi hoa

Thông thường, khi chưa có hệ thống tiết kiệm năng lượng, dịch đường sau quá trình lọc được bơm dần sang nồi houblon, lúc này nhiệt độ của dịch đường là 75oC, quá trình dịch đường được bơm sang nồi houblon thường kéo dài trong 20 phút, lúc này cũng diễn ra sự gia nhiệt bên trong nồi hoa giúp nâng nhiệt độ của dịch đường lên nhiệt

độ sôi Quá trình đun sôi dịch đường kéo dài trong 70 phút khi mà chỉ khi lượng dịch chuyển toàn bộ sang nồi hoa và nhiệt độ của dịch đường trong nồi đạt nhiệt độ sôi, nhiệt độ sôi duy trì ở 105oC Đối với quy trình này, lượng hơi sẽ cần nhiều hơn để nâng nhiệt độ của dịch đường lên nhiệt độ mong muốn Với một lượng lớn hơi cấp, nhiệt độ trong thiết bị gia nhiệt ống trùm là rất cao và điều này sẽ gây ra những sản phẩm không mong muốn của phản ứng maillard hay là việc tăng độ dày bề mặt trao đổi nhiệt gây cản trở quá trình truyền nhiệt về sau

Hình 1.3: Giản đồ nấu bia Sài Gòn Special không áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng

Bên cạnh đó, quá trình này cũng diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa hơi bão hòa và dịch đường, điều này làm cho dịch đường được gia nhiệt nhiều hơn trong quá trình bổ sung hoa có thể gây ảnh hưởng sự trích ly các hợp chất hương từ hoa Khi chưa có hệt thống tiết kiệm, quá trình sôi của dịch bia làm hóa hơi một phần nước có trong dịch Lượng hơi này sẽ thoát ra ngoài môi trường, mang theo một lượng tổn thất nhiệt rất lớn

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý thu hồi lượng nhiệt bay hơi để gia nhiệt nước

Khi có sự có mặt của hệ thống tiết kiệm năng lượng, lượng hơi thải ra của quá trình đun sôi dịch đường được thu hồi Lượng hơi này sẽ trao đổi nhiệt với nước 78oC để nâng lên 96oC và nước sau công đoạn này được quay về tank nước nóng Lượng nước này có hai nhiệm vụ là gia nhiệt sơ bộ nước lạnh vào phục vụ cho các quá trình sử dụng nước nóng trong công đoạn nấu và gia nhiệt sơ bộ dịch đường Dịch đường sau khi ra khỏi nồi lọc có nhiệt độ là 75oC, dịch sẽ được trao đổi nhiệt với nước nóng 98oC bằng thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản nâng dịch đường lên 92oC Lúc này dịch đường được bơm vào nồi houblon Quá trình bơm này cũng diễn ra sự nâng nhiệt đến nhiệt độ sôi là 100oC tuy nhiên lượng hơi cấp vào sẽ ít hơn Khi lượng dịch đủ và đạt nhiệt độ

sôi, quá trình đun sôi dịch đường lại diễn ra Lượng hơi thải ra trong quá trình đun sôi này sẽ lại được thu hồi qua hệ thống tiết kiệm năng lượng và tiếp tục quá trình

Hình 1.5: Giản đồ nấu bia Sài Gòn Special có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng

Đối với 2 quá trình không có và có áp dụng hệ thống, nhiệt độ sôi và thời gian đun sôi là không thay đổi tại nồi houblon, sự khác biệt là ở lượng hơi cấp vào để nâng nhiệt dịch đường lên nhiệt độ sôi

1.4.2 Các thông số thiết bị của hệ thống

Các thiết bị của hệ thống tiết kiệm năng lượng gồm có:

 Thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản

 Tank trữ nước nóng

 Bơm

Thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản là loại model Sigma 66SAL của Schmitd, thông số

kỹ thuật chính của thiết bị là bề mặt trao đổi nhiệt và công suất của thiết bị phù hợp với

điều kiện của nhà máy Các thông số này lần lượt là 54,6m2 và 1 121 kW Nhiệm vụ của thiết bị là hỗ trợ trao đổi nhiệt với dịch đường trước khi vào nồi houblon

Tank nước nóng hay là tank tích trữ năng lượng có sự phân tầng nhiệt độ nước, nước nóng 96oC nằm phía phần trên của tank và dưới là có nhiệt độ 78oC Thể tích nước 96o

C chỉ chiếm 50% tổng thể tích tank tích trữ năng lượng Thể tích của tank là 70.2 m3với các kích thước cơ bản như sau:

