Đồ án: Thiết kế nhà máy bia năng suất 35triệu lítnăm

Đây là một nhà máy với năng suất trung bình, nếu được trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năng thích ứng linh hoạt với qui mô sản xuất trung bình, cũng như có khả năng mở rộng qui mô sản xuất. Đây là một nhà máy với năng suất trung bình, nếu được trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năng thích ứng linh hoạt với qui mô sản xuất trung bình, cũng như có khả năng mở rộng qui mô sản xuất.

LỜI CẢM ƠN

Trước khi bước vào nội dung của bài tiểu luận, nhóm chúng em xin được bày tỏ lòng cảm

ơn chân thành nhất đối với trường Đại học Công Nghệ Thực Phẩm TP.HCM đã tạo môitrường cho chúng em học tập, làm việc Tiếp theo đó, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơnđến các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, đặc biệt là thầy Nguyễn Hữu Quyền

đã tận tụy dạy dỗ, truyền đạt và giúp đỡ chúng em trong môn học này Chúng em xinđược bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

Lời nói đầu 2

Chương I: Tính Cân Bằng Sản Phẩm 6

1 Chọn các số liệu ban đầu: 6

2 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu ban đầu: 7

2.1 Lượng chất khô trong nguyên liệu 7

2.2 Lượng nguyên liệu còn lại sau làm sạch 7

2.3 Lượng nguyên liệu còn lại sau khi nghiền 7

2.4 Lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau khi nấu 8

2.6 Thể tích dịch đường khi đun sôi : 8

2.7 Lượng chất khô còn lại sau khi houblon hóa: 9

2.8 Lượng dịch đường còn lại sau khi houbln hóa: 9

2.9 Lượng chất khô còn lại sau quá trình lắng trong và làm lạnh: 10

2.10 Khối lượng dịch lên men từ 100 Kg nguyên liệu ban đầu 10

2.11 Thể tích của dịch lên men 10

2.12 Lượng bia non sau khi lên men chính 11

2.13 Lượng bia sau khi lên men phụ 11

2.14 Lượng bia sau khi lọc 11

2.15 Lượng bia sau chiết rót thanh trùng 11

2.16 Lượng hoa houblon cần dùng 11

2.17 Lượng bã nguyên liệu 11

2.18 Lượng cặn lắng khi lắng trong và làm lạnh 12

2.19 Lượng men giống đặc cần dùng 12

2.20 Lượng CO2 thu được 12

2.21 Lượng men thu hồi 13

3 Kế hoạch sản xuất của nhà máy 14

3.1 Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày 14

3.2 Chi phí bao bì 17

Chương 2 Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng : 21

1 Phân xưởng nấu: 21

1.1 Máy nghiền: 21

1.2.Nồi hồ hoá: 21

1.3 Nồi đường hoá: 23

1.4 Thùng lọc đáy bằng: 25

1.5 Nồi nấu hoa: 26

1.6 Thùng lắng xoáy: 28

1.7 Thiết bị lạnh nhanh và sục khí: 29

1.8 Thùng nước nấu: 29

1.9 Hệ thống cip nấu: 31

2 Chọn thiết bị cho phân xưởng lên men: 32

2.1.Tank lên men: 32

2.2 Thiết bị nhân men giống : 35

2.3 Thiết bị bảo quản men sữa: 38

2.4 Thiết bị chứa và bão hòa : 38

3 Chọn thiết bị cho phân xưởng hoàn thiện: 40

3.1 Thiết bị lọc trong bia: 40

3.2 Thùng tàng trữ và bão hoà CO2: 40

3.3 Hệ thống chiết bock: 41

3.4 Hệ thống chiết chai: 43

III/ Kết luận: 47

Tài liệu tham khảo: 49

Lời nói đầu

Bia là một loại đồ uống giải khát hiện rất được ưa chuộng ở nước ta cũng như trên thếgiới Bia có màu sắc, hương vị đặc trưng, dễ dàng phân biệt với các loại đồ uống khác.Được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hublon bia đem lại giá trịdinh dưỡng, một lít bia cung cấp 400 – 450kcal, bia có khả năng kích thích tiêu hoá, giúp

cơ thể khoẻ mạnh khi dùng với liều lượng thích hợp và đặc biệt còn có tác dụng làm giảmnhanh cơn khát của người uống nhờ đặc tính bão hoà CO2

