Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất lên men bia năng suất 30 triệu lít/năm

tiến hành phân cắt tinh bột thành maltose và dextrin. Tiếp theo, gia nhiệt hỗn hơp lên 72oC và giữ ở 72oC cho đến khi kết thúc quá trình đường hóa (kiểm tra bằng phương pháp thử với dung dịch I2 0,02N). Sau cùng gia nhiệt hỗn hợp lên 78oC rồi bơm qua nồi lọc. Lưu ý: trong suốt quá trình nấu, cánh khuấy luôn hoạt động và giữ pH = 5,2 – 5,6. Hình 22: Giản đồ nấu dịch nha Lọc dịch nha Mục đích: khai thác Tách dịch đường ra khỏi bã với hiệu suất thu hồi lớn nhất, đồng thời hạn chế tối đa sự oxy hoá dịch đường. Sau đó, tiến hành rửa bã để tận thu phần chất hoà tan còn sót lại trong bã. Biến đổi của nguyên liệu: Đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất không tan). Thiết bị và thông số công nghệ: Quá trình lọc được thực hiện bằng nồi lọc đáy bằng với lớp vật liệu lọc là lớp bã. Nồi lọc được chế tạo từ thép không gỉ có 2 đáy: đáy dưới bằng, đáy trên là lưới gồm nhiều mảnh nhỏ ghép lại tạo thành các rảnh có kích thước nhỏ, bã malt nằm trên lưới tạo thành lớp vật liệu lọc. Bên trong thiết bị có bộ phần đánh tơi bã lọc, có cánh khuấy. Trước khi tiến hành lọc, nồi lọc cần được vệ sinh kỹ bằng nước. Dịch đường từ nồi đường hoá sau khi được trộn đều, được bơm một lần sang nồi lọc, đồng thời bật cánh khuấy và hệ thống đánh tơi bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả. Sau khi hết dịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao. Dịch đường được để yên 20 phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc. Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịch đường còn đục nên ta cho hồi lưu trở lại nồi lọc. Khi dịch đường bắt đầu trong thì khoá van hồi lưu, thu dịch đường. Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do màng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã tạo lại lớp màng lọc. Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc. Thời gian ép dịch lọc khoảng 90 phút. Sau đó tiến hành rửa bã. Tiến hành rửa bã gián đoạn, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C, pH=6,5. Sau khi thu hết dịch đường, khoá van xả dịch, cho lượng nước rửa bã vào, cho cánh khuấy quay với vận tốc 4 – 5 vòng/phút để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vào dịch. Sau đó tắt cánh khuấy để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơm sang nồi nấu hoa houblon với dịch lọc trước đó. Tiếp tục cho đến khi hàm lượng đường trong bã còn 0,5 – 1˚Bx, thường là rửa 2 -3 lần. Thời gian rửa bã khoảng 60 – 120 phút. Lượng nước rửa bã được sử dụng sao cho thu được lượng thể tích dịch cần. Chú ý: chiều cao màng lọc thường là 30 – 60cm. Tốc độ lọc 0,5 – 4,5 m/s, nước nha đầu có 16 – 20oPt, 40 – 50% thể tích. Thời gian cho quá trình lọc và rửa bã: thời gian chuẩn bị 50 – 60 phút, thời gian lọc 60 – 110 phút, thời gian rửa bã 60 – 120 phút, thời gian tháo bã và vệ sinh 30 – 40 phút. Đun sôi dịch hoa với hoa Houblon Mục đích: khai thác và chuẩn bị cho quá trình lên men. Trích ly các chất đắng, tinh dầu, polyphenol từ houblon vào dịch nha, đồng phân hóa một số chất đắng để tăng độ hòa tan của chất đắng. Góp phần điều chỉnh độ chất khô dịch nha. Vô hoạt enzyme, đông tụ các protein kém bền nhiệt Được xem như quá trình thanh trùng: tiêu diệt vi sinh vật. Đun sôi ở 100oC trong thời gian dài sẽ xảy ra phản ứng Maillard, hình thành một số hợp chất có lợi làm tăng cường độ màu của bia. Tách một số hợp chất dễ bay hơi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: có sự thay đổi về tỉ trọng của dịch nha. Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard (có lợi do tăng độ màu, ổn định độ bền bọt cho bia), phản ứng đồng phân hóa chuyển các a-acid thành iso a-acid giúp tăng độ hòa tan, đường và acid amin bị phân hủy, pH giảm 0,1 – 0,2 đơn vị. Hóa lý: Các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra quá trình đông tụ protein, sự tạo phức giữa protein trong malt đại mạch và polyphenol trong hoa houblon sẽ hình thành kết tủa, có sự bay hơi của nước và một số cấu tử dễ bay hơi trong dịch nha. Sinh học: hệ vi sinh vật trong dịch nha sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt. Thiết bị và thông số công nghệ Thiết bị có dạng hình trụ đứng. Bên trong thiết bị có bộ phận gia nhiệt dạng ống để dẫn hơi vào. Lượng houblon sử dụng được tính theo lượng alpha acid (7 – 20g alpha acid/hL). Sử dụng phương pháp bổ sung hoa houblon hai lần: lần 1 khi dịch nha bắt đầu sôi, lần 2 là 15 phút trước khi kết thúc. Với phương pháp này sẽ có ưu điểm là tổn thất tinh dầu ít hơn. Thiết bị nấu hoa được vệ sinh sạch sẽ trước mỗi mẻ nấu. Ngay từ khi dịch lọc đưa sang nồi hoa thì mở van cấp hơi nhưng ở mức vừa phải để duy trì nhiệt độ dịch lọc khoảng 78oC. Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tới khi toàn bộ dịch lọc và nước rửa bã được bơm sang nồi hoa thì dịch đường trong nồi cũng vừa sôi. Khi dịch nha vừa bắt đầu sôi được khoảng 15 phút thì cho toàn bộ cao hoa và một nửa hoa khô vào nồi. Trước khi kết thúc đun hoa 15 phút thì bổ sung phần hoa khô còn lại vào nồi nấu. Tỷ lệ cao hoa/hoa khô = 1/3. Tổng thời gian đun dịch nha với hoa houblon không quá 2 giờ. Tách bã houblon Mục đích: hoàn thiện Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng để tách bỏ những cấu tử không tan ra khỏi dịch nha. Thiết bị: Sử dụng thiết bị lắng xoáy tâm có dạng hình trụ đứng, đáy côn. Dịch đường ra khỏi nồi hoa được bơm vào thùng lắng xoáy theo phương tiếp tuyến với tiết diện hình tròn của thiết bị với vận tốc 12 – 14m/s. Dưới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực các cấu tử rắn sẽ chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc và lắng xuống phần đáy hình trụ. Phần dịch lỏng đã tách cặn nằm phía trên sẽ được tháo ra khỏi thùng, có nhiệt độ khoảng 95˚C được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh. Cặn tập trung ở đáy thùng khi bơm hết dịch được xối nước xả bã ra ngoài. Thời gian lắng xoáy khoảng 30 phút. Dịch nha thu được có các chỉ tiêu: pH = 5,2 – 5,4. Nồng độ chất khô: 10 – 13oPt. Hàm lượng monosaccharide: glucose 7 – 15g/l, fructose 0,5 – 2g/l. Disaccharide: sucrose 2 – 6g/l, maltose 45 – 65g/l (maltose là đường khử chủ lực). Trisaccharide dồm có maltosetriose, raffinose… Dextrin: DP > 10 chiếm 12,5mg/l, DP 4 – 9 chiếm 9,8 mg/. β glucan và gum: 200 – 800 mg/l. Nitơ tổng: 500 – 1100mg/l. Nitơ amin tự do: 100 – 250mg/l xác định theo phương pháp ninhydrine. Phân đoạn nitơ theo Lundin: A (20 – 25%), B (15 – 20%), C (55 – 60%). Các chất khác: acid nucleic, vitamin, khoáng, polyphenol… Làm lạnh dịch nha Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: dịch nha được làm lạnh từ 95oC về nhiệt độ lên men. Hóa lý: một số phân tử protein bị đông tụ trong quá trình làm lạnh và hình thành nên cặn mịn. Thiết bị: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng. Yêu cầu của quá trình phải thực hiện nhanh và kín để hạn chế quá trình nhiễm vi sinh vật và hoạt hóa bào tử. Thông thường người ta dùng nước lạnh để hạ nhiệt độ dịch nha từ 95oC về 40oC, sau đó dùng tác nhân lạnh để hạ tiếp về nhiệt độ lên men của chủng nấm men bia sử dụng. Nhiệt độ hoạt động của nấm men chìm trong quá trình lên men chính thường dao động trong khoảng 14 – 18oC. Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia. Các biến đổi của nguyên liệu: khi sục không khí vô trùng vào dịch nha, oxy sẽ hòa tan vào dịch nha. Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị cung cấp oxy cho dịch nha có dạng ống hình trụ được đục lỗ trên thân được đặt trong thiết bị lên men chính. Người ta sẽ nén không khí vô trùng vào ống trong. Nồng độ oxy trong dịch nha đạt 6 – 12 mg/l Để cấy giống nấm men, người ta sẽ bơm canh trường nấm men vào đường ống dẫn dịch nha từ thiết bị nạp oxy đến thiết bị lên men. Lên men chính Mục đích: chế biến. Quá trình lên men chính gồm 4 giai đoạn: Giai đoạn 1 (2 ngày đầu tiên): nấm men sẽ nảy chồi, phát triển mạnh dần, sinh khối đạt cực đại ở cuối ngày thứ hai. Đồng thời là sự giảm dần nồng độ chất hoà tan trong dịch đường, nhiệt độ tăng dần, xuất hiện nhiều bóng khí to thô bám xung quanh thùng và ở cuối ngày thứ hai có thể tạo một lớp bọt khí mỏng gồm nhiều bóng khí CO2 ở bề mặt môi trường lên men. Giai đoạn 2 (2 ngày tiếp theo): quá trình lên men bắt đầu chuyển từ quá trình lên men hiếu khí (tăng sinh khối nấm men) sang kiểu lên men kị khí (tạo C2H5OH và CO2), bọt bia xuất hiện nhiều và nhanh hơn, bóng khí khô và mịn hơn. Đồng thời là sự giảm mạnh nồng độ chất hòa tan trong dịch đang lên men và nhiệt độ tăng nhanh hơn. Giai đoạn 3 (2 – 3 ngày tiếp theo): trong giai đoạn này sự lên men xảy ra mãnh liệt nhất thể hiện rõ qua sự giảm nhanh nồng độ chất hoà tan cùng sự tăng rất nhanh nhiệt độ lên men. Chính trong giai đoạn này môi trường lên men đang tích luỹ nhiều diacetyl nhất đồng thời khí CO2 thoát ra cũng nhiều nhất. Lúc này cần theo dõi chặt chẽ biến động của nhiệt độ, ngăn chặn không cho nhiệt độ vượt quá nhiệt độ lớn nhất của phương pháp lên men đang áp dụng. Giai đoạn 4 (1 – 2 ngày cuối cùng): giai đoạn này cường độ lên men yếu dần, nồng độ chất hoà tan giảm chậm nhiệt độ ổn định và theo chiều hướng giảm dần, một bộ phận nấm men sẽ bắt đầu lắng cùng với những thành phần keo tụ của protein, tannin, nhựa đắng houblon. Các biến đổi của nguyên liệu: Sinh học: sự phát triển sinh khối và tăng về khối lượng nấm men. Hóa sinh: Sự trao đổi chất của nấm men. Trao đổi glucid. Trao đổi các hợp chất nitơ. Trao đổi lipid. Hóa lý: Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: pH giảm dần trong thời kỳ lên men chính. Sự thay đổi thế oxyhóa khử: Do sự tương tác của oxy với các cấu tử trong dịch lên men, sự tạo thành các chất có tính khử trong thời gian lên men. Sự kết mảng của tế bào nấm men. Sự tạo bọt: Do lượng CO2 tạo ra nhiều sau lên men. Vật lý: sự tỏa nhiệt do trao đổi chất của nấm men. Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị lên men được đặt ngoài trời (tank out door). Nhiệt độ lên men được giữ ổn định ở 8 – 15oC, áp lực trong thùng lên men được giữ ở 1,2 – 1,5 kg/cm2. Quá trình lên men chính kết thúc khi hàm lượng đường lên men còn khoảng 1%. Trong quá trình lên men chính có tiến hành thu hồi CO2. Khi quá trình lên men chính kết thúc thì nấm men bắt đầu kết lắng, áo lạnh ở phần côn của thùng lên men sẽ làm việc, nhiệt độ ở vùng này giảm cùng với áp suất trong thùng được giữ ở 1,2 – 1,5kg/cm2 sẽ thúc đẩy quá trình kết lắng của nấm men nhanh và chặt hơn. Mở van ở đáy côn, sinh khối nấm men sẽ được bơm đến khu vực xử lý và bảo quản ở 0 – 1oC để tái sử dụng. Nấm men có thể tái sử dụng đến đời thứ 7. Sau khi thu hồi nấm men thì sẽ chuyển sang quá trình lên men phụ. Lên men phụ Mục đích: hoàn thiện. Lên men lượng đường còn lại, bão hòa CO2 cho bia tươi, ổn định hương vị, độ trong sản phẩm. Các biến đổi xảy ra: Ở giai đoạn lên men phụ các quá trình xảy ra hoàn toàn giống giai đoạn lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn do hầu hết nấm men đã kết lắng và nhiệt độ thấp khoảng 0 – 2oC. Lên men phụ là tiếp tục quá trình lên men chính, nhằm chuyển hóa hết phần đường có khả năng lên men còn sót lại trong bia non. Ở giai đoạn này xảy ra các quá trình nhằm ổn định thành phần và tính chất cảm quan của sản phẩm như hàm lượng diacetyl giảm, các acid hữu cơ tác dụng với rượu tạo thành este... Nhiệt độ và thời gian lên men phụ là 2 yếu tố quan trọng nhất ở giai đoạn này. Nhiệt độ thấp và thời gian dài là những điều kiện quan trọng nhất để thu nhận được bia cóđộ bền keo và chất lượng cao. Hóa học: Trong quá trình lên men phụ xảy ra quá trình oxy hóa khử một số thành phần của bia như: aldehyde, acid, các loại rượu, các chất màu, diacetyl…đồng thời giữa chúng có sự tương hỗ về mặt hoá học, góp phần tạo nên thành phần và hương vị của bia. Trong quá trình này một số tế bào nấm men bị chết và tự phân bởi các enzyme protease có sẵn trong bản thân các tế bào nấm men. Sản phẩm tự phân là các peptid, acidamin, và một vài thành phần của acid nucleid. Các enzyme chủ yếu là nhóm enzyme peptidase và protease. Chính các sản phẩm tự phân này có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của bia. Quá trình thủy phân protein (protelolysis) Hóa lý: Sự kết tủa protein. Sự lắng trong bia. Bão hòa CO2 cho bia. Phương pháp thực hiện: Quá trình lên men phụ thực hiện từ 18 – 20 ngày, nhiệt độ lên men: 0 – 2oC. Lọc bia Mục đích: hoàn thiện: tách các chất keo hoà tan do tính chất bất ổn định chúng sẽ gây hiện tượng đục bia. Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm. Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng các cấu tử rắn được loại bỏ ra khỏi bia. Thiết bị và thông số công nghệ: Sử dụng thiết bị lọc dạng đĩa lọc. Sử dụng chất trợ lọc diatomite để tách các cấu tử mịn hoặc polyphenol. Lọc bia trong điều kiện kín để hạn chế sự thâm nhập của vi sinh vật và oxy không khí vào bia Cách tiến hành: trong thùng phối trộn, bia và diatomite được khuấy trộn thành huyền phù. Sau đó huyền phù được bơm qua máy lọc nhiều lần để tạo thành màng lọc trên lưới lọc. Sau khi tạo được màng lọc thì bắt đầu điều chỉnh các van sao cho đạt được yêu cầu sau: một phần bia đục được đổ vào thùng phối trộn và huyền phù từ thùng phối trộn bị cuốn theo bia đục ở đường ống chính và được lọc trong. Trong quá trình lọc phải bổ sung thêm diatomite với lượng 50 – 100 g/hl. Làm lạnh bia Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình bão hòa CO2 Các biến đổi của nguyên liệu: giảm nhiệt độ bia sau khi lọc từ 5oC về 0 – 1oC Thiết bị: sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng Bão hòa CO2 Mục đích: Bảo quản: bão hòa CO2 ức chế hoạt động vi sinh vật Hoàn thiện: Chuẩn hóa hàm lượng CO2 cho sản phẩm bia chai (hàm lượng 0,5%) Phương pháp thực hiện: Sau khi lên men chính, bia được bơm sang máy làm lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 0 – 1oC, đi qua thiết bị cacbonic hóa rồi đổ vào tank lên men phụ và tàng trữ. Trong giai đoạn lên men phụ và tàng trữ, bia được cacbonic hóa bằng bugi. Rót bia và đóng nắp Mục đích: hoàn thiện: Giúp quá trình vận hành dễ dàng, thuận tiện hơn. Nguyên tắc chiết rót: Khác với sản phẩm dạng nước, trong thành phần bia có nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ hòa tan khác nhau, nhiều hợp chất keo, và khí CO2 tồn tại dưới dạng liên kết không chặt chẽ. Các mối liên kết này phải được giữ ổn định tránh gây trào bia và tổn thất CO2. Bia không bao giờ được rót ở áp suất bão hòa CO2 mà chiết rót theo nguyên tắc đẳng áp (phải đạt được trạng thái cân bằng áp suất giữa bồn chiết bia và bao bì chiết rót), để bia có thể chảy vào bao bì một lượng đúng bằng trọng lượng riêng của nó. Cách tiến hành: Vỏ chai được bốc ra khỏi két theo băng chuyền đến máy súc rửa chai. Sau đó được kiểm tra lại bằng máy soi chai. Các chai bẩn không làm sạch được hay bị khuyết tật đều được loại bỏ đi. Các chai đạt tiêu chuẩn theo băng chuyền đến máy chiết bia và đóng nắp chai. Tại đây, băng tải sẽ vận chuyển chai vào vị trí khớp với các vòi chiết, chai được con đội nâng lên bịt kín chai vào van chiết bằng vòng ép cao su. Lúc này chai được hút chân không và đưa CO2 và sao cho áp lực CO2 trong chai và bồn chiết bằng nhau. Bia sẽ được chiết vào chai theo nguyên tắc đẳng áp. Sau khi đóng nắp chai sẽ đi qua máy kiểm tra mực bia trong chai. Vì chai bia được sử dụng lại nhiều lần nên quá trình làm sạch chai trước khi rót bia là hết sức quan trọng. Quá trình làm sạch chai được tiến hành như sau: Tráng chai bằng nước ấm ® Phun dung dịch kiềm loãng ® Ngâm rửa bằng dung dịch kiềm nóng(1–2% NaOH, 60–650C) ® Rửa nước lần 1 ® Rửa nước lần 2 ® Rửa bằng nước sạch ® Kiểm tra. Thanh trùng Mục đích: kéo dài thời gian bảo quản và ổn định chất lượng của sản phẩm. Các biến đổi của nguyên liệu: các vi sinh vật và enzyme trong bia sẽ bị vô hoạt. Phương pháp thực hiện: thanh trùng trong bao bì bằng thiết bị thanh trùng liên tục tunel. Chai bia được băng tải đưa vào thiết bị thanh trùng qua 5 vùng: vùng gia nhiệt (45oC), vùng thanh trùng (63oC), vùng làm nguội (45oC), vùng làm mát (35oC), vùng làm lạnh (25oC). Thời gian lưu của sản phẩm trong vùng thanh trùng là 20 – 30 phút. Nước được phun cho vùng nào thì được thu gom ngay vào bể chứa tương ứng phía dưới. Cả bể được gia nhiệt thường xuyên. Dán nhãn Mục đích công nghệ: hoàn thiện Thiết bị: sử dụng thiết bị dán nhãn hoạt động tự động theo phương pháp liên tục LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHÂT Lập kế hoạch sản xuất Nhà máy được thiết kế với năng suất 30 triệu lít bia/năm, cơ cấu sản phẩm 70% bia chai và 30% bia lon. Nồng độ dịch đường trước lên men là 12˚Bx ứng với bia chai, và 10,5˚Bx ứng với bia hơi. Sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ thay thế là 20% cho tổng lượng gạo và malt sử dụng. Do nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, ở miền nam khí hậu có 2 mùa khác nhau vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ bia các mùa cũng khác nhau. Mùa hè do thời tiết nóng nực nên nhu cầu sử dụng bia cao, trong khi mùa đông do thời tiết lạnh nhu cầu về bia giảm. Do đó nhà máy phải có kế hoạch sản xuất một cách hợp lý để lượng bia sản xuất ra tiêu thụ hết tránh lãng phí. -Một năm nhà máy sản xuất 300 ngày, trung bình mỗi tháng sản xuất 25 ngày, những ngày còn lại để duy tu, bảo dưỡng máy móc thiết bị.tuy nhiên để tiện cho việc tính toán ta chỉ tính trung bình còn mỗi ngày Năng suất trung bình một ngày: 30000000/300 = 100000(lít). Mỗi ngày nấu 5mẻ, năng suất một mẻ khoảng: 20000(lít). Tính cân bằng vật chất Trong quá trình sản xuất, tổn thất ở các công đoạn là không thể tránh khỏi nên trong trong quá trình tính toán ta đều phải tính đến lượng tổn thất ở từng công đoạn.Lượng tổn thất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng nguyên liệu, chế độ công nghệ thiết bị. Malt có hàm ẩm 6%, hiệu suất hoà tan 80%. Gạo có hàm ẩm 13%, hiệu suất hoà tan 85%. Tổn thất trong các quá trình lần lượt là: - Nghiền: 0,5%. - Hồ hoá, đường hoá và lọc: 3% chất hoà tan. - Nấu hoa: 10% lượng dịch do nước bay hơi. - Lắng xoáy và lạnh nhanh: 2,5%. - Lên men: 5%. - Lọc bia :1,5%. - Bão hoà CO2: 0,5%. - Chiết chai: 4%; chiết bock: 1%. Từ đó ta có các thong số cụ thể như sau: Lượng bia sản xuất được với 70 kg malt