 Đường kính trong: 3m

 Chiều cao thùng: 9 m

 Lớp bảo ôn bằng bông thủy tinh – độ dày: 0.1 m

 Lớp bảo ôn inox: 0.0005m

Về bơm làm việc cho hệ thống có 2 bơm: một là bơm nước nóng 78oC đi trao đổi nhiệt với hơi thải từ nồi houblon lên đến 96oC, hai là bơm nước nóng 96oC đi gia nhiệt dịch đường vào nồi houblon Thông số của từng bơm như sau:

Bơm cấp nước nóng 78oC:

- Công suất động cơ điện: 3,7 kW

- Cột áp đẩy của bơm: 21 mH2O

- Lưu lượng bơm: 23 m3/h

- Nhiệt độ làm việc: 800C

Bơm cấp nước nóng 96o

C:

- Công suất động cơ điện: 5.5 kW

- Cột áp đẩy của bơm: 20 mH2O

- Lưu lượng bơm: 52 m3/h

- Nhiệt độ làm việc: 990C

1.5 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch đường

1.5.1 Vai trò nhiệm vụ của nồi nấu hoa

Nồi nấu hoa đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong toàn bộ qúa trình nấu bia Đây cũng là công đoạn tiêu thụ nhiên liệu nhiều trong quá trình nấu Hackensellner (2012) đã ước tính lượng năng lượng tương đương 12 kwh/hl cho hệ thống nấu dịch đường thông thường tại Đức Quá trình đun sôi này giúp tiệt trùng dịch đường, đông tụ protein, ngăn hoạt động của enzyme, làm bay hơi các hợp chất dễ bay hơi, tạo ra ion kim loại, các hợp chất tannin, và chất tan hình thành phức không tan, giúp chiết xuất các chất tan trong hoa các hợp chất màu và hương Trong suốt giai đoạn đun hoa, hoa bia sẽ chiết xuất chất đắng và tinh dầu Hoa bia cũng có thể được thay bằng tinh dầu hoa để giảm thời gian đun sôi và bỏ qua giai đoạn chiết xuất hoa trong quá trình đun

1.5.2 Các tác động lên quá trình đun sôi dịch đường

Một trong số các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đun sôi dịch đường có thể kể đến là thiết bị Ngày nay, sau nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài tốt hơn thiết bị trao đổi nhiệt bên trong vì với thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài cho

bề mặt trao đổi nhiệt lớn tận dụng được sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt gia nhiệt và dịch đường, điều này làm giảm năng lượng sử dụng và đảm bảo chất lượng bia

Hệ thống nấu ngoài hiện đại có các ống bó lại với nhau, dịch đường bên trong tank được lấy ra bằng bơm với tần suất bơm là từ 6 – 8 lần/h Nhiệt độ của dịch đường được điều chỉnh qua một van mở rộng, khi bơm vào bên trong dịch đường được bơm như một hình nón nhằm tăng diện tích bốc hơi của các chất không mong muốn và nước Hệ thống này có nhược điểm là gây tốn diện tích trong nhà nấu tuy vậy thì ưu điểm về công nghệ luôn đảm bảo hòa trộn tốt toàn bộ khối dịch đường và duy trì được

nhiệt độ sôi mong muốn Một hệ thống nấu ngoài này có thể kêt hợp với nhiều tank dịch đường

Hiện nay, đối với nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội vẫn áp dụng hệ thống gia nhiệt bên trong nồi sôi hoa tuy nhiên có sự gia nhiệt bên ngoài nhờ sự hỗ trợ của hệ thống tiết kiệm năng lượng giúp gia nhiệt sơ bộ dịch từ 75oC lên đến 92o

C Theo nhiều nghiên cứu, việc gia nhiệt sơ bộ sẽ làm giảm ảnh hưởng của nhiệt tới dịch đường cụ thể

là làm giảm các sản phẩm của phản ứng Maillard cũng như các cộng hợp của protein – carbonyl, giảm sự tắc bẩn trên bề mặt trao đổi nhiệt

Các yếu tố thời gian và nhiệt độ cũng là các tác động trực tiếp lên chất lượng dịch đường, 2 thông số này phụ thuộc vào thiết bị và quá trình vận hành Thông thường, việc gia nhiệt bên trong nồi hoa không qua quá trình gia nhiệt bên ngoài sẽ cần một lượng hơi lớn để nâng dịch đường từ 75oC lên 100oC, điều này dẫn đến thời gian dài và khi đó sẽ hình thành các lớp két bẩn trên bề mặt nồi làm cho các mẻ tiếp theo phải cần lượng hơi lớn hơn để gia nhiệt và đảm bảo thời gian của quá trình vận hành Bên cạnh đó việc duy trì tại nhiệt độ cao cũng làm ảnh hưởng đến chất lượng bia, nhiệt