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, bia ra đời từ khoảng 7000 năm trước Côngnguyên, bắt nguồn từ các bộ lạc cư trú ven bờ sông Lưỡng Hà, sau đó được truyền sangcác châu lục khác thông qua quá trình trao đổi, buôn bán giữa các bộ lạc Trong quá trìnhtìm kiếm nguyên liệu phụ để tăng chất lượng cho bia, người ta nhận thấy hoa houblonmang lại cho bia hương vị rất đặc biệt và nhiều đặc tính quý giá Hiện nay, hoa hublonvẫn là nguyên liệu không thể thay thế trong sản xuất bia Đến thế kỷ XIX Louis Pasteurxuất bản cuốn sách về bia đã tạo ra ngành công nghiệp sản xuất bia dưới ánh sáng khoahọc, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác quy trình công nghệsản xuất biađang ngày càng trở nên hoàn thiện Chính vì vậy, bia đã trở thành loại đồ uống được ưachuộng nhất hiện nay, được sản xuất và tiêu thụ ngày nhiều trên phạm vi toàn thế giới

Ở Việt Nam, bia xuất hiện chưa lâu lắm (chỉ khoảng 100 năm), ngành công nghiệp sảnxuất bia vẫn còn rất nhiều tiềm năng phát triển Trong những năm gần đây, nhu cầu sửdụng bia ở nước ta ngày càng tăng Rất nhiều nhà máy cũng như cơ sở sản xuất bia đượcthành lập trên khắp cả nước nhưng vẫn chưa đáp ứng hết được nhu cầu thị trường cả vềchất lượng cũng như sốlượng Hơn nữa bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp

to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khảnăngthu hồi vốn nhanh, và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triển công nghệ sảnxuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng cácthiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho người tiêu dùng các loại bia có chất lượngcao, giá thành phù hợp là vô cùng cần thiết.

Trong bản đồ án này em trình bày thiết kế nhà máy bia năng suất 35triệu lít/năm Đây làmột nhà máy với năng suất trung bình, nếu được trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năngthích ứng linh hoạt với qui mô sản xuất trung bình, cũng như có khả năng mở rộng qui môsản xuất

Năng suất của nhà máy: 35 triệu lít / năm

Các thông số trạng thái ban đầu của nguyên liệu

Độ chiết của malt: 75%

Mức hao hụt nguyên liệu qua từng công đọan :

Lắngtrong,làm lạnh

Lênmenchính

Lênmenphụ

Lọcbia

Chiếtrót,thanhtrùngTiêu

hao (%)

Mức hao hụt trong quá trình nghiền, nấu, lọc, houblon hóa, lắng trong và làm lạnh tínhtheo phần trăm chất khô của nguyên liệu trước đó Còn mức hao hụt của quá trình lênmen, lọc trong bia, chiết rót tính theo phần trăm thể tích trước đó

Lượng hoa houblon sử dụng : 2g/lit dịch đường

2 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu ban đầu:

2.1 Lượng chất khô trong nguyên liệu

) ( 18 100

) 10 100 (

20 :

) ( 8 , 76 100

) 4 100 (

80 :

kg Ngô

kg Malt

)5,0100.(

18:

)(42,76100

)5,0100.(

8,76:

kg Ngô

kg Malt

100.9,17:

)(6,794100

100.42,76:

kg Ngô

kg Malt

)5,0100.(

91,17:

)(04,76100

)5,0100.(

42,76:

kg Ngô

kg Malt

100.82,17:

)(21,794100

100.04,76:

kg Ngô

kg Malt

75 82 , 17 :

) ( 03 , 57 100

75 04 , 76 :

kg Ngô

kg Malt

) 2 100 (

4 , 70

kg





2.6 Thể tích dịch đường khi đun sôi :

Độ bia theo yêu cầu là : 14 0 Đây chính là nồng độ chất khô của dịch đường sau khi lắngtrong và làm lạnh Trong quá trình houblon hóa do bốc hơi một lượng nước lớn nên nồng

độ dịch đường tăng 1  1,5% so với nồng độ của nó trước đó, chọn giá trị là 1% Trongquá trình làm lạnh và lắng trong, nồng độ dịch đường tiếp tục tăng lên khoản 0,4  1,2%,chọn giá trị là 1%

Từ đó ta có nồng độ chất chiết trong dịch đường trước khi houblon hóa là :

) ( 92 , 574 12

100 99 , 68

)(8,57177,1000

43,1043.426,

2.7 Lượng chất khô còn lại sau khi houblon hóa:

) ( 65 , 68 100

) 5 , 0 100 (

99 , 68

kg





2.8 Lượng dịch đường còn lại sau khi houbln hóa:

Theo khối lượng :