và 30 kg gạo Nguyên liệu Độ ẩm (% khối lượng) Độ trích ly ( % chất khô) Khối lượng riêng (kg/m3) Malt 6 80 530 Gạo 13 85 700 PHÂN XƯỞNG NẦU Đơn vị tính Bia 12oS Đối với malt Lượng malt ban đầu kg 70 Tổn thất trong quá trình làm sạch % 0,5 Lượng malt còn lại, Gmalt = 70*(1-0.005) kg 69,65 Độ ẩm của malt % 6 Lượng chất khô có trong malt, Gckm = Gmalt*(1-0.05) kg 65,47 Độ trích ly của malt % 80 Lượng chất chiết thu được, Gccm = Gckm*0.80 kg 52,38 Đối với gạo Lượng gạo ban đầu kg 30 Tổn thất trong quá trình làm sạch % 0,5 Lượng malt còn lại, Ggạo = 30*(1-0.005) kg 29,85 Độ ẩm của gạo % 13 Lượng chất khô có trong gạo Gckg = Ggạo*(1-0.13) kg 25,97 Độ trích ly của gạo % 85 Lượng chất chiết thu được, Gccg = Gckg*0.85 kg 22,07 Tổng cộng Tổng lượng chất chiết thu được, Gccbd=Gccm + Gccg kg 74,45 Tổn thất chất chiết trong phân xưởng nấu % 3 Lượng chất chiết thu được, Gcc = Gccbd*(1-0.03) kg 72,22 Nồng độ chất khô trước khi lên men: % 12 Lượng dịch nha thu được, Gdn = Gcc/0.12 kg 601,81 Khối lượng riêng của dịch nha (d) kg/l 1,05 Thể tích dịch nha, Vdn = Gdn/d lít 574,03 Hệ số giãn nở thể tích 1,04 Thể tích dịch nha nóng, Vdnn = Vdn*1.04 lit 596,99 Tổn thất dịch nha phân xưởng nấu % 5 Thể tích dịch nha thu được ở phân xưởng nấu: Vdn1 = Vdnn*(1-0.05) lít 567,14 PHÂN XƯỞNG LÊN MEN Đơn vị tính Bia 12oS Tổn thất do quá trình lên men % 5 Thể tích bia 120s sau khi lên men, Vbslm = Vdn (1-0.05) lít 545,33 Tổn thất trong quá trình lọc % 1,5 Thể tích XXXias au lọc, Vbsl = Vbslm (1-0.016) lít 537,15 Tổn thất trong quá trình chiết rót, thanh trùng % 2,2 Thể tích bia 120s sau khi rót, thanh trùngVbsr = Vbsl (1-0.022) lít 525,33 Lượng malt, gạo và hoa houblon cần dùng để sản xuất 100 (l) bia Tính cân bằng vật chất cho 100 lit bia Khối lượng nguyên liệu cần Malt 13,32 kg Gạo 5,71 kg Tổng cộng 19,04 kg Lượng houblon cần dùng Bia có độ đắng là 32BU, nghĩa là có 32mg chất đắng / lít bia Hiệu suất chiết chất đằng trong hoa là 30% Tổn thất trong quá trình nấu là 5% Đơn vị tính Lượng chất đắng cần cho 100 lit bia 0,16 g chất đắng/hl Lượng chất đắng sử dụng 0,53 g chất đắng/hl Lượng hoa khô (chứa 7% chất đắng) cần (75%) 5,71 g/hl Lượng cao hoa (chứa 60% chất đắng) cần (25%) 0,22 g/hl Lượng acid H2SO4 sử dụng 0,80 g/hl CaCl2 1,20 g/hl Lượng nguyên liệu và các hóa chất được tính theo năng xuất của nhà máy Đơn vị Số ngày làm việc 300 ngày Số lít bia trong 1 ngày 100000 lit Số mẻ trong ngày, k 5 mẻ T\hể tích 1 mẻ sản xuất 20000 lit Số mẻ nấu trong 1 năm 1500 mẻ Lượng nguyên liệu sử dụng cho 1 mẻ Malt 2664,99 kg Gao 1142,14 kg Tổng lượng malt và gạo 3807,13 kg Hoa khô, mhk (Xem như hoa khô có lượng chất khô hòa tan 30%, có độ ẩm 8%; cao hoa tan hoan toàn) 22,86 kg Cao hoa 0,89 kg Lượng houblon cần, mh1m 1,19 kg H2SO4 160 g CaCl2 240 g Lượng nguyên liệu sử dụng cho 1 ngày Malt 13324,96 kg Gao 5710,70 kg Tổng lượng malt và gạo 19035,66 kg Hoa khô 114,29 kg Cao hoa 4,44 kg H2SO4 0,80 kg CaCl2 1,20 kg Lượng nguyên liệu sử dụng cho 1 năm Malt 3997,49 tấn Gao 1713,21 tấn Tổng lượng malt và gạo 5710,70 tấn Hoa khô 34,29 Tấn Cao hoa 1,33 Tấn H2SO4 240 kg CaCl2 360 kg Thể tích nguyên liệu chiếm chỗ trong 1 mẻ Malt Khối lượng malt ban đầu, mm 2664,99 kg Lượng nước trong malt, Gn1 = mm*0.06 159,90 kg Lượng chất khô trong malt, Gckm = mm - Gn1 2505,09 kg Lượng chất tan trong malt, Gctm = Gckm*0.80 2004,07 kg Lượng chất không tan trong malt, Gktm = Gckm*0.20 501,02 kg Dung trọng malt khô 530 kg/m3 Thể tích malt chiếm chỗ, Vm = mm/530 5,03 m3 Gạo Khối lượng gạo ban đầu, mg 1142,14 kg Lượng nước trong gạo, Gn2 = mg*0.13 148,48 kg Lượng chất khô trong gạo, Gckg = mg - Gn2 993,66 kg Lượng chất tan trong gạo, Gctg = Gckg*0.85 844,61 kg Lượng chất không tan trong gạo, Gktg = Gckg*0.15 149,05 kg Dung trọng gạo khô 700 kg/m3 Thể tích gạo chiếm chỗ, Vg = mg/700 1.,63 m3 Lượng dịch đường đun sôi trong 1 mẻ Khối lượng nguyên liệu sử dụng, m = mm + mg 3807,13 kg Lượng dịch đường đun sôi trong 1 mẻ, Vs = Vdn*m/100/1000 22,73 m3 Thể tích dịch đường lên men trong mỗi mẻ, Vlm=Vs (1-0.05) 21,59 m3 Thể tích dịch đường lên men trong mỗi ngày, Vlm * k 107,96 m3 Thể tích dịch đường lên men trong một năm, Vlm * k * 300 32387,66 m3 Lượng bia thu được sau quá trình lọc Lượng bia 1 mẻ, Vbtt = (Vbsl*m)/100/1000 20,45 m3 Lượng bia trong 1 ngày, Vbtt*k 102,25 m3 Lượng bia 1 năm, Vbtt*k*300 30674,85 m3 Lượng bia thành phẩm Thể tích bia thành phẩm 1 mẻ, Vtp = Vbtp*m/100/1000 20,00 m3 Thể tích bia thành phẩm 1 ngày, Vtp * k 100.00 m3 Thể tích bia thành phẩm 1 năm, Vtp * k * 300 30000,00 m3 Các phụ phẩm Bã malt Bã malt, chọn độ ẩm bã, wbm 0,85 Lượng bã thu được từ 1 mẻ, Gb1m = (Gktm + Gktg)/(1-0.85)/1000 4,33 tấn Lượng bã thu được từ 1 ngày 21,67 tấn Lượng bã thu được từ 1 năm 6500,68 tấn Bã houblon Bã houblon, chọn độ ẩm bã, wbh 0,85 Lượng houblon không hòa tan, mkth = mhk*0.92*0.7 14,72 kg Lượng bã thu được từ 1 mẻ, mkth = mh1m/(1-0.85) 98,13 kg Lượng bã thu được từ 1 ngày 490,67 kg Lượng bã thu được từ 1 năm 147,20 tấn CO2 Lượng CO2 thu được từ 10 lit bia 3,1 g Lượng CO2 thu được trong 1 mẻ 6,2 kg Lượng CO2 thu được trong 1 ngày 31 kg Lượng CO2 thu được trong 1 năm 9300 kg Bã men Lượng bã men thu được từ 100lit bia 0,5 kg Lượng bã men thu được trong 1 mẻ 150 kg Lượng bã men thu được trong 1 ngày 750 kg Lượng bã men thu được trong 1 năm 225000 kg Số chai Dung tích chai, v 0,5 lit Số chai sử dụng cho 1 mẻ, n = Vtp/v 60000 chai Tổn thất do bảo quản trong kho 0,2 % Số chai bị tổn thất trong quá trình bảo quản, n1 = n*0.002 120 chai Tổn thất chai trong quá trình rửa 1 % Số chai bị tổn thất trong quá trình rửa, n2 = n*0.01 600 chai Tổn thất chai trong quá trình rót, đóng nắp, thanh trùng 1 % Số chai bị tổn thất trong quá trình rót, đóng nắp, n3 = n*0.01 600 chai Tổn thất chai trong quá trình xếp vào két 0,1 % Số chai bị tổn thất trong quá trình xếp vào két, n4 = n*0.011 60 chai Số chai thực tế cần dùng trong 1 mẻ, nt = n+n1+n2+n3+n4 61380 chai Số chai nhận về trong 1 ngày 306900 chai Số chai nhận về trong 1 năm 92070000 chai Số két, pallet Số chai trong 1 két, nc 20 chai Số