độ cao trong thời gian dài làm bay hơi các hợp chất thơm có trong hoa ảnh hưởng đến hương và độ bền hương của bia thành phẩm, hơn nữa, điều này dễ dàng tạo ra các sản phẩm không mong muốn của phản ứng Maillard làm cho bia không đạt được yêu cầu chất lượng đề ra (màu sắc quá đậm, vị quá đắng, ) Với nhiệt độ không đủ, các protit

dễ dàng bị keo tụ gây đục cho dịch đường

1.6 Mục tiêu nghiên cứu

Trong sản xuất, người ta luôn muốn giảm tối đa chi phí đồng thời tăng hiệu quả

sử dụng năng lượng mà chất lượng sản phẩm luôn ổn định và đảm bảo yêu cầu công nghệ Do đó mà nhà máy đã thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng nhằm giảm tối đa chi phí nhưng vẫn đảm bảo đươc quá trình hoạt động của dây chuyền công nghệ

và chất lượng sản phẩm, một trong số các biện pháp hiệu quả đó là áp dụng hệ thống

thu hồi hơi tại nồi hoa Tuy nhiên theo các phân tích về các tác động tại nồi hoa, thì việc áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng có thể gây ra một số biến đổi về chất lượng của dịch đường cũng như bia thành phẩm

Như đã trình bày bên trên, với sự có mặt của hệ thống tiết kiệm năng lượng, dịch đường được tiền gia nhiệt bên ngoài nồi hoa khác với hệ thống có tiết kiệm Việc gia nhiệt sơ bộ bên ngoài lên một nhiệt độ nhất định có thể sẽ làm giảm những ảnh hưởng của nhiệt độ cao lên dịch đường Điều này đặt nghi vấn cho nhóm nghiên cứu “Liệu có thể dịch đường khi có mặt của hệ thống tiết kiệm năng lượng có chất lượng tốt hơn hay không?”

Bên cạnh đó, hiện nay chưa có một nghiên cứu nào được thực hiện để tìm hiểu về

sự ảnh hưởng của các thông số vận hành của hệ thống tiết kiệm nặng lượng lên chất lượng của thành phẩm Do vậy thông qua nghiên cứu này nhóm nghiên cứu muốn tìm hiểu và đánh giá các thông số vận hành của hệ thống tiết kiệm năng lượng để đảm bảo chất lượng dịch đường cũng như bia thành phẩm

CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên vật liệu

a) Nguyên liệu

Nghiên cứu tập trung tiến hành trên dòng bia Saigon Special – đây là dòng bia chủ đạo của nhà máy có khối lượng sản xuất ổn định Các phân tích trong nghiên cứu xác định thông qua các mẻ nấu bia special và đánh giá trên dịch đường của từng mẻ

tương ứng với đánh giá trên các lô sản phẩm của mẻ

b) Hệ thống nồi nấu hoa và tiết kiệm năng lượng

Nghiên cứu được thực hiện trên hệ thống tiết kiệm năng lượng gắn với nồi nấu dịch đường Đối với hệ thống này các thông số vận hành của hệ thống đều phụ thuộc trực tiếp vào nồi nấu dịch đường Các thông số đặt của nồi nấu dịch đường là hoàn toàn cố định về nhiệt độ và thời gian đun sôi Lượng hơi thu vào cho hệ thống tiết kiệm năng lượng như đã trình bày bên trên chủ yếu đến từ giai đoạn sôi dịch đường

Vì vậy để có thể đánh giá được các thông số vận hành của hệ thống tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu sẽ tiến hành đánh giá thông qua các chỉ tiêu chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm trên các mẻ có sử dụng hệ thộng tiết kiệm năng lượng

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu xác định việc thu thập các số liệu của các mẻ đầu tiên áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng để có thể đánh giá được việc áp dụng ngay hệ thống có gây ra sự khác biệt gì về chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm hay không Tiếp theo đó, nghiên cứu thu thập liên tiếp số liệu về chỉ tiêu chất lượng của các mẻ ngay sau đó trong thời gian dài để đánh giá tính ổn định khi áp dụng

hệ thống tiết kiệm năng lượng

Do đó phương pháp tiến hành sẽ chia ra 2 bước chính:

 Bước 1: Thu thập số liệu về các chỉ tiêu hóa lý trên 20 mẻ bia bao gồm 10

mẻ không áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng, và 10 mẻ đầu tiên có sử dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng (Các số liệu thu thập của 10 mẻ không

áp dụng hệ thống được lấy vào năm 2009, 10 mẻ có áp dụng được lấy vào thời điểm đầu tiên của quá trình sử dụng là đầu năm 2010) Các số liệu chất lượng của 8 lô bia thành phẩm tương ứng cũng được ghi chép lại

 Bước 2: Thu thập toàn bộ các chỉ tiêu chất lượng của thành phẩm và bán thành phẩm trên 145 mẻ nấu của mô hình áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng tương ứng với 58 lô bia thành phẩm Các số liệu được quan sát sau

10 mẻ đầu tiên, thuộc về thời điểm đầu sau khi áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng

Toàn bộ số liệu được thu thập tại phòng thống kê và phòng KCS của nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội Tại nhà máy cứ 5 mẻ bia sẽ đi vào một tank lên men, và từ tank lên men sẽ chia ra 2 tank BBT (tank bia thành phẩm) tương ứng với 2 lô bia thành phẩm

2.2.1 Phân tích hóa lý và cảm quan

a) Phân tích hóa lý

Các phân tích hóa lý được thực hiện theo tiêu chuẩn, mỗi chỉ tiêu được các kỹ thuật viên phòng KCS thực hiện lại 3 lần và lấy giá trị trung bình Bảng tiêu chuẩn các phương pháp phân tích hóa lý được thể hiện trong bảng dưới (nội dung của phương pháp được trình bày trong phụ lục):

Bảng 2.1: Bảng tiêu chuẩn các phương pháp phân tích

Phương pháp xác định độ chua AOAC 950.07 - 2000

Phương pháp xác định độ màu EBC 8.5

Phương pháp xác định độ đường MEBAK 2.9.6.3 – 2000

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khảo sát chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm trên 2 mô hình không và có sử dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng

Giai đoạn đầu của nghiên cứu tiến hành khảo sát chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm thông qua việc quan sát các chỉ tiêu hóa lý thu được trên 20 mẻ nấu của 2

mô hình có và không có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng Các chỉ tiêu chất lượng của bia thành phẩm sẽ được phân tích trên 8 lô thành phẩm tương ứng Giai đoạn này của nghiên cứu nhằm mục đích xác định có tồn tại sự khác nhau về chỉ tiêu chất lượng giữa 2 mô hình hay không khi mới áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng

3.1.1 Kết quả khảo sát chất lượng dịch đường trên 2 mô hình không và có

sử dụng hệ thông tiết kiệm năng lượng

Nghiên cứu được thực hiên trên 20 mẻ nấu của nhà máy bia Quá trình thu thập số liệu chia làm 2 đợt mỗi đợt 10 mẻ Ở đợt một thu thập số liệu về các chỉ tiêu hóa lý khi không sử dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng mà ở đợt hai là khi có sử dụng hệ thống

đó ở giai đoạn đầu khi áp dụng

Trong quá trình quan sát 20 mẻ này có theo dõi thêm các chỉ tiêu như Iodine, độ đắng, Free amino acid và Polyphenol

Bảng 3.1: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu hóa lý của 2 mô hình có và

không áp dụng hệ thống TKNL Stt Chỉ tiêu TKNL KTKNL F – value P – value F crit

3 Độ hòa tan 13.028±0.084 12.995±0.044 1.2128 0.2852 4.41

4 Độ đục 1219.9±121.58 1221.6±117.35 0.001 0.9749 4.41

5 Độ đắng 34.27±2.036 34.79±2.09 0.318 0.5797 4.41

6 Iodine 0.175±0.01 0.179±0.04 0.0951 0.7613 4.41

7 FAN 209.91±10.161 208.9±9.014 0.01484 0.9044 4.41

8 Polyphenol 672.23±3.793 673.25±10.689 0.08091 0.7793 4.41

*: Mức ý nghĩa cho phân tích là α=5%

Qua bảng 3.1 có thế thấy rõ các giá trị trung bình trên từng chỉ tiêu dịch đường của 2 mẻ gần như không có sự chênh lệch Giá trị p sau quá trình phân tích cũng lớn hơn rất nhiều mức ý nghĩa α điều này cho thấy trên toàn bộ các chỉ tiêu về dịch đường giữa 2 mô hình là không có sự khác biệt Bên cạnh đó, độ lệch chuẩn của các chỉ tiêu chất lượng được đánh giá có độ lệch khá nhỏ so với giá trị trung bình, kết quả quan sát

10 mẻ trên mỗi hệ thống đều cho thấy sự ổn định Các giá trị đo thể hiện sự không ổn định về chỉ tiêu chất lượng của trước và sau quá trình áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng So sánh các số liệu này với tiêu chuẩn của nhà máy, các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn chất lượng yêu cầu của nhà máy

3.1.2 Kết quả khảo sát chất lƣợng bia thành phẩm trên 2 mô hình không

và có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lƣợng

Quá trình theo dõi trên bia thành phẩm được thực hiện quan sát trên 8 lô bia thành phẩm với các chỉ tiêu đánh giá – khảo sát hệ thống Kết quả được thể hiện trong bảng 3.2

Bảng 3.2: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu chất lượng trên bia thành phẩm

của mô hình có và không áp dụng hệ thống TKNL

2 Chất khô biểu kiến 1.983±0.026 2.008±0.029 1.6484 0.247 5.987

3 Chất khô nguyên thủy 11.363±0.019 11.368±0.063 0.0232 0.884 5.987