) ( 1 , 528 1

12

100 65 , 68

kg





Khối lượng riêng của dịch 13% ở 200C là 1052,52 kg/m3

Thể tích dịch đường sau khi houblon hóa ở 1000C là

ít)(136,523)(523136,

077,1000.52,1052

43,1043.1,

l

m 



2.9 Lượng chất khô còn lại sau quá trình lắng trong và làm lạnh:

) ( 31 , 68 100

) 5 , 0 100 (

65 , 68

100 31 , 68

kg



2.11 Thể tích của dịch lên men

Khối lượng riêng của dịch đường (theo nồng độ) ở 200C là 1056,77 Kg/m3

Thể tích của dịch đường 14% ở 200C là

)(72,46177

,1056

1000.93,487

)(42,46177

) 5 , 0 100 (

42 , 461

) 5 , 0 100 (

2.14 Lượng bia sau khi lọc

ít) ( 536 , 454 100

) 5 , 0 100 (

) 2 100 (

Vậy lượng hoa cần dùng là : 548,426 2 =1096,852 (g)

Trong đó 1/3 lượng hoa dùng dưới dạng cao hoa mà 1g cao hoa có thể thay thế cho 5 ghoa nguyên cánh Như vậy lượng cao hoa cần dùng là

0,0731(Kg) g)

( 123 , 73 15

852 , 1096

( 745 , 243 15

2 852 , 1096





2.17 Lượng bã nguyên liệu

Thông thường cứ 100 kg nguyên liệu đưa đi nấu bia thì thu được 125 kg bã ướt có độ ẩm75%

Lượng nguyên liệu sau khi nghiền :

79,21+ 19,8 = 99,01 kgLượng bã ướt thu hồi có độ ẩm 75% :

125.01,99

kg



2.18 Lượng cặn lắng khi lắng trong và làm lạnh

Cứ 100 lít dịch đường đun sôi thì lượng cặn lắng là 5g chất khô

Vậy lượng cặn lắng trong dịch đun sôi là :

) ( 4213 , 27 100

5 426 , 548

g



Chọn độ ẩm của cặn là 75% Vậy lượng cặn ướt là :

) ( 69 , 109 75

100

100 4213 , 27

g





2.19 Lượng men giống đặc cần dùng

Men giống được đưa vào lên men với tỉ lệ 0,8 lít men giống đặc có độ ẩm 85% cho

100 lít dịch lên men Vậy lượng men giống cần dùng là:

ít) ( 69 , 3 100

8 , 0 42 , 461

l



2.20 Lượng CO2 thu được

Độ lên men biểu kiến đối với bia vàng khoảng 60 – 65 % Độ lên men thực thường nhỏhơn độ lên men biểu kiến Chọn độ lên men thực là 55% Vậy lượng chất khô hòa tan lênmen được là :

) ( 571 , 37 55 100

31 , 68

2C6H12O6 4CO2 + 4C2H5OH + Q176

Lượng CO2 sinh ra :

) ( 335 , 19 342

176 571 ,

Chọn hàm lượng CO2 trong bia chiếm 0,4% Vậy lượng CO2 liên kết trong bia là:

) ( 83 , 1 100

4 , 0 82 , 456

kg



Do đó lượng CO2 tự do thu hồi được :

19,335- 1,83 = 17,505 (kg)

2.21 Lượng men thu hồi

Cứ 100 lít dịch lên men thì thu hồi được 2 lít men bã có độ ẩm là 85% trong đó chỉ 0,8 lítdùng làm men giống Số còn lại dùng vào mục đích khác

Lượng sữa men thu hồi được:

) ( 14 , 9 100

2 82 , 456

kg



Lượng sữa men dùng làm giống là:

) ( 65 , 3 100

8 , 0 82 , 456

lít



Lương sữa men dùng làm phế liệu là :

) ( 49 , 5

3 Kế hoạch sản xuất của nhà máy

Thời gian cần nấu cho 1 mẻ : 2,75 h

Số mẻ nấu cho 1 ngày là : 8,73

75,2

24

Chọn số mẻ nấu cho 1 ngày là: 8 mẻ

Phân xưởng làm việc 3 ca/ ngày, sản xuất theo mẻ

Kế hoạch sản xuất của phân xưởng nấu theo năm 2006

Biểu đồ sản xuất của phân xưởng nấu

nămSố

3.1 Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày

Theo 3.2.15 cứ 100 Kg nguyên liệu ban đầu cho ra 445,445 (lít) bia thành phẩm Như vậy năng suất của nhà máy là 35.106 lít/năm