két trong 1 pallet, nk 48 két Số két dùng trong 1 mẻ, Nkm = nt/nc 3069 két Số két dùng trong 1 ngày 15345 két Số pallet dùng trong 1 mẻ, Npm = Nkm/nk 64 pallet Số pallet dùng trong 1 ngày 320 pallet Số nắp Số nắp cần cho việc đóng nắp so với số chai thành phẩm 104 % Tiêu hao cho mỗi mẻ SNm = 1.04*(n+n3+n4) 63086 nắp Tiêu hao cho 1 ngày 315430 nắp Tiêu hao cho 1 năm 94629000 nắp Lượng diatomit trong quá trình lọc bia Tiêu hao cho 10 lit bia thành phẩm 25 g Tiêu hao cho 1 mẻ, Gd = Vtp*125/10 50 kg Tiêu hao cho 1 ngày 250 kg Tiêu hao cho 1 năm 75 tấn Phụ liệu trong quá trình vệ sinh thiết bị Nước clo Lượng nước clo cần sử dụng cho 10m3 sản phẩm 1.6 kg Lượng clo cần cho 1 mẻ, Gcl = 1.6*Vtp/10 3,2 kg Lượng clo cần cho 1 ngày 16 kg Lượng clo cần cho 1 năm 4800 kg NaOH Lượng NaOH cần sử dụng cho 10m3 sản phẩm 1,7 kg Lượng NaOH cần cho 1 mẻ, Gnaoh = 1.7*Vtp/10 3,4 kg Lượng NaOH cần cho 1 ngày 17 kg Lượng NaOH cần cho 1 năm 5100 kg Phụ liệu trong quá trình rửa chai Sulphanol Lượng tiêu thụ cho 10 triệu lit sản phẩm 225 kg Lượng tiêu hao cho 1 năm 675 kg NaOH Lượng NaOH dùng để rửa 1 triệu chai thành phẩm 1100 kg Lượng NaOH dùng để rửa chai trong 1 năm 101,277 tấn TÍNH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ Lịch làm việc của các phân xưởng Phân xưởng nấu ü Soá giôø laøm vieäc trong 1 ca: 8 (giôø). ü Soá ca laøm vieäc trong 1 ngaøy: 3 (ca). ü Soá ngaøy laøm vieäc trong 1 thaùng: 25 (ngaøy). ü Soá ngaøy laøm vieäc trong 1 naêm : 300 (ngaøy). ü Thôøi gian veä sinh thieát bò: thöù hai moãi ñaàu tuaàn, moãi laàn veä sinh trong 8 giôø. Phân xưởng lên men ü Soá giôø laøm vieäc trong 1 ca: 8 (giôø). ü Soá ca laøm vieäc trong 1 ngaøy: 3 (ca). ü Soá ngaøy laøm vieäc trong 1 thaùng: 25 (ngaøy). ü Soá ngaøy laøm vieäc trong 1 naêm: 300 (ngaøy). ü Thôøi gian veä sinh thieát bò: veä sinh thieát bò leân men vaø ñöôøng oáng sau moãi laàn leân men, moãi laàn veä sinh trong 8 giôø. Phân xưởng chiết ü Soá giôø laøm vieäc trong 1 ca: 8 (giôø). ü Soá ca laøm vieäc trong 1 ngaøy: 2 (ca). ü Soá ngaøy laøm vieäc trong 1 thaùng: 25 (ngaøy). ü Soá ngaøy laøm vieäc trong 1 naêm: 300 (ngaøy). ü Thôøi gian veä sinh thieát bò: veä sinh ñöôøng oáng vaø thieát bò chieát roùt sau moãi laàn chieát roùt, moãi laàn veä sinh trong 8 giôø. Lựa chọn thiết bị Nhập nguyên liệu Gàu tải nhập liệu vào silo Malt Dự tính nhập malt trong 15 ngày Lượng malt cần dùng cho sản xuất trong 2 tháng: Gm = mm*5*25*2 = 13325 x 25 x 2 = 666248 kg Dự kiến nhập malt trong 15 ngày, mỗi ngày 2 ca. Năng suất thực tế của gàu tải: Hiệu suất làm việc của gàu tải là 80%. Năng suất lý thuyết của gàu tải là: Gạo Dự tính nhập gạo trong 3 ngày Lượng gạo cần dùng cho sản xuất trong 1 tháng: Dự kiến nhập gạo trong 3 ngày, mỗi ngày 2 ca. Năng suất thực tế của gàu tải là: Hiệu suất làm việc của gàu tải là 80%. Năng suất ký thuyết của gàu tải là: Vì malt và gạo không vận chuyển cùng lúc nên có thể chọn một thiết bị gàu tải chung để tải malt và gạo vào silo. Chọn gàu tải có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 41: Thông số kĩ thuật gàu tải Hãng cung cấp Sydney manufacturing Năng suất tấn/h 5 Công suất động cơ KW 0.75 Dung tích gàu tải lít 0.88 Khoảng cách giữa 2 gàu mm 200 Chiều rộng gàu mm 550 Chiều cao gàu mm 50 Vít tải nhập liệu vào silo Vít tải sẽ chọn năng suất tương đương với năng suất gàu tải. Chọn vít tải có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 42: Thông số kĩ thuật vít tải Hãng cung cấp Sydney manufacturing Năng suất tấn/h 5 Bước vít mm 200 Đường kính vít mm 200 Số vòng quay vòng/phút 60 Cân Chọn loại cân tự động có năng suất tương đương với năng suất của gàu tải. Chọn cân điện tử có các thông số lỹ thuật sau : Bảng 43: Thông số kĩ thuật bơm Hãng cung cấp Olympia Conveyors Năng suất tấn/h 5 Dung sai cho phép % Dung tích gàu m3 0.04 Silo Malt Thể tích malt chiếm chỗ: Chọn silo có kích thước: Chiều cao thân trụ: 12 (m). Đường kính: 5 (m). Góc nón: 60o. Thể tích thân và đáy nón: Hệ số sử dụng của silo là: 0.9. Dung tích chứa thực tế của silo là: Số silo cần dùng để trữ malt: Vậy số silo cần dùng là: 6 cái. Gạo Thể tích gạo chiếm chỗ: Chọn silo có kích thước: Chiều cao thân trụ: 11 (m). Đường kính: 4.5 (m). Góc nón: 60o. Thể tích thân và đáy nón: Hệ số sử dụng của silo là 0.9. Dung tích thực tế của silo là: Số silo cần dùng để trữ gạo là: Vậy số silo cần dùng là: 2 cái. Chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình nấu Gàu tải Malt Lượng malt cần dùng trong 1 mẻ: mm= 2665 (kg). Thời gian vận chuyển malt dự kiến là 60 phút. Hiệu suất làm việc của gàu tải là 80%. Năng suất gàu tải là: Chọn gàu tải có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 44: Thông số kĩ thuật gàu tải Hãng cung cấp Sydney manufacturing Năng suất tấn/h 5 Công suất động cơ KW 0,75 Dung tích gàu lít 0,86 Khoảng cách giữa hai gàu mm 200 Chiều rộng gàu mm 500 Chiều cao gàu mm 50 Gạo Lượng gạo cần dùng trong 1 mẻ: mg= 1142,14 (kg). Thời gian vận chuyển gạo dự kiến là 30 phút. Hiệu suất làm việc của gàu tải là 80%. Năng suất gàu tải là: Chọn gàu tải có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 45: Thông số kĩ thuật gàu tải Hãng cung cấp Sydney manufacturing Năng suất tấn/h 3 Công suất động cơ KW 0,55 Dung tích gàu lít 0,6 Khoảng cách giữa 2 gàu mm 250 Chiều rộng gàu mm 400 Chiều cao gàu mm 13.,5 Vận tốc bộ phận kéo m/s 1,5 Vít tải Malt Chọn vít tải có năng suất tương tự năng suất của gàu tải: Bảng 46: Thông số kĩ thuật vít tải Hãng cung cấp Sydney manufacturing Năng suất tấn/h 5 Bước vít mm 200 Đường kính vít mm 200 Số vòng quay vòng/phút 60 Gạo Chọn vít tải có năng suất tương tự năng suất của gàu tải: Bảng 47: Thông số kĩ thuật vít tải Hãng cung cấp Sydney manufacturing Năng suất tấn/h 3 Bước vít mm 200 Đường kính vít mm 200 Số vòng quay vòng/phút 40 Sàng phân loạ: Malt Lượng malt dùng trong 1 mẻ: mm= 2665 (kg). Thời gian sàng 1 mẻ là 60 phút. Năng suất máy sàng: Gạo Lượng gạo dùng trong 1 mẻ: mg= 1142,14 (kg). Thời gian sàng 1 mẻ: 30 phút. Năng suất máy sàng: Chọn máy sàng gạo và sàng malt có thông số kỹ thuật như sau: Bảng 48: Thông số kĩ thuật sàng Hãng cung cấp Gusmer Năng suất tấn/h 3 Kích thước () mm 16008001200 Công suất động cơ KW 4 Trọng lượng máy kg 1800 Cân Trước khi đưa nguyên liệu từ máy sàng vào máy nghiền, nguyên liệu phải được cân để đảm bảo đủ khối lượng cần thiết. Chọn loại cân tự động phù hợp với năng suất của máy sàng. Bảng 49: Thông số kĩ thuật cân Hãng cung cấp Olympia Conveyors Năng suất tấn/h 3 Dung sai cho phép % 0,1 Dung tích gàu m3 0,03 Máy nghiền Nghiền malt Lượng malt dùng trong 1 mẻ: mm= 2665 (kg). Thời gian nghiền 1 mẻ: 60 phút. Năng suất máy nghiền: Chọn máy nghiền malt có thông số kỹ thuật sau: Bảng 410: Thông số kĩ thuật máy nghiền Hãng cung cấp Künzel Năng suất tấn/h 3 Công suất động cơ KW 10 Kích thước máy () mm 197016751745 Số trục trục 6 Nghiền gạo Lượng gạo dùng cho 1 mẻ: mg= 1142,14 (kg). Thời gian nghiền 1 mẻ: 30 phút. Năng suất máy nghiền: Chọn máy nghiền gạo là máy nghiền búa có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 411: Thông số kĩ thuật máy nghiền búa Hãng cung cấp Glen Moray Mã hiệu PHM – 2 Năng suất tấn/h 3 Công suất động cơ KW 8 Đường kính buồng nghiền mm 550 Chiều rộng buồng nghiền mm 360 Vận tốc quay roto vòng/phút 3000 Quá trình nấu Lượng nguyên liệu trong 1 mẻ nấu: Chọn hệ 3 nồi: 2 nồi malt, 1 nồi gạo. Nồi nấu gạo Lượng gạo dùng trong 1 mẻ: mg= 1142,14 (kg). Thể tích gạo chiếm chỗ: Vg= 1,63 (m3). Lượng nước dùng để nấu gạo trong 1 mẻ: V2= 6,52 (m3). Thể tích malt lót chiếm chỗ: Thể tích cháo gạo: Vchaogao = Vg + Vml + V2 = 8,32 (m3) Hệ số sử dụng của nồi gạo là 65%. Thể tích thực của nồi nấu gạo: * Chọn thiết bị nấu gạo 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. Hình 41: Nồi nấu gạo Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = = = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 12,8(m3). Suy ra: D = 2,85m. Ta chọn : D = 3m. H = 1,8m; h1 = 0,6m; h2 = 0,45m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 3,2m. Chọn nồi nấu có thông số kỹ thuật sau: Bảng 412: Thông số kĩ thuật nồi nấu Hang cung cấp huppmann Thể tích của nồi m3 16 Bề mặt truyền nhiệt m2 10,9 Đường kính trong mm 3000 Đường kính ngoài mm 3200 Chiều cao thân trụ mm 1800 Chiều cao phần đáy cầu mm 600 Chiều cao phần đỉnh cầu mm 450 Số vòng quay của cánh khuấy Vòng/phút 25 Công suất động cơ KW 8 Áp suất hơi Kg/cm2 2,5 Đường kính ổng đãn hơi vào mm 40 Đường kính ống đãn hơi ra mm 500 Đường kính ống dẫn nước vào mm 80 Đường kính ống dẫn cháo mm 120 Khối lượng thiết bị Tấn 23 Nồi nấu malt Lượng malt dùng trong 1 mẻ nấu: mm1= mm – mmml = 2550,79 (kg). Thể tích malt chiếm chỗ: = 4,813 (m3). Lượng nước cần để nấu malt trong 1 mẻ: V1= 19,252 (m3). Thể tích cháo malt: Vchaomalt = Vm + V1 = 24,065 (m3) Hệ số sử dụng của nồi nấu là 65%. Thể tích thực của nồi nấu là: * 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. Hình 42: Nồi nấu malt Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = = = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 18,51(m3). Suy ra: D = 3,25m. Quy chuẩn: D = 3,25m. H = 1,95m; h1 = 0,65m; h2 = 0,4875m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 3,45m. Chọn nồi nấu có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 413: Thông số kĩ thuật nồi nấu Hãng cung cấp Huppmann Dung tích toàn phần m3 19 Bề mặt truyền nhiệt m2 12,6 Đường kính trong mm 3250 Đường kính ngoài mm 3450 Chiều cao phần thân trụ mm 1950 Chiều cao phần đỉnh cầu mm 487,5 Chiều cao phần đáy cầu mm 650 Số vòng quay cánh khuấy vòng/phút 25 Công suất động cơ KW 8 Áp suất hơi kg/cm2 8,5 Đường kính ống dẫn hơi vào mm 40 Đường kính ống dẫn hơi ra mm 500 Đường kính ống dẫn nước vào mm 90 Đường kính ống dẫn cháo mm 120 Khối lượng thiết bị tấn 24 Thiết bị lọc bã malt Thể tích cháo malt cần lọc mỗi mẻ: Thời gian lọc : 90 phút. Năng suất thiết bị: Hệ số sử dụng của thiết bị lọc bã malt là 80%. Thể tích của thiết bị lọc bã malt: Chọn chiều cao lớp bã là: 0,5m Chọn 2 thiết bị lọc đáy bằng. và ta có diện tích đáy lọc là = 30,8(m2) Suy ra đường kính của thiết bị lọc là : D = ≈ 4(m) Hình 43: Thiết bị lọc đáy bằng Đường kính ngoài của thiết bị là 4 m Nắp nón h2 = 0,15 D = 0,6 m Chọn 2 thiết bị lọc đáy bằng có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 414: Thông số kĩ thuật nồi lọc Hãng cung cấp Huppmannn Thể tích tổng 15,4 m3 Năng suất thiết bị 20 m3/h Đường kính trong của nồi 4000 mm Chiều cao thân trụ 600 mm Tốc độ cánh khuấy 1 – 5 vòng/phút Công suất động cơ 4,5 KW Diện tích lọc 46 m2 Khối lượng thiết bị 50 tấn Thùng chứa nước rửa bã Thể tích dịch đường đun sôi: Vs= 22,73 (m3). Thể tích cháo malt cần lọc: = 24,16 (m3). Khối lượng riêng của bã: rb = 564,259 Thể tích bã trong 1 mẻ: Thể tích nước rửa bã khi lọc: Hệ số sử dụng của thùng chứa nước rửa là 80%. Thể tích thực của thùng chứa: *Chọn thùng chứa nước 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: = = 1,178D3 Ta có: 1,178D3 = 7,8(m3). Suy ra D = 2; H = 3 m ; h2 = 0,3m Thong số kĩ thuật của thiết bị Đường kính: 2000 (mm). Chiều cao thân : 3000 (mm). Chiều cao đỉnh 300 mm Bơm Bơm từ nồi nấu gạo sang nồi nấu malt Lượng cháo gạo cần bơm sang trong 1 mẻ: = 8,32 (m3). Thời gian bơm hết cháo gạo là 20 phút. Năng suất bơm: Các thông số kĩ thuật của bơm Bảng 415: Thông số kĩ thuật bơm Mã hiệu HX - 4P Năng suất m3/h 30 Ap suất toàn phần m 30 Số vòng quay của roto vòng/phút 1150 Công suất KW 7 Bơm từ nồi nấu sang thiết bị lọc Lượng cháo malt và cháo gạo trong một mẻ: = Vcg +Vcm = 8,32 + 24,16 = 32,48 (m3). Thời gian bơm hết lượng cháo là 75 phút. Năng suất bơm: Chọn bơm ly tâm chịu được nhiệt độ cao có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 416: Thông số kĩ thuật bơm ly tâm Mã hiệu HX - 4P Năng suất m3/h 30 Ap suất toàn phần m 30 Số vòng quay của roto vòng/phút 1150 Công suất KW 7 Thùng chứa dịch nha sau lọc Lượng dịch đường đun sôi trong 1 mẻ: Vs = 22.73 (m3). Hệ số sử dụng của bồn là 90%. Thể tích thực của bồn chứa trung gian: * Chọn thiết bị 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. Hình 44: Thùng chứa dịch nha sau lọc Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = = = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 25,26m3 Suy ra: D = 3,6m. Chọn Thiết bị có thong số như sau: Bảng 417: Thông số kĩ thuật nồi Đơn vị Giá trị Đường kính mm 3600 Chiều cao thân trụ mm 2160 Chiều cao đáy nón mm 720 Chiều cao đỉnh mm 540 Thể tích tổng m3 26 Thể tích sử dụng m3 22,37 Thùng chứa bã Lượng bã ướt có trong 1 mẻ: = 4330 (kg). Khối lượng riêng của bã ướt sau lọc: = 564.259 (kg/m3). Thể tích bã chiếm chỗ: Hệ số sử dụng của thùng là 80%. Thể tích thực của thùng là: Chọn thùng chứa bã hình trụ, đáy côn, góc đáy 60o, có kích thước như sau: Bảng 418: Thông số kĩ thuật thùng chứa bã Đơn vị Giá trị Đường kính mm 2400 Chiều cao thân trụ mm 2000 Chiều cao đáy nón mm 2078 Thể tích tổng m3 12.18 Thể tích sử dụng m3 12.03 Nồi đun sôi với hoa houblon Lượng dịch đường đun sôi trong 1 mẻ: Vs = 22,73(m3). Hệ số sử dụng của nồi là 80%. Thể tích thực của nồi là : * Chọn thiết bị đun hoa là 1 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. Hình 45: Nồi đun sôi với hoa houblon Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = = = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 28,48/3 = 9,49m3 suy ra D = 2,6m ; H = 1,56 m ; h1 =0,52 m ; h2= 0,39m Chọn nồi đun sôi 1 nồi hoa houblon có kích thước như sau: Bảng 419: Thông số kĩ thuật nồi đun Hãng cung cấp Huppmann Thể tích tổng m3 15 Diện tích bề mặt truyền nhiệt m2 12,6 Đường kính trong mm 2600 Đường kính ngoài mm 2800 Chiều cao thân trụ mm 1560 Chiều cao đỉnh mm 390 Chiều cao đáy mm 520 Công suất động cơ KW 8.5 Số vòng quay của cánh khuấy Vòng/phút 50 Áp lực hơi làm việc kg/cm2 2.5 Đường kính ống dẫn hơi mm 90 Khối lượng thiết bị tấn 22 Bơm dịch nha từ nồi hoa sang thiết bị lắng whirpool Khi đun sôi với hoa sẽ có một phần nước bay hơi, khoảng 7%. Thể tích dịch đường sau khi đun sôi với hoa houblon trong 1 mẻ: Thời gian bơm dịch đường đến thiết bị whirlpool là 35 phút. Năng suất bơm: Chọn bơm ly tâm có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 420: Thông số kĩ thuật bơm Mã hiệu DWO Năng suất tối đa m3/h 50 Ap suất toàn phần m 90 Số vòng quay của roto vòng/phút 1600 Công suất tối đa KW 8 Thiết bị lắng Whirpool Chọn thùng lắng Whirlpool có ống dẫn dịch đường đi vào theo phương tiếp tuyến cách đáy thùng theo chiều cao và có 3 cửa tháo dịch đường sau khi lắng. Thể tích dịch đường lắng trong 1 mẻ: = 21,14 (m3). Hệ số sử dụng của thiết bị là 80%. Thể tích thực của thùng là: Thời gian lắng là 40 phút. Công suất của thùng lắng là: Đáy bằng hơi nghiêng 3 - 5˚, thân trụ H = 0,8D, nắp nón h2 = 0,15D. Hình 46: Thiết bị lắng whirlpool Thể tích thùng: V = = 0,628D3 Suy ra 0,628D3 = 26,425=> D = 3,5m ; H =2,8m ; h2 =0,525m Bảng 421: Thông số kĩ thuật thiết bị lắng Hãng cung cấp Huppmann Thời gian lắng phút 40 Công suất m3/h 45 Thể tích tổng m3 27 Đường kính trong mm 3500 Đường kính ống dẫn dịch vào đoạn lớn nhất mm 120 Đường kính ống dẫn dịch vào đoạn bé nhất mm 40 Chiều cao thân thiết bị mm 2800 Chiều cao đỉnh thiết bị mm 525 Khối lượng thiết bị tấn 2.2 Bơm dịch nha đến thiết bị làm lạnh Lượng dịch cần bơm là: = 21,14 (m3). Thời gian bơm dịch đường từ thiết bị lắng đến thiết bị làm lạnh là 30 phút. Năng suất của bơm là: Chọn bơm ly tâm có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 422: Thông số kĩ thuật bơm Mã hiệu PEDROLLO Năng suất tối đa m3/h 50 Ap suất toàn phần m 5 Công suất tối đa KW 8 Số vòng quay của roto Vòng/phút 1500 Thiết bị làm lạnh Lượng dịch nha cần làm lạnh V = 21,14 Thời gian bơm dịch đường từ thiết bị lắng đến thiết bị làm lạnh là 30 phút. Năng suất của bơm là: Chọn bơm ly tâm có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 423: Thông số kĩ thuật thiết bị làm lạnh Hãng cung cấp Alfa Laval Năng suất m3/h 50 Số ngăn ngăn 5 Nhiệt độ dịch đường ở ngăn 1 oC 90 Nhiệt độ dịch đường ở ngăn 2 oC 60 – 65 Nhiệt độ dịch đường ở ngăn 3 oC 40 – 45 Nhiệt độ dịch đường ở ngăn 4 oC 20 – 25 Nhiệt độ dịch đường ở ngăn 5 oC 8 Công suất động cơ kW 8.5 Tank lên men Thể tích của tank out door: Thể tích nấm men cấy bằng 6% thể tích dịch nha Hệ số sử dụng của tank 70% (lượng dịch nha chứa trong bồn chiếm 2/3 chiều cao bồn nhằm tạo khoảng không cho sự sinh khí CO2 trong quá trình lên men) Số mẻ dự định châm cho 1 tank lên men : 5 (mẻ) Số tank lên men: Vậy số tank sử dụng là 30 (cái). Chọn tank lên men là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,5D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = = = 1,405D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị chiếm 15% tổng thể tích có thể chứa của thùng, ta có: Vtr = = Suy ra: h3 = 0,316D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,653D3 Suy ra 1,405D3 = 133,71 =>chọn D= 4,6m; h1 = 3,98m; h2 = 6,9m ; h3= 1,45 m , h4 =0,46 Bảng 424: Thông số kỹ thuật của tank lên men Thể tích tổng 160 (m3) Thể tích làm việc 137 (m3) Chiều cao thiết bị 12790 (mm) Chiều cao nắp 1050 (mm) Chiều cao thân trụ 10941 (mm) Chiều cao đáy nón 3504 (mm) Đường kính trong 4000 Thiết bị nhân giống cấp II Chọn thiết bị nhân giống cấp II là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = = = 1,012D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = = 0,2Vhi Suy ra: h3 = 0,258D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,215D3 Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/10 thể tích dịch lên men trong 1 tank lên men: 0,1.133,71 = 13,371(m3) Ta có: Vhi = 1,012D3 = 13,37(m3) Suy ra: D = 2,36(m) Quy chuẩn: D = 2,4m; h1 =2m ; h2 = 2,4m; h3 = 0,63m; h4 = 0,24m Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,215D3 = 1,215.2,43 = 17(m3) Thùng nhân giống có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị là: Dng = 2,6m. Thiết bị nhân giống cấp I Chọn thiết bị nhân giống cấp I là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = = = 1,012D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = = 0,2Vhi Suy ra: h3 = 0,258D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,215D3 Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/3 thể tích dịch nhân men cấp II:13,37/3 =4,46(m3) Ta có: 1,012D3 = 4,46(m3) Suy ra: D = 1,54(m) Quy chuẩn: D = 1,6m; h1 = 1,39m; h2 = 1,6m; h3 = 0,41m; h4 = 0,16m Thể tích thực của thiết bị: V = 1,215D3 = 1,215.1,63 =5,0(m3) Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kinh ngoài của thiết bị là: Dng = 1,8m. Thiết bị ở phòng xử lý men Thông thường 100 lít dịch sau lên men thu được 6 lít sữa men Lượng sữa men thu được 1 tank là: Lượng sữa men thu được: 1/3 được tuần hoàn tái sử dụng cho lần lên men sau, 2/3 còn lại đem ép bán làm thức ăn gia súc Thùng chứa nấm men bẩn Thể tích nấm men bẩn: Hệ số sử dụng của thùng: 0,9 Thể tích thực của thùng: Chọn thùng hình trụ đáy nón: Chọn các kích thước của thùng: D = H =2h Vậy ta có thùng chứa nấm men bẩn với các thông số như sau: D = 1,8 m H = 1,8 m h = 0,6 m Bảng 425: Thông số kỹ thuật của thùng chứa nấm men bẩn Chiều cao thân trụ 1800 (mm) Chiều cao đáy nón 600 (mm) Đường kính trong 1800 (mm) Thể tích 5 (m3) thùng bảo quản nấm men sạch Thể tích nấm men sạch: Hệ số sử dụng của thùng: 0,9 Thể tích thực của thùng: Chọn thùng chứa thân trụ, đáy côn có các thông số kỹ thuật sau: Chọn các kích thước của thùng: D = H =2h Vậy D = 1,4 m H = 1,4 m h = 0,7 m Bảng 426: Thông số kỹ thuật của thùng bảo quản nấm men sạch Chiều cao thân trụ 1400 (mm) Chiều cao đáy nón 700 (mm) Đường kính trong 1400 (mm) Thể tích 2,5 (m3) Thiết bị lọc Thể tích bia cần lọc 1 mẻ = 20,45 m3 Thời gian lọc là 1 giờ. Năng suất yêu cầu máy lọc: Chọn thiết bị lọc membrane có tên profi membrane system for DE-free clarification of beer Hình 47: Thiết bị lọc Với các thông số kĩ thuật như sau Bảng 427: Thông số kĩ thuật thiết bị lọc Tên hãng sản xuất Pall Năng suất của thiết bị 240 (hl/h) Số modules 20x2 Thể tích lọc tối da trong một ngày 3840(hl) Diện tích lọc 200(l/m2) Áp suất 6(bar) Nhiệt độ 80c Bơm qua hệ thống lọc: Thời gian dự kiến lọc là 1 giờ Vậy năng suất lọc là: 20,45 m3/h Chọn bơm có thông số kĩ thuật như sau Bảng 428: Thông số kỹ thuật của bơm Hãng cung cấp Alfa Laval Model MR – 185S Công suất động cơ 5,5 kW Áp suất đầu vào lớn nhất 4 bar Nhiệt độ hoạt động -10°C tới +140°C Kích thước dài ´ rộng ´ cao 685 ´ 383 ´ 513 (mm) Hình 48: Thiết bị bơm Máy làm lạnh bia nhanh Lượng dịch nha cần làm lạnh là: Vbtt = 20,45 (m3) Thời gian làm lạnh dự kiến là: 20 phút. Làm lạnh bằng thiết bị bản mỏng. Năng suất làm lạnh của thiết bị là: Chọn thiết bị làm lạnh có vách ngăn với các thong số sau Bảng 429: Thông số kỹ thuật của thiết bị làm lạnh Hãng cung cấp Alfa Laval Model Front 10 Năng suất 65 (m3/h) Kích thước bản mỏng 1500 x 500 (mm) Bề mặt truyền nhiệt 0,62 (m2) Kích thước thiết bị (dài ´ rộng ´ cao) 5000 ´ 850 ´ 2167 (mm) Thiết bị bảo hòa CO2 Thể tích bia sau lọc trong 1 mẻ: Vbtt = 20,45 (m3) Thời gian bão hoà CO2 dự kiến: trong 30 phút Năng suất của máy bão hòa CO2: Chọn máy bão hòa CO2 có các thông số kỹ thuật sau: Bảng 430: Thông số kỹ thuật của máy bão hòa CO2 Năng suất 28 – 50 (m3/h) Áp lực CO2 trong thiết bị 0,3 MPa Kích thước dài ´ rộng ´ cao 1,5 ´ 1,0 ´ 2,3 (m) Nồng độ CO2 đạt được tối đa trong sản phẩm 7 (g/l) Khối lượng thiết bị g) Hình 49: Thiết bị bão hòa CO2 Phân xưởng chiết Sản lượng bia chai trong 1 ngày: 200 000 chai. Thời gian sản xuất 1 ngày: 16 giờ. Bơm từ thùng chứa đến hệ thống chiết Thời gian làm việc của bơm phải tương ứng với thời gian chiết chai. Do đó năng suất của bơm là: . Chọn bơm với thông số như sau: Bảng 431: Thông số kỹ thuật của bơm (từ tank tàng trữ đến bộ phận chiết) Hãng cung cấp Alfa Laval Model MR – 185S Công suất động cơ 5,5 kW Áp suất đầu vào lớn nhất 4 bar Nhiệt độ hoạt động -10°C tới +140°C Kích thước dài ´ rộng ´ cao ´ 383 ´ 513 (mm) Thiết bị gắp chai Bảng 432: Thông số kỹ thuật của thiết bị gắp chai Hãng cung cấp Krones Năng suất 18000 (chai/h) Công suất điện 5 (kW) Kích thước thiết bị (dài ´ rộng ´ cao) ´ 1000 ´ 1800 (mm) Thiết bị rửa chai Bảng 433: Thông số kỹ thuật của thiết bị rửa chai Hãng cung cấp Krones Năng suất 18000 (chai/h) Công suất điện 68 (kW) Kích thước thiết bị (dài ´ rộng ´ cao) 14500 ´ 4200 ´ 2600 (mm) Khối lượng thiết bị tấn) Thiết bị đóng nắp Bảng 434: Thông số kỹ thuật của thiết bị đóng nắp Hãng cung cấp Krones Năng suất 18000 (chai/h) Công suất điện 8 (kW) Kích thước thiết bị (dài ´ rộng ´ cao) 3100 ´ 2300 ´ 2180 (mm) Khối lượng thiết bị 6,5 (tấn) Thiết bị thanh trùng Bảng 435: Thông số kỹ thuật của thiết bị thanh trùng Hãng cung cấp Sander Hansen Năng suất 18000 (chai/h) Thời gian thanh trùng 60 phút Nhiệt độ lớn nhất của quá trình 630C Kích thước thiết bị (dài ´ rộng ´ cao) 15200 ´ 3000 ´ 2000 (mm) Khối lượng thiết bị 22 (tấn) Công suất điện kW) Thiết bị dán nhãn Bảng 436: Thông số kỹ thuật của thiết bị dán nhãn Hãng cung cấp Krones Năng suất 18000 (chai/h) Dung tích chai 0,45 (l) Công suất điện 3 (kW) Kích thước thiết bị (dài ´ rộng ´ cao) 3000 ´ 2400 ´ 1100 (mm) Khối lượng thiết bị 1,9 (tấn) KẾT LUẬN Nhà máy sản xuất bia theo công nghệ lên men hiện đại bao gồm nhiều phân xưởng với các máy móc, trang bị hiện đại. Do đó thiết kế một nhà máy bia hoàn chỉnh với đầy đủ các bộ phận là một công việc rất phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian và phải có kiến thức tổng hợp về nhiều lĩnh vực. Điều này cũng nói lên rằng thiết kế nhà máy bia là một yêu cầu và cũng là điêu kiện cần thiết để rèn luyện kỹ năng và giúp tiếp cận gần hơn với công nghiệp sản xuất thực phẩm và đặc biệt là ngành công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men. Quá trình làm đồ án đã giúp em có thêm nhiều hiểu biết về công nghệ sản xuất bia theo công nghệ hiện đại, một ngành sản xuất hiện vẫn còn là tiềm năng và hứa hẹn phát triển ở nước ta. Đây sẽ là một kinh nghiệm rất hữu ích cho công việc của em sau này. Được sự giúp đỡ tận tình của Cô Nguyễn Thị Hiền cùng các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm trường Đại học Bách Khoa, đồ án của em đã hoàn thành. Do kinh nghiệm bản thân còn ít và thời gian có hạn, đồ án của em chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô để em hoàn thiện kiến thức và rút ra được nhiều kinh nghiệm hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2011 Sinh viên thực hiện Phan Thương