Lượng nguyên liệu dùng cho cả năm là

)(033,7857223100

.445,445

35000000

kg



Lượng nguyên liệu cần cho một ngày là

) ( 91 , 25427 309

kg



3.1.4 Lượng dịch đường khi đun sôi

ít) ( 79 , 145396 100

91 , 25427 8 , 571

l



3.1.5 Lượng dịch đường sau khi houblon hóa ở 100 o C

ít) ( 42 , 138615 100

91 , 25427 131 , 545

l



3.1.6 Lượng dịch lên men

ít) ( 46 , 117329 100

91 , 25427 42 , 461

l



3.1.7 Lượng bia non sau khi lên men chính

ít) ( 84 , 116742 100

91 , 25427 113 , 459

l



3.1.8 Lượng bia non sau khi lên men phụ

ít) ( 78 , 116159 100

91 , 25427 82 , 456

l



3.1.9 Lượng bia sau khi đã lọc trong

ít) ( 005 , 115579 100

91 , 25427 536 , 454

l



3.1.10 Lượng bia sau khi đã chiết rót

ít) ( 35 , 113267 100

91 , 25427 445 , 445

kg



3.1.12 Lượng bã nguyên liệu

) ( 58 , 31469 100

91 , 25427 76 , 123

kg



3.1.13 Lượng men giống đặc cần dùng

ít) ( 29 , 938 100

91 , 25427 69 , 3

l



3.1.14 Lượng men thu hồi

ít) ( 11 , 2324 100

91 , 25427 14 , 9

l



3.1.15 Lượng CO 2 thu hồi

) ( 16 , 4451 100

91 , 25427 505 , 17

Vậy lượng vỏ chai cần dùng cho một ngày là :

)(25170845

,0

63,113268

chai



Lượng chai cần dùng cho 1 chu kỳ là

251708.30 = 7551242 chaiLượng chai cần bổ sung cho một năm là

) ( 3624596 100

.45,0

)4100.(

35000000





(nhãn)Lượng nhãn cần dùng cho một ngày là

261777 309

80888889

3.2.3 Nắp

Trung bình khoảng 300 nắp chai thì nặng 1 kg Mỗi chai có một nắp Lượng nắphao hụt khoảng 4% Vậy lượng nắp chai cần cho một năm :

80888889100

.45,0

)4100.(

35000000





(nắp)Lượng nắp cần dùng cho một ngày là

261777 309

, 12585 20

45310 6

, 45309 100

12 1 377580

Tính cho 1ngày

Tính cho 1năm

11 Lượng bã nguyên liệu 123,76 3933,689 31469,58 9629691,48

14 Lượng CO2thu hồi

(lít)

16 Lượng men thu hồi

Chương 2 Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng :

1 Phân xưởng nấu:

1.1 Máy nghiền:

Máy nghiền gạo: Một mẻ nấu sử dụng 5057,61: 8= 632,20 kg ngô Chọn máy nghiền gạo

là máy nghiền búa có năng suất 1500kg/h có các thông số kỹ thuật:

Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, chiều rộng 200mm

Kích thước máy: dài 1,85m, rộng 1,6m, cao 1,65m

Máy nghiền malt: Một mẻ nấu lượng malt cần nghiền là 20240,62: 8= 2530kg Chọn máynghiền malt ướt có công suất 4000kg/h có các thông số kỹ thuật:

Vật liệu chế tạo: thép không gỉ chịu mài mòn

Kích thước thiết bị: dài 1m, rộng 0,8m, cao 3,2m

Kích thước trục nghiền: đường kính 250mm, dài 600mm

Số đôi trục: 2

Khoảng cách giữa 2 trục: 1,25m

Nước ngâm malt có nhiệt độ 65˚C, lượng nước dùng để ngâm 60l/100kg.Tổng thời gianngâm và nghiền không quá 30 phút Khi đó thuỷ phần của hạt tăng lên 20%.

1.2.Nồi hồ hoá:

Tổng khối lượng dịch bột trong nồi hồ hoá là ứng với một mẻ nấu:

( 20240,62+ 5057,73): 8 = 3,16tấn

Khối lượng riêng của hỗn hợp dịch bột là 1,07(tấn/ )

Thể tích của hỗn hợp trong nồi hồ hoá là:

3,16: 1,07 = 2,96 ( )

Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là:

2,96 : 0,75 = 3,94 ( )

Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón, làm

bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 =0,15D

Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị là 1m, vậy chiều cao tổng thể của nồi là:

= 1,9 + 1= 2,9m

Thể tích thực của nồi là: V = 0,554 = 4,432( )

Chiều cao phần 2 vỏ: = 0,8.D = 1,6m

Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 1,6m, tốc độ khuấy 32v/ph

Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5 / dịch, thể tích dịch trong nồi hồ

hoá là 2,96 ( )

Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là:

F = 0,5.2,96≈ 1,48( )

1.3 Nồi đường hoá:

Lượng dịch đường khi đun sôi là 145396,799(l)

Tổng khối lượng dịch trong nồi đường hoá ứng với một mẻ nấu là: 18,17 tấn

Dịch bột có khối lượng riêng là 1,08(tấn/ ), thể tích dịch trong nồi đường

hoá là: 18,17/ 1,08 = 16,83( )

Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: 16,83/ 0,75 = 22,44( )

* Chọn thiết bị đường hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm

bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 =0,15D

Chiều cao phần hai vỏ: = 0,8H= 1,64m.

Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 2,72m Tốc độ khuấy 32v/ph

Thể tích thực của nồi: V = 0,554 =21,77 ( )

Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5 / dịch, thể tích dịch trong nồi hồ

hoá là 16,83( )., tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là:

Lượng dịch đường đem đi lọc là 18,17 ( )

Chiều cao của lớp dịch trong thùng là; 18,17: 7,6 = 2,4 m

Hệ số đổ đầy thùng khoảng 70% Do đó chiều cao thực phần trụ của thùng ( đủ cả khoảngcách giữa đáy và sàng lọc , thường khoảng cách đó là 10-15mm)

= (2,4/0,7) + 0,015 = 3,43m

Vậy đường kính thùng lọc là: S= ⇒ D = 3,11m

Chọn D= 3,2m

Chọn thiết bị là nồi 2 vỏ, thân hình trụ, đáy bằng, bên trong có cánh khuấy với số vòngquay là 6 v/phút Đường kính cánh khuấy d= 0,9.D= 2,88m Động cơ cánh khuấy 4 kW.Chiều cao phần đỉnh là = 0,15 D= 0,48m.

1.5 Nồi nấu hoa:

Dịch sau nấu hoacó thể tích: 13,86( )

Quá trình đun hoa thể tích dịch giảm 5% do nước bay hơi, thể tích dịch trước

Chọn khoảng cách từ nền nàh đến đáy thiết bị là 1m.

Vậy chiều cao tổng thể của thiết bị là: 3,4 + 1= 4,4m

Bề dày thép chế tạo là 5mm, phần vỏ dày 50mm, đường kính ngoài của thiết bị:

= D + (50.2) = 3,6m

Chiều cao phần 2 vỏ: = 0,8H = 1,7m

Chọn cánh khuấy cong có đường kính cánh khuấy d = 0,8.D= 2,8m Số vòng quay củacánh khuấy là 30v/phút, động cơ cánh khuấy là 4Kw.

Diện tích bề mặt truyền nhiệt: 14,59: 0,5 =29,18 ( )

= H + h2 =2,97 m = 3m.

Chọn khoảng cách từ nền nàh đến đáy thiết bị là 1m

Vậy chiều cao tổng thể của thiết bị là: 3+ 1= 4m

Bề dày thép chế tạo là 5mm, phần vỏ dày 50mm, đường kính ngoài của thiết bị:

= D + (50.2) = 3,2m

1.7 Thiết bị lạnh nhanh và sục khí:

Chọn thiết bị lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản có năng

suất 15 /h có các thông số kỹ thuật:

Số cấp: 1

Chất tải nhiệt: nước, nhiệt độ đầu vào của chất tải nhiệt: 2˚C

Kích thước máy: dài 2000mm, rộng 700mm, cao 1600mm

Số vỉ: 171

Chọn thiết bị sục khí có bộ phận lọc vô trùng sử dụng than hoạt tính, thiết

bị sục khí vào dịch đường, các phụ kiện kèm theo: ống lưu lượng, van một

chiều, van giảm áp

1.8 Thùng nước nấu:

Chọn thùng chứa nước nóng và nước lạnh có thể tích như nhau, thùng thân trụ

H = 1,5D, đáy bằng, nắp chỏm cầu nhô lên: h2 = 0,1D

Thể tích thùng là: H = 0,15.D = 1,178

Một mẻ nấu bia chai lượng nước sử dụng là: