Thiết kế nhà máy bia năng suất 45 triệu lít/năm sửa dụng nguyên liệu gạo thay thế tỷ lệ là 25%

u. Sữa men sạch được kiểm tra để xác định chất lượng, hoạt lực sau đó bảo quản trong nước lạnh ở nhiệt độ 0 – 20C. Hoạt hóa: trước khi sử dụng để nấm men phát triểm tốt cần phải tiến hành hoạt bóa giống bằng cách sau:men sữa bằng 4:1 sục không khí vô trùng vào dịch đồng thời thời tăng dần nhiệt độ tới gần nhiệt độ lên men. Khi có nhiều tế bào phát triển và độ cồn đạt 0,3% thì kết thúc quá trình hoạt hóa. - Chọn phương thức lên men: Bia chai có nồng độ dịch đường trước lên men là 120Bx ở đây em chọn phương thức lên men gián đoạn theo mẻ, phương pháp lên men gia tốc trong các thiết bị lên men kín thân trụ đáy côn, sử dụng chủng nấm men thuộc loại sacharomyces carbergensis chu kỳ lên men là 18 ngày. ở giai đoạn lên men chính dịch lên men được duy trì ở nhiệt độ 80C trong thời gian 6 ngày, sau lên men chính bia non được làm lạnh xuống 40C để nấm men dể dàng kết lắng và được tháo ra ngoài. Cuối cùng hạ nhiệt độ dịch lên men xuống 20C và tiến hành lên men phụ và tàng trữ để lão hóa bia non thành bia tiêu chuẩn đông thời bảo hòa C02 cho bia. - Chọn thiết bị: Tank lên men: Dịch đường được đưa vào thiết bị theo đường ống nạp dịch ở dưới đáy tank. Sau khi lên men, bia tạo thành cũng lấy ra theo đường ống đó. Trong quá trình lên men khí chính là CO2, nhưng nếu lượng CO2 tạo ra nhiều sẽ được xả ra nhờ van điều áp. Trong quá trình lên men việc giữ nhiệt và hạ nhiệt được thực hiện nhờ hệ thống áo lạnh. Cặn và men lắng trong thiết bị được tháo ra ở đáy. 2.8.1. Lên men chính Mục đích: Quá trình lên men chính là biến đường thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác tạo thành bia theo đúng yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm. Tiến hành: Quá trình lên men chính được diễn ra trong 5 - 7 ngày ở điều kiện nhiệt độ 140C. Trong 3 ngày đầu (không tính ngày chuyển dịch đường sang) lượng đường giảm nhanh, tốc độ lên men trung bình giảm (1,5 - 2)0Bx một ngày. Nhiệt độ do đó phải thường xuyên kiểm tra và khống chế ở nhiệt độ 140C. Sau đó tốc độ lên men giảm dần đến độ đường còn (2 - 3)% ta hạ nhiệt độ chuyển sang lên men phụ. Men giống được đưa vào yêu cầu phải là nấm men thuần khiết, không lẫn tế bào lạ. Truyền men giống vào nước nha là cho giống men vào đường để cho men cùng chảy vào thùng lên men, để cho tế bào nấm men phân bố đều trong toàn bộ khối dịch đường ban đầu tạo điều kiện cho men sinh trưởng và phát triển. Một điều kiện cần lưu ý là trong quá trình lên men nhiệt độ của dịch đường tăng lên do đó phải thường xuyên làm lạnh thùng lên men. Nếu nhiệt độ tăng sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia vì vậy phải khống chế nhiệt độ trong một thời hạn nhất định. Trong quá trình lên men người ta thường xuyên kiểm tra độ đường, độ màu, sự tạo bọt, khi lên men chính được một ngày thì tiến hành thu hồi CO2, khi lên men được 24h thì kiểm tra độ đường. Để kiểm tra xem quá trình lên men kết thúc hay chưa người ta sử dụng phương pháp: - Quan sát độ bọt: khi quá trình lên men chính kết thúc thì trên bề mặt bia có một lớp bọt đều. - Nồng độ chất hoà tan: nếu sau 1 ngày nồng độ chất hoà tan trong bia giảm (0,1 - 0,2)% thì quá trình kết thúc - Độ trong : nếu sau 24h bia trong hoàn toàn thì quá trình lên men chính kết thúc. Lên men chính kết thúc ta hạ nhiệt độ xuống 40C trong 24h rồi hạ nhiệt độ xuống 20C để lên men phụ và tách men sữa ra. 2.8.2 Lên men phụ và tàng trữ Mục đích: Là quá trình lên men tiếp các loại đường cao phân tử chủ yếu là maltoza, dextrin, ngoài ra nó có tác dụng sau: + ổn định thành phần chất lượng của bia, tạo ra hương vị bia và giữ bọt. + Khử rượu bậc cao và aldehyt đến mức cho phép. + Một số este đặc trưng được tạo thành do axit tác dụng với rượu làm cho bia thơm. + Nhiệt độ và áp suất tương đối cao làm cho bọt bia được tạo ra ở dạng liên kết bền vững hơn, lâu tan và mịn. + Do tiến hành ở nhiệt độ thấp, thời gian kéo dài dẫn đến các chất hữu cơ, xác men, bã men lắng xuống làm cho bia trong, thuận tiện cho quá trình lọc bia. Tiến hành Quá trình lên men phụ được thực hiện ngay trong cùng một thiết bị lên men chính. Sau khi kết thúc quá trình lên men chính tiến hành hạ nhiệt độvà thu hồi nấm men. Sau thu hồi nấm men tiến hành hạ nhiệt độ xuống 1 – 20C và quá trình lên men phụ bắt đầu. Toàn bộ quá trình lên men phụ được tiến hành khoảng 12 ngày, mỗi ngày đều xả cặn men do còn trong dịch bia non lắng xuống. Với điều kiện nhiệt độ thấp, nồng độ chất hoà tan nhỏ đảm bảo cho CO2 hoà tan tốt trong bia. Trong toàn bộ quá trình lượng chất hoà tan giảm (2 - 2,5)°Bx. 2.9. Quá trình lọc trong bia • Mục đích Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết. Nguyên nhân là trong bia còn có nấm men, các hạt phân tán cơ học, các hạt dạng keo, phức chất protein – polyphenol, nhựa đắng và nhiều hạt ly ty khác. Vì vậy làm trong bia để tăng giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học và độ bền keo của bia. Nguyên tắc lọc trong bia được xây dựng trên hai quá trình: - Giữ chặt bằng lực cơ học tất cả các hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ hổng của vật liệu. - Hấp phụ các hạt có kích thước bé hơn, thậm chí các hạt hoà tan dạng keo và các hạt hoà tan dạng phân tử. Hiệu quả của quá trình hấp phụ phụ thuộc trước hết vào bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, sau đó là thời điểm của quá trình lọc. - Chọn máy lọc: Dựa vào ưu điểm của máy lọc cộng với thực tế sản xuất thì việc lựa chọn máy lọc khung bản có sử dụng bột trợ lọc (diatomit) là hợp lí hơn cả. + Thiết bị lọc: Máy lọc bia dùng bột trợ lọc diatomit là máy lọc bản, có tấm lọc là vải lọc công nghiệp. Bộ phận chính của máy lọc ép là các khung và bản, chế tạo bằng gang hoặc các kim loại khác. Khung là một hình hộp vuông, rỗng, phía trên mỗ khung có một lỗ tròn, phía trong củ nó có một hoặc hai vách liên thông với khoảng không ở trong khung. Các lỗ tròn, hổng của khung sẽ tạo thành một mương kín khi các khung và bản được xếp khít vào nhau. Mương kín này đóng vai trò như một đường ống, và nười ta sử dụng đường ống này để bơm dịch vào máy lọc. Dịch theo các vách liên thông sẽ tràn vào khoảng không của khung. Nhờ được che kín bằng bằng hai bản ở hai bên cho nên khoảng không này trở thành một camera chứa dịch. Bản của máy lọc cũng có kích thước tương ứng như khung nhưng bề dày bé hơn, phía trong lòng của bản không rỗng như khung mà đặc, trên đó được khía rãnh để tạo mương chảy cho dịch. ở hai đỉnh của một đường chéo có hai lỗ tròn. Các lỗ tròn của bản có số thứ tự là lẻ được liên thông với bề mặt của bản, còn bản có số thứ tự chẵn thì các lỗ tròn không có vách liên thông. Khi các bản được lắp khít với khung, các lỗ tròn này sẽ tạo thành hai đường ống kín gọi là đường ống cạnh trên và dường ống cạnh dưới. Hai đường ống cạnh này dùng để bơm nước rửa vào máy lọc. Phía góc dưới của đường chéo kia có gắn rôbinê để tháo dịch đường. Các rãnh trên hai mặt của bản có thể được bố trí rất khác nhau nhưng các dòng chảy này phải được tập trung về phía góc và có vách liên thông với rôbinê dẫn dịch. Toàn bộ khung và bản được xếp liên tục và xen kễ lên giàn máy nhờ có hai tai treo ở hai cạnh bên. Giàn máy gồm hai vai dọc, thớt thủ và thớt đuôi. Thớt thủ được lắp cố định, còn thớt đuôi có thể chuyển động tịnh tiến: tiến – lùi dọc theo hai vai của máy nhờ vitme trung tâm, qua bộ phận tay quay hoặc bơm thuỷ lực. Phía dưới gầm máy có hai máng: một để hứng dịch lọc và một hứng bã. Dọc theo máng hứng bã có vít tải để đẩy bã ra ngoài. Khi tiến hành lọc bã, tất cả các bản được bọc kín hai mặt bằng vải lọc. • Tiến hành lọc Trước khi lọc phải tiến hành vệ sinh máy lọc và chuẩn bị bằng cách: giấy lọc được giặt sạch bằng nước lã và luộc bằng nước sôi, sấy khô, lắp vào máy ép chặt, lúc này cho nước 950C chạy trong 1 giờ để thử độ kín và khử trùng, sau đó cho nước lạnh vô trung để làm giảm nhiệt độ của máy lọc xuống. Khi lọc thì hoà trộn bia và bột diatomit vào thùng hoà trộn và được khuấy thành huyền phù, sau đó bơm quay vòng vào máy lọc nhiều lần để tạo màng trên lưới lọc. Sau khi tạo được màng rồi thì bắt đầu tiến hành lọc. 2.10. Bão hoà CO2. Trong quá trình lên men một lượng lớn CO2 thoát ra nhưng vẫn còn nhiều CO2 hoà tan trong bia. Quá trình lọc, CO2 thoát đi nhiều, để bia thành phẩm có lượng CO2 theo yêu cầu cần thiết thì phải nạp thêm CO2 vào bia. Sau khi lọc xong nhiệt độ bia lên đến 7 – 80C, cho nên thùng nạp CO2 phải có hệ thống nước muối bao quanh nhằm hạ nhiệt độ bia non xuống 1 – 20C. Bia được bơm vào theo đường ống từ dưới lên để tránh sủi bọt, chiếm 80% thể tích thùng. Khi đã bơm xong, đóng các van lại, mở van nạp CO2 vào thùng. CO2 trước khi đưa vào thùng đã được xử ly qua bình chứa KMnO4 0,1%, bình chứa bông và than hoạt tính, áp suất nạp CO2 là 4 – 5kG/cm3. Thời gian tăng áp lực là 15 – 30 phút, giữ ở áp suất này trong khoảng 12 giờ. Để lượng CO2 hoà tan tối đa tiến hành nạp 2 – 3 lần, sau khi nạp lượng CO2 đạt 3,5 g/l. 2.11. Chiết chai. - Phương pháp chiết chai: theo nguyên tắc đẳng áp Chai được sử dụng là chai loại 450 ml có màu xanh để tránh sự tác động của ánh sáng làm giảm chất lợng của bia. Quá trình chiết chai được thực hiện nhờ một hệ thống dây chuyền liên hoàn do Đức sản suất có công suất 20000 chai/h. Trong dây chuyền đầu tiên là hệ thống rửa chai và rửa keg. Máy rửa chai dùng nước nóng, axit, xút, và nước thường. Chai sau khi rửa đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn vệ sinh được vận chuyển trên băng tải, qua một hệ thống soi chai có kiểm tra, tới máy chiết và dập nút. Máy chiết hoạt động theo nguyên tắc chiết đẳng áp. Trước khi chiết chai được nạp CO2 để đuổi hết không khí, tránh gây oxy hoá cho bia. Sau khi chiết và dập nút, chai được chuyển tới máy thanh trùng. 2.12. Thanh trùng, dán nhãn. - Thanh trùng: Chai bia sau khi chiết được thanh trùng với nhiệt độ, thời gian cần thiết để tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật, nấm mốc, giúp cho quá trình bảo quản được lâu dài. + Chu kì hoạt động 60 phút,thời gian gia nhiệt 27 phút, giữ nhiệt 10’, hạ nhiệt 23 phút. Hầm thanh trùng có 8 khoang, mỗi khoang phun nước ở 1 nhiệt độ khác nhau + Gia nhiệt 4 – 190 bằng nước 280C. + Gia nhiệt 19 – 330 bằng nước 420C + Gia nhiệt 33 – 470 bằng nước 480C. + Gia nhiệt 47 – 640 bằng nước 640C. + Giữ nhiệt 640 bằng nước 680C. + Hạ nhiệt 64 – 590 bằng nước 620C + Hạ nhiệt 59 – 490 bằng nước 400C. + Gia nhiệt 49 – 360 bằng nước 320C. - Dán nhãn Bia sau khi thanh trùng xong được đưa sang thiết bị dán nhãn, in ngày sản suất rồi được đưa tới máy gắp két và máy bốc để chuyển vào kho bảo quản hoặc xuất ra thị trường. Phần III Lập kế hoạch sản xuất và tính cân bằng sản phẩm 3.1. Lập kế hoạch sản xuất Giả thiết 1 năm nhà máy sản xuất 300 ngày, những ngày còn lại là thời gian nghỉ để sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, máy móc và vệ sinh nhà xưởng ... Mỗi năm chia ra là 4 quý, mỗi quí 3 tháng, mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất 6 mẻ. Bia sản xuất quanh năm nhưng sản lượng bia nhiều hay ít phụ thuộc vào thời tiết trong năm: mùa nóng hay mùa lạnh. Và chỉ sản xuất 1 sản phẩm duy nhất là bia chai. Bảng 2.1. Bảng kế hoạch sản xuất theo năng suất 45 triệu lít / năm. Quí I II III IV Năng suất (%) 20% 30% 30% 20% Năng suất (l) 9000000 13500000 13500000 9000000 Số lít / tháng 3000000 4500000 4500000 3000000 Số lít / ngày 120000 180000 180000 120000 Số mẻ / ngày 5 5 5 5 Số lít / mẻ 24000 36000 36000 24000 + Kế hoạch sản xuất theo các quý như sau: - Quý I, IV vào mùa lạnh, số ngày sản xuất là 75 ngày/ quý: sản xuất 9000000 lít mỗi quý. - Quý II, III vào mùa nóng, số ngày sản xuất là 75 ngày/ quý: sản xuất 13500000 lít mỗi quý. + Lựa chọn phương án sản xuất: - Dùng 1 dây chuyền làm việc trong phân xưởng nấu, khi đó năng suất 1 mẻ là: 36000lít. Các thiết bị trong phân xưởng nấu nếu thể tích lớn thì phải chia ra làm nhiều thiết bị nhỏ. - Sau 5 mẻ nấu đem lên men một lần vào thùng lên men. - Dây chuyền sản xuất được tính toán và lựa chọn theo dựa trên cơ sở năng suất hoạt động cao nhất của nhà máy: tính toán thiết bị theo mẻ làm việc của của quý II và III. 3.2. Tính cân bằng sản phẩm. Các thông số. Các chỉ số yêu cầu đối với nguyên liệu chính cho sản xuất bia là: - Malt có độ ẩm W = 6%, hiệu suất hoà tan là 80% so với chất khô. - Gạo có độ ẩm W = 13%, hiệu suất hoà tan là 85% so với chất khô. - Tỷ lệ nguyên liệu: malt là 75%, gạo là 25%. - Dịch đường có nồng độ 120Bx - 2g hoa cánh/ 1 lít bia. + Tổn thất tính theo % của từng công đoạn sản xuất: - Nghiền: tổn thất 0,5% so với trọng lượng nguyên liệu. - Nấu gạo, đường hoá, lọc: 3% so với chất khô. - Nấu hoa: 10% so với thể tích trước nấu. - Lắng xoáy và làm lạnh nhanh: 2,5%. - Lên men chính, phụ: 5% - Lọc bia: 1,5% so với thể tích bia. - Bão hoà CO2: 0,5%. - Chiết chai: 4% 3.2.1. Tính ngược: Tính cân bằng sản phẩm cho 1000l bia chai 120BX. Chiết chai tổn thất 4%, lượng bia sau bảo hòa CO2 là: Quá trình sục CO2 tổn thất 0,5%, lượng bia sau lọc là:_ L ọc bia tổn thất 1,5 %, lượng bia sau khi lên men là: Lên men chính, phụ tổn thất 5% lượng dịch đường đưa đi lên men là: Lắng xoáy và làm lạnh nhanh tổn thất 2,5%, lượng dịch đường sau nấu hoa: Nấu hoa tổn thất 10%,thể tích dịch trước nấu hoa là: Tại 200C dich lạnh có d = 1,048 kg/l nên khối lượng dịch đường sau nấu: 1147,5 ´ 1,048 = 1202.6 (kg) Dịch đường có nồng độ 120Bx nên lượng chất chiết có trong dịch đường là: 12% ´ 1202,6 = 144,3 (kg) Nấu, đường hoá, lọc tổn thất 3%, tổng lượng chất chiết ban đầu thu được từ malt và gạo là: 3.2.1.1. Tính khối lượng malt & gạo: + Gọi M là khối lượng malt cần dùng - Lượng chất chiết có trong malt là: M ´ 0,995 ´ 0,94 ´ 0,8 = 0,748M + Lượng gạo cần thiết là: - Lượng chất chiết có trong gạo: ´ 0,995 ´ 0,87 ´ 0,85 = 0,245M + Tổng lượng chất chiết thu được từ malt & gạo là: 0,748M + 0,245M = 148,77 0,993M = 148,77 Þ lượng malt là: M = 149,8 (kg) Þ lượng gạo là: (kg) 3.2.1.2. Tính lượng men. + Thể tích len giống bằng 10% thể tích dịch trước lên men: 0,1 ´ 1118,8 = 111,88 (l) + Thể tích men sữa bằng 1% thể tích dịch trước lên men: 0,01 ´ 1118,8 = 11,188 (l) 3.2.1.3. Tính toán độ cồn của bia sau lên men: Lượng chất chiết 148,77, giả thiết hiệu suất lên men là 65% và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza. Mà cứ 1 kg đường maltoza khi lên men theo lý thuyết cho 0,682 lít cồn, do đó độ cồn của bia sau khi lên men là: 148,77 x 0,682 x 0,65 x 100/ 1118,8 = 5,89 (v/v) 3.2.1.4. Tính lượng bã malt và gạo: + Khô malt: 149,8 x 0,995 x 0,94 = 140,1 (kg) + Khô gạo: 49,9 x 0,995 x 0,87 = 43,2 (kg) Þ Tổng khô gạo + khô malt: 140,1 + 43,2 = 183,3 (kg) Ta có: tổng lượng chất chiết từ gạo & malt là 148,77 kg. + Lượng bã khô = tổng khô gạo & malt – tổng chiết gạo & malt = 183,3 – 148,77= 34,53 (kg) + Bã ẩm thuỷ phần 80%: + Lượng nước trong bã: = lượng bã ẩm – lượng bã khô = 172,65 – 34,53= 138,12 (kg) 3.2.1.5. Tính lượng nước nấu và rửa bã. + Nồi hồ hoá: nước cho vào = 4x(bột gạo +malt lót(10% lượng gạo)) Þ Nước cho vào là: 4 ´ (49,9 ´ 0.995 + 0,1 ´ 49,9 ´ 0,995) = 218,46 (kg) Nước có sãn trong gạo và 10% malt lót: 49,9 ´ 0,995 ´ 0,13 + 49,9 ´ 0,995 ´ 0,06 ´ 0,1 = 6,75 (kg) Þ Tổng lượng dịch hồ hoá:= Nước cho vào + bột gạo + malt lót: 218,46 + (49,9 ´ 0,995 + 49,9´ 0,995 ´ 0,1) = 273,07 (kg) Khối lượng nước bay hơi 5%: (218,46 +6,75) x 0.5 = 11,26 kg. Dịch cháo sau đun còn lại có khối lượng: 273,07 – 11,26 = 261,81 (kg). + Nồi đường hoá: Nước thêm vào: 4 ´ (0,995 ´ 149,8 – 0,1 ´ 49,9 ´ 0,995) = 576,34 (kg) Nước có sẵn: (0,995 ´ 149,8 – 0,1 ´ 49,9 ´ 0,995) ´ 0,06 = 8,64 (kg) Tổng lượng dịch đem đường hoá : = Dịch hồ hóa còn lại + nước cho vào nồi malt + khối lượng malt còn lại: 261,81 + 576,34 + (0,995 ´ 149,8 – 0,1 ´ 49,9 ´ 0,995) = 982,23 (kg) lượng nước trong nồi đường hóa là:576,34 + 8,64 +(218,46 +6,75 – 11,26) =798,93kg Sau đường hoá nước bay hơi 4%: 798,93´ 0,04 = 31,95 (kg). Lượng nước còn lại sau đường hóa: 798,93 – 31,5 = 767,43 kg. Khối lượng dịch còn lại: 982,23 – 31,95 = 950,27 (kg). Lượng nước trong dịch sau nấu hoa: 1202,6 ´ (1-12%) = 1058,3 (kg).do lượng dịch đường sau đun hoa là:1202,6 kg. Và khi đun hoa tổn thất 10 %, vậy lượng nước trong dịch trước đun hoa: Lượng nước trong bã:138,12 kg. Lượng nước còn lại sau đường hóa: 767,43 kg Vnước rửa bã + Vnước còn lại sau đường hóa = Vnước trong bã + Vnước trong dịch trước đun hoa Þ Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch trước đun hoa – Vnước còn lại sau đường hóa = 138,12 + 1175,9 – 767,43 = 546,6 (kg) 3.2.1.6. Tính các nguyên liệu khác. Lượng chế phẩm enzyme Termamyl bằng 0,1% nguyên liệu thay thế: 0,1% ´ 49,9´ 1000 = 49,9 (g) Cho vào nồi hồ hoá: 49,9 ´0,25 = 12,475 (g) Cho vào nồi đường hoá: 49,9 ´0,75 = 37,425 (g) Lượng chế phẩm enzyme Cereflo bằng 0,06% nguyên liệu thay thế: 0,06% ´ 49,9 ´ 1000 = 29,94 (g) Lượng chế phẩm enzyme Fungamyl bằng 0,08% nguyên liệu thay thế: 0,08% ´ 49,9 ´ 1000 = 39,92 (g) Lượng hoa houblon cần dùng tính theo tỉ lệ 2g hoa cánh/lít bia : 2 ´ 1000 = 2000 (g) = 2 (kg) Dùng 30% cao hoa, 70% hoa viên vì lượng cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh & 1kg hoa viên tương đương với 1,4kg hoa cánh. * Lượng cao hoa là: = 0,1(kg). * Lượng hoa viên là:= 1(kg). 3.2.1.7. Lượng bột trợ lọc diatomit: Lượng bột trợ lọc càn dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 1000 lít bia cần 0,37 kg bột trợ lọc nên lượng bột cần dùng là: 1000x 0,37/ 1000 = 0, 37 kg 3.2.1.8. Tính các sản phẩm phụ. + Bã hoa có độ ẩm 85%, lượng chất khô không hòa tan trong hoa cánh và hoa viên là 60%, cao hoa có lượng bã không đáng kể nên bã hoa chủ yếu là bã hoa viên nên lượng bã hoa là:= 8(kg). + Cặn lắng bằng 1,75% nguyên liệu, độ ẩm 80%: + Sữa men bằng 1,53% sản phẩm, độ ẩm 85%: + Lượng CO2: C12H22O11 + H2 O → 2C6H12O6 342g 2C6H12O6 → 4C2H5OH + 4CO2 176 g Thể tích dịch trước khi lên men là 1118,8(l), khối lượng riêng d = 1,048kg/l. Vậy khối lượng dịch trước lên men là: 1118,8 ´ 1,048 = 1172,5(kg) Lượng chất chiết trong dịch lên men 120Bx: 1172,5 ´ 0,12 = 140,7 (kg) Coi toàn bộ lượng đường trong chất chiết là đường maltoza với hiệu suất lên men là 55%, khối lượng CO2 thu được là: CO2 hoà tan vào bia non 2,5g/l nên khối lượng CO2 hoà tan là: 2,5 ´ 1062,8 = 2,39 (kg). Khối lượng CO2 thoát ra thu hồi được 70% khối lượng CO2 thoát ra: 70% ´ (39,8 – 2,39) = 26,18 (kg) Khối lượng riêng của CO2 ở 200C là 1,832 kg/m³, thể tích CO2 thu hồi được là: Độ bão hoà CO2 trong bia là 4,5g/l bia non nên lượng CO2 cần bổ sung là: 1046,9 ´ (4,5 – 2) ´ = 2,62 (kg) Thể tích CO2 bổ sung là: Hạng mục Đơn vị 1000l bia 1 mẻ 1 ngày 1 năm Malt kg 149,8 5392.8 26964 8089200 Gạo kg 49,9 1796.4 8982 2694600 Termamyl g 49,9 1796.4 8982 2694600 Cereflo g 29,94 1077.84 5389.2 1616760 Fungamyl g 39,92 1437.12 7185.6 2155680 Cao hoa kg 0, 1 3.6 18 5400 Hoa viên kg 1 36 180 54000 Men giống l 111,88 4027.68 20138.4 6041520 Sữa men l 11,188 402.768 20138.4 6041520 Dịch nóng l 1147,5 41310 206550 61965000 Dịch lạnh l 1118,8 40276.8 201384 60415200 Bia non l 1062,8 36964.8 191304 57391200 Bia đã lọc l 1046,9 37688.4 188442 56532600 Bia bão hoà l 1041,7 37501.2 187506 56251800 Bã ẩm kg 172,65 6215,4 31077 9323100 Bã hoa kg 8 288 1440 432000 Cặn lắng kg 17,47 628.92 2795.2 838560 Sữa men l 102 3672 18360 5508000 CO2 thu hồi m3 14,29 514.44 2572.2 771660 CO2 bổ sung m3 1,43 51.48 257.4 77220 Nước cho vào hồ hóa l 218,46 7864.56 39322.8 11796840 Nước cho vàođườnghoá l 576,34 20748,24 103741.2 31122360 Nướcrửa bã l 546,6 16398 98388 29516400 Bảng 2.2. Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia chai. 3.2. Tính và chọn thiết bị 3.2.1 Phân xưởng nấu. 3.2.1.1. Thiết bị phân xưởng nghiền. Nguyên liệu được cân riêng rẽ từng loại, mỗi máy nghiền dùng một cân. + Cân gạo: - Lượng gạo lớn nhất trong 1 mẻ là: 1796,4kg. - Lượng gạo lớn nhất trong 1 ngày là: 8982kg. + Cân malt: - Lượng malt lớn nhất nhất trong 1 mẻ là: 5392,8kg. - Lượng malt lớn nhất trong 1 ngày là: 26964 kg. Chọn cân. - Chọn cân điện tử chỉ thị số digital. - Chọn cân cho toàn bộ dây chuyền năng suất của cân mã lớn nhất 500±0.5 kg. - Các thiết bị cảm biến của cân, hệ thống khuyếch đại tín hiệu được tính toán đảm bảo chống nhiễu để cân hoạt động chính xác. Chọn máy nghiền. - Máy nghiền malt. + Lượng malt tối đa cho 1 mẻ là: 5392,8kg. Thời gian làm việc của máy là 4h/ ca, ngày làm việc 3 ca, ngày nghiền 6 mẻ, thời gian nghiền mỗi mẻ là 3h, hệ số sử dụng máy là: 0,75. Vậy lượng malt nghiền trong 1 h là: 5392,8/ ( 3x 0,75) = 1997,3 kg/h =>Vậy ta chọn: - Loại máy nghiền 2 cặp trục, năng suất 3000 kg/h. - Kích thước trục nghiền: đường kính 250mm, dài 600 mm. - khoảng cách giữa 2 trục: 1,25 mm - Có một phễu chứa malt chưa nghiền. - Vật liệu chế tạo: thép CT3 dày 3mm. - Công suất động cơ 11 kw. - Số lượng: chọn 1 máy nghiền. - Máy nghiền gạo. Tương tự: ta có lượng gạo nghiền trong 1 h là: 1796.4 / ( 3 x 0,75) = 798,4 kg/h Loại máy nghiền búa, công suất 1000 kg/h.Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, rộng 200 mm. - Có một phễu chứa gạo chưa nghiền, có hệ thống tách lắng bụi. - Vật liệu chế tạo: thép không rỉ dày 3mm. - Công suất động cơ 6 kw. 3.2.1.2. Tính toán và chọn thiết bị hồ hoá. Tính kích thước nồi: + Chọn thiết bị hồ hoá: Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón có các kích thước như sau - Đường kính D. - Chiều cao trụ H = 1,4D. - chiều cao đáy h1=0,2D - chiều cao nắp h2= 0,15D. - Số lượng: 2 thiết bị. + Tính toán: - Lượng nguyên liệu đưa vào nồi nấu gạo, gồm có bột và malt lót bằng 10% lượng bột gạo là: 1796.4 ´ 0,995 + 10% ´ 1796.4 ´ 0,995 =1966.2 (kg) - Lượng nước đưa vào nồi hồ hoá 7864.56 lít, vậy tổng khối lượng dịch hồ hoá là: 7864.56 + 1966.2 = 9830.7(kg) - Khối lượng riêng của dịch là 1,08 tấn/ m3, vậy thể tích dịch nấu là: - Hệ số chứa đầy của nồi là 0,75, dùng 1 nồi, vậy thể tích của 1 nồi là: V = = = 12,1m3 - Vậy thể tích nồi là: Vt = = 12,1 Vt = = 12,1 Vt= 1,18D3 = 12,1 ( m3) D = = 2,17(m) - Chọn đường kính nồi là D = 2200mm. Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 2200 + 2 x 100 = 2400mm Chiều cao trụ: H = 2200 x 1,4 = 3080mm. Chiều cao đáy: h1 = 2200 x 0,2 = 440mm. Chiều cao nắp: h2 = 2200 x 0,15= 330mm. Chọn cánh khuấy cong có dạng hình mỏ neo. d =0,8D = 2200 x0,8 = 1760 mm. Tính diện tích truyền nhiệt. Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt: 0,5 m2/ m3 dịch, thể tích dịch trong 1 nồi hồ hóa là: 4,55 m3 , vậy tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt tính cho 1 nồi là: F = 0,5 x 4,55 = 2,275 m2 Đặc tính kỹ thuật của nồi hồ hoá: - Nồi thân trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón được chế tạo bằng vật liệu thép không rỉ.Đường kính nồi 2200mm, chiều cao phần thân trụn 3080mm, tốc độ khuấy 32v/phút 3.2.1.3. Tính toán và chọn thiết bị đường hoá Tính kích thước nồi. + Chọn thiết bị đường hoá: Chọn thiết bị đường hóa có 2 vỏ, thân hình trụ, đáy hình chỏm cầu và nắp hình nón có các kích thước như sau - Đường kính D. - Chiều cao trụ H = 1,4D. - Chiều cao đáy h1 =0,2 D - Chiều cao nắp h2= 0,15D. - Số lượng: 2 thiết bị. + Tính kích thước nồi - Tổng lượng dịch đem đường hoá 1 mẻ nấu là: 982,23 x36 = 35360,28 kg. - Khối lượng riêng d = 1,08 tấn/ m3 nên thể tích của dịch đường hoá là: - Hệ số sử dụng nồi là η = 0,75 vậy thể tích thực của 1 nồi là: Vt = = 21,82 m3 - Vậy thể tích nồi là: Vt = = 21.82 Vt = = 21.82 Vt= 1,18D3 = 21.82( m3) D = = 2,64(m) - Chọn đường kính nồi là D = 2700mm. Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 2700 + 2 100 = 2900mm Chiều cao trụ: H = 2700 1,4 = 3780mm Chiều cao đáy: h1 = 2700 0,2= 540mm. Chiều cao nắp: h2 = 2700 0,15 = 405 mm Chọn cánh khuấy cong có dạng hình mỏ neo. Tra sổ tay hoá công 1 có đường kính cánh khuấy là: d = 0,8D =2160 mm. - Tính diện tích truyền nhiệt. Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt: 0,5 m2/ m3 dịch, thể tích dịch trong 1 đường hóa là: 16,2 m3 , vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt là: F = 0,5 x 16,2 = 8,18 m2. Đặc tính kỹ thuật của mỗi nồi đường hoá: - Thiết bị đường hóa là thiết bị gia nhiệt loại hai vỏ thân trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón được làm bằng vật liệu thép không rỉ. - Đường kính nồi 2700mm, chiều cao phần thân trụ 3780mm, đường kính cánh khuấy 2160 mm, tốc đọ khuấy 32 v/ phút. 2.2.1.4. Tính và chọn thiết bị lọc dịch đường + Chọn thùng lọc đáy bằng. Thân hình trụ, làm bằng thép không gỉ, có các thông số kỹ thuật sau: - Khoảng cách từ đáy thật đến đáy giả là 20 cm. - Hệ số đổ đầy thân trụ là 0,85. - Đường kính D. - Chiều cao đỉnh h = 0,15D. - Tạo góc nghiêng ở đáy giả là 1,50 - Số lượng: 2 thiết bị. + Tính toán Hình 2.3: Thiết bị lọc đáy bằng - Khối lượng bã malt và gạo sau 1 mẻ nấu là: 6215,4kg = 6,2154tấn, khối lượng riêng của bã: 0,75 tấn/ m3. Suy ra thể tích bã: = 8,28 m3 Chọn chiều cao lớp bã là 0,6 ( vì chiều cao thích hợp là 0,4 – 0,6). - Diện tích đáy lọc mỗi thiết bị: = 6,9 m2 đường kính mỗi thùng lọc là: D = = 2,9m , chọn D = 2,9 m, đường kính ngoài: 3,1 m, chiều cao nắp: 0,15 D = 0,44m. - Khối lượng dịch còn lại sau đường hóa là: = 34,2tấn. Khối lượng riêng dịch đường sau đường hóa là: 1,06 tấn/ m3. - Thể tích dịch trong 1 thùng là: = 16,1 m3 Chiều cao dịch: hd = = = 2,1m3. Thể tích sử dụng của thùng 85%, chiều cao thân trụ của thùng: Ht== 2,47m. đáy giả cách đáy thật 2 cm, chiều cao phần hình trụ thùng: H = 2,47 + 0,02 =2,49 m, Vậy thể tích thực của mỗi thùng là: Vt = = 16,3 m3 3.2.1.5. Tính và chọn thiết bị nấu hoa. Tính kích thước nồi. + Chọn thiết bị nấu hoa: Chọn thiết bị nấu hoa có thân hình trụ, đáy chỏm cầu và nắp hình nón có các kích thước như sau - Đường kính D. - Chiều cao trụ H = 1,4D. - chiều cao đáy h1 =0,2 D - chiều cao nắp h2= 0,15D. - Số lượng: 2 thiết bị. H×nh 2.4: ThiÕt bÞ nÊu hoa + Tính kích thước - Hệ số đổ đầy của nồi phải thấp vì dịch khi sôi ở nhiệt độ cao sẽ trào lên chiếm một thể tích lớn, chọn hệ số đổ đầy là 0,70. - Lượng dịch đường trước khi đưa vào nấu hoa là 1274,97 l tính cho 1000 l bia thành phẩm Vậy 1 mẻ sẽ là: V = 1274,97 ´ 36 = 45898,8(l) =46 (m3) Vậy tính cho 1 thiết bị thì: Vt = = 32,8m3 - Vậy thể tích nồi là: Vt = = 32,8m3 Vt = = 32,8m3 Vt= 1,18D3 = 32,8m3 ( m3) D = = 3,03(m3) Chọn đường kính nồi là D = 3100mm. Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 3100 + 2 x 100 = 3300mm Chiều cao trụ: H = 3100 x 1,4 = 4340mm Chiều cao đáy: h1 = 3100 x 0,2 = 620mm. Chiều cao nắp: h2 = 3100 x 0,15 = 465mm. Tính diện tích truyền nhiệt. Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt: 0,5 m2/ m3 dịch, thể tích dịch trong 1 nồi nấu hoa là: 23 m3 , vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt là: F = 0,5 x 23 = 11.5 m2. Đặc tính kỹ thuật của nồi nấu hoa: - Thiết bị nấu là loại thiết bị hình trụ, gia nhiệt kiểu ống chùm, dung tích 32,8m3, chiều cao 4340mm, đường kính trụ 3100mm làm bằng thép không rỉ. 3.2.1.6. Tính và chọn thùng lắng xoáy. Tính kích thước thùng. - Lượng dịch sau đun hoa cho mỗi mẻ là: 1202,6 x 36= 43293,6(kg).khối lượng riêng của dịch là: 1.08 kg/lít => Vd =43293,6/ 1.08 = 40086.6 (l) = 41 (m3) - Sử dụng thùng lắng xoáy để lắng cặn và làm lạnh nhanh sơ bộ với hệ số đổ đầy 0,75. - Chọn 2 thùng. - Thể tích thực của 1 thùng là: Vt = = 27,3 m3 - Thùng lắng xoáy đáy bằng khi lắp đặt phải để nghiêng (8-10%) để dịch được tháo ra hêt, các thông số kỹ thuật của nồi: Đường kính D, đáy bằng hơi nghiêng 3 - 50 Chiều cao trụ H = D. Nắp hình nón, chiều cao nắp h2 = 0,15 D - Thể tích thùng tính theo công thức: Vt = = 27,3 m3 Vt= 0,785D3 = 27,3 m3 ( m3) D = = 3,2(m3) Vậy đường kính nồi lắng xoáy D = 3,2 m, Chiều cao trụ H = 1 x 3,2 = 3,2 m. Chiều cao nắp h2 = 0,15 x 3,2 = 0,48m. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Thiết bị này rất đơn giản chỉ là một thiết bị hình trụ có dung tích 27,3 m3, đường kính 3200mm, chiều cao 3200mm. 3.2.1.7. Thiết bị làm lạnh nhanh. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. - Máy trao đổi nhiệt tấm bản 1 cấp làm bằng thép không rỉ, có kết cấu khung với cơ cấu ép bọc thép không rỉ, tấm bản bằng thép không rỉ dày 0,1mm, gioăng bằng cao su, các bích nối bằng thép không rỉ. - Có bộ điều chỉnh lưu lượng nước đá tan để đảm bảo nhiệt độ ra luôn ổn định theo yêu cầu. - Máy có thể hạ nhiệt độ của dịch đường nóng từ 960C xuống 80C bằng cách trao đổi nhiệt với nước đá tan từ 20 lên 800C với công suất 200hl/h. - Có chỉ thị đo nhiệt độ dịch đến hệ thống lên men. Tính diện tích truyền nhiệt. - Công thức tính diện tích bề mặt truyền nhiệt là: + Q: tổng lượng nhiệt dùng để nâng nhiệt độ dịch cháo lên các điểm dừng nhiệt độ. + K: hệ số truyền nhiệt từ hơi đến dịch, kcal/m2.h.độ. + tb: hiệu số nhiệt độ trung bình. T : thời gian Qm : lượng nhiệt cần cung cấp cho dịch cháo trong giai đoạn nhất định. Qtt = 5% Qm : lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Tính Q: - Q được xác định bởi chu kì tải nhiệt lớn nhất, đó là chu kì giảm nhiệt độ khối dịch từ 960C xuống 80C trong 120 phút. Q = m C Dt + m : khối lượng dịch đường sau lắng xoáy của 1 mẻ, coi quá trình bay hơi không đáng kể, = 1,08 kg/ lít Þ m =1118,8 ´ 1,08 x 36= 43498,9 kg + C: nhiệt dung riêng của khối dịch, kcal/kg0C. Tra sổ tay hoá công I có: C = 0,95 (kcal/m2.h.độ) Þ Qm = 43498,9 ´ 0,95 ´ (96 -8) = 3636511.7 (kcal) - Nhiệt tổn thất: Qtt = 5% Qm = 0,05 ´ 3636511.7 = 181825.5 (kcal) Vậy lượng nhiệt cần cung cấp là: Tính K: - Công thức tính hệ số truền nhiệt k + 1: hệ số cấp nhiệt từ hơi nước nóng vào vỏ thiết bị. 1 = 6000 kcal/m2.h.độ + 2: hệ số cấp nhiệt của dịch \ p: ¸p áp suất của hơi nước Để đảm bảo vận hành sản xuất cần áp suất hơi p = 2at 2 = 2000 = 2828,4(Ġ (kcal/m2.h.độ) + = 5mm = 0,005m: bề dầy của vỏ thiết bị. + l: hệ số dẫn nhiệt của vỏ thiết bị, vỏ thiết bị làm bằng thép không rỉ nên: l = 300 kcal/m2.h.độ + : hệ số dẫn nhiệt trung bình của cặn bẩn bám vào 2 phía vỏ thiết bị. đối với hơi nước đối với chất hữu cơ, dung dịch muối Tính Δt: 96° 80° 8° 2° Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là hình thức trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp. Công thức tính: - Δt1: hiệu số lớn nhiệt độ giữa hơi lạnh và khối dịch. Δt1 = 96 – 2 = 94(°C) - Δt2: hiệu số giữa nhiệt độ giữa nước và khối dịch. Δt2 = 80 – 8 = 72 (°C) Vậy ta có: Tính F: - Diện tích bề mặt truyền nhiệt: - Chọn diện tích mỗi tấm truyền nhiệt là 0,6 0,8 (m2) - Số tấm là : = 47 tấm 3.2.1.8. Thiết bị đun nước nóng. Tính kích thước nồi. Nước nóng trong quá trình nấu bao gồm: - Nước vệ sinh: nước rửa thiết bị. Khoảng 8% thiết bị lớn nhất - Nước công nghiệp: nước dùng để nấu và rửa bã. + Tính nước vệ sinh: - Nồi lớn nhất là nồi nấu hoa. Thể tích nước cần vệ sinh khoảng: 0,08 x 2( Vnồi nấu hoa) = 0,08 x 2x32,8= 5,24m3 + Tính nước cho dây chuyền nấu: Lượng nước dùng cho rửa bã là: N1 = 546,6 x 36 = 19677,6 (l). =19,7 m3 - Lượng nước dùng để nấu và đường hoá: N2 = 7864.56+ 20748,24= 28612,8 (l) Vậy lượng nước dùng cho công nghiệp là: Ncn = N1 + N2 = 19,7 + 28,61= 48,31(m3) Þ Vậy tổng lượng nước cần dùng là: N = 5,24 + 48,31 = 53,55(m3) + Chọn thiết bị. - Thiết bị được chọn dạng thân trụ,đáy bằng, nắp hình chỏm cầu có các thông số kỹ thuật: - Số lượng là: 2 thiết bị Đường kính D, chiều cao trụ H = 1,5D. Chiều cao nắp: h = 0,1D. Hệ số đổ đầy của thùng: 0,85. ® Vậy thể tích thực của 1 thùng là: Vt = = 31,5 m3 - Ta có công thức: Vt = = 31,5 D = = 2,99(m) Vậy đường kính thùng D = 3 m. Chiều cao trụ: H = 4,5 m; chiều cao nắp h = 0,3 m. 3.2.1.9. Tính và chọn hệ thống CIP cho nhà nấu bia. Hệ thống CIP cho nhà nấu bia có 3 thùng gồm: - 1 thùng chứa NaOH 2%. - 1 thùng chứa axit HNO3 0,1%. - 1 thùng chứa nước. Mỗi mẻ nấu xong thường được vệ sinh với thể tích chất lỏng bằng 8% thể tích thùng nấu (vì lượng CIP rửa bằng 5 – 8% thể tích thùng nấu). Có 5 mẻ trong 1 ngày, tuy nhiên chỉ tính cho một mẻ nấu. Vì nồi nấu hoa lớn nhất nên tính thể tích mỗi thùng CIP theo thể tích nồi nấu hoa. Thể tích 1 nồi nấu hoa: V = 32,8 m3. 1 mẻ nấu sử dụng 2 nồi nấu hoa Hệ số sử dụng của thùng CIP là 0,8, vậy thể tích của mỗi thùng CIP là: Vt = = 6,56 m3 Chọn cấu tạo thùng: - Đường kính D. - Chiều cao trụ H = 1,5D. - Nắp hình cầu, chiều cao h2 = 0,1 D. - Đáy hình chỏm cầu, chiều cao h1 = 0,1 D. Công thức tính thể tích thùng: - Vậy thể tích nồi là: Vt = = 6,56m3 D = = 1,75(m) Vậy đường kính mỗi thùng CIP: D = 1,8 m. Chiều cao trụ H = 1,8 ´ 1,5 = 2,7 m. Chiều cao đáy h1 = 0,1 ´ 1,8 = 0,18 m. Chiều cao nắp h2 = 0,1 ´ 1,5 = 0,18 m. - Trên nắp thùng có cửa đưa hoá chất vào thùng theo từng mẻ, có đường ống dẫn nước đã xử lý để hoà tan và pha loãng hoá chất. - Nhược điểm của thùng là không tự động hoá, phải pha hoá chất theo từng mẻ. - Ưu điểm là thiết bị gọn, không cồng kềnh, dễ vận hành thao tác. 3.2.2. Phân xưởng lên men. 3.2.2.1. Tính và chọn thùng lên men. D: đường kính thiết bị (m) h1: chiều cao phần nón (m) H: chiều cao phần trụ chứa dịch đường (m) h3: chiều cao phần trụ không chứa dịch đường (m) h4: chiều cao phần trụ phần nắp (m) Thể tích dịch lên men trong 1 ngày: Vd = 201384(lít) » 201,384 (m3) (cả 5 mẻ trong ngày đều cho vào 1 tank lên men). Đây cũng chính là thể tích hữu ích của thiết bị. Chọn: H = 1,5D h1 = ´ D ´ tg60o » 0,866D Ta có: Vd = ´ H + ´ ´ h1 » 0,447pD3 Vậy: D = = » 5,3 (m) h1 = 0,866 ´5,3 = 4,589 (m) H = 1,5 ´ 5,3 = 7,95 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích): Vtrống = 0,15 ´ Vd = 31,36 (m3) Thể tích thực của thiết bị: Vthực = Vd + Vtrống = 201,384+ 31,36 = 232,74 (m3) h3 = ´ Vtrống » 1,42(m) h4 = 0,2D = 1,06 (m) Chiều cao thiết bị: H1 = h1 + H + h3 + h4 = 15,01 (m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m). Chiều cao toàn bộ thiết bị là: Ht = H1 + 0,8 = 15,81 (m) Tính số thùng lên men: - Số thùng lên men tính theo công thức: T: chu kì lên men, ngày. Chọn thời gian lên men chính: 6 ngày. Chọn thời gian lên men phụ: 10 ngày. → Chu kì lên men: T = 6 + 10 + 1 = 17 (ngày) - Mỗi thùng lên men chứa lượng dịch lên men bằng lượng dịch đường nấu được trong một ngày nên coi Vt = V. Vậy số thùng là N = 17 + 1 = 18 (thùng). Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. - Tank lên men là thiết bị hình trụ nón gồm 18 chiếc, được đặt ngoài trời trên sàn bê tông cao > 1m, đảm bảo chịu được tải trọng, gió bão. - Nhiệt độ môi trường không ảnh hưởng đến công nghệ lên men, tổn thất nhiệt ít nhất, kín tuyệt đối, không để nước mưa, nước vệ sinh ngấm vào lớp bảo ôn. - Vật liệu chế tạo các tank bằng thép không rỉ. Dung tích sử dụng 201,384 m3; đáy 60°; +Đường kính thùng D = 5,3 m. + h1 = 4,589 m. + H = 7,95 m. + h3 = 1,42m. + h4 =1,06 m, 3.2.2.2. Tính và chọn thùng nhân men cấp 2. Thiết bị gây men giống cấp 2 Chọn thùng có đáy và nắp hình chỏm cầu để tạo điều kiện cho men phân tán đều trong dịch, không bị kết lắng dưới đáy côn Thể tích hữu ích của thiết bị: V2 = ´ Vd = 201,384 (lít) » 20,1384 (m3). Chọn: H = D h1 = 0,2D Ta có: V2 = ´ H + + » 0,276pD3 Vậy: D = = » 2,853 (m) = 2853 (mm) h1 = 0,2 ´ 2,853 » 0,57(m) H = 2,853 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích): Vtrống = 0,15 x V2 = 3,02 (m3) Thể tích thực của thiết bị: Vthực = V2 + Vtrống = 23,159 (m3) h3 = ´ Vtrống =x 3,02= 0,62 (m) h4 = 0,2D = 0,57 (m) Chiều cao thiết bị: H1 = h1 + H + h3 + h4 = 4,613 (m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m). Chiều cao toàn bộ thiết bị là: H2 = H1 + 0,8 = 5,413(m) Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. - Thùng nhân men cấp 2 hình trụ, nắp hình chỏm cầu, đáy côn. + Dung tích 23,19 m3. +Đường kính thùng D = 2,853 m. + h1 = 0,57 m. + H = 2,853m. + h3 = 0,62 m. + h4 = 0,57 m, - Vỏ làm lạnh: áp lực vận hành 2 bar, nhiệt độ vận hành là 2 ¸ -4°C. - Thùng được bảo ôn bằng polyurethane 100 mm, ngoài bọc inox. - Trang bị ở phần đỉnh: có 1 cửa vệ sinh; 1 ống vòi với đầu phun CIP; có van an toàn, van chân không. - Trang bị phần trụ: 1 van lấy mẫu; có đầu vào và ra glycol làm lạnh. - Trang bị phần đáy: 1 đầu vòi cho sục khí; một đầu cho cặp nhiệt Pt 100; 1 đầu van xả bã. 3.2.2.3. Thùng nhân men cấp 1. Tính kích thước thùng. Thể tích hữu ích của thiết bị: V1 = ´ V2 » 6,71 (m3). Chọn: H = D h1 = 0,2D Ta có: V1 = ´ H + + » 0,276pD3 Vậy: D = = » 1,98(m) = 1980 (mm) h1 = 0,39(m) H = 1,98 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích): Vtrống = 0,15 ´ V1 = 1,1 (m3) Thể tích thực của thiết bị: Vthực = V1 + Vtrống = 7,81 (m3) h3 = ´ Vtrống » 0,36 (m) h4 = 0,2D = 0,39 (m) Chiều cao thiết bị: H1 = h1 + H + h3 + h4 = 3,12 (m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m). Chiều cao toàn bộ thiết bị là: H0 = H1 + 0,8 = 3,92 (m) Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. - Thùng gây men cấp 2 hình trụ, nắp hình chỏm cầu, đáy côn. + Dung tích 7,81m3. +Đường kính thùng D = 1,98 m. + h1 = 0,39 m. +H= 1,98 m. + h3 = 0,36 m. + h4 = 0,39 m, 3.2.2.4 . Thùng rửa men và bảo quan men dùng lại, thiết bị hoạt hoá men. Thiết bị hoạt hoá men. Thể tích hữu ích của thiết bị: Vh = ´ V1 » 2,24 (m3). Chọn: H = D h1 = 0,2D Ta có: Vh = ´ H + + » 0,276pD3 Vậy: D = = » 1,373(m) = 1373 (mm) h1 = 0,274 (m) H = 1,373(m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích): Vtrống = 0,15 ´ Vh = 0,336(m3) Thể tích thực của thiết bị: Vthực = Vh + Vtrống = 2,576 (m3) h3 = ´ Vtrống » 0,22 (m) h4 = 0,2D = 0,274 (m) Chiều cao thiết bị: H1 = h1 + h2 + h3 + h4 = 2,14 (m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m). Chiều cao toàn bộ thiết bị là: H = H1 + 0,8 = 2,94 (m) Thiết bị rửa men Sau khi lên men nấm men có thể bị nhiễm tạp nên cần phải xử lý bằng axit H3PO4 0,6% hoặc bằng kiềm nhẹ, Do vậy vật liệu làm bằng thép không rỉ chịu được độ pH dao động từ 4-8. Kích thước thân trụ (đường kính D, chiều cao H), đáy chỏm cầu. Tính toán. Lượng men thu được thường vào khoảng 2% so với dịch lên men. Dịch lên men của một thùng 201,384(m3) ´ 2 » 4027,6 (lít) = 4,027 (m3) Chọn: H = D h1 = 0,2D Ta có: Vr = ´ H + + » 0,276pD3 Vậy: D = = » 1,668 (m) = 1668 (mm) h1 = 0,33 (m) H = 1,668 (m) Thể tích phần không chứa dịch (15% thể tích hữu ích): Vtrống = 0,15 ´ Vr = 0,604 (m3) Thể tích thực của thiết bị: Vthực = Vr + Vtrống = 4,63 (m3) h3 = ´ Vtrống » 0,276 (m) h4 = 0,2D = 0,33(m) Chiều cao thiết bị: H1 = h1 + H + h3 + h4 = 2,604(m) Chọn khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà là 0,8 (m). Chiều cao toàn bộ thiết bị là: H = H1 + 0,8 =3,404 (m) 3.2.2.5. Tính và chọn hệ thống CIP lạnh. - CIP lạnh có 3 bồn chứa: NaOH 2%, Trimeta HC 2% và P3 Oxonia 0,5%. Thể tích của hoá chất rửa thiết bị bằng 5% thể tích dịch lên men, hệ số chứa của thùng bằng 0,9. Thể tích thùng lên men V = 232,74m3/ mẻ, vậy thể tích của thùng chứa là: + Chọn cấu tạo thùng: - Đường kính D. - Chiều cao trụ H = 1,5D. - Đáy hình chỏm cầu, chiều cao h1= 0,1D - Nắp hình nón, chiều cao h2= 0,1D + Công thức tính thể tích thùng: Vậy đường kính nồi lắng xoáy D = 2,2m. - Chiều cao trụ H = 1,5 ´ 2,1 =3,3 m. - Chiều cao đáy h1 = 0,1 ´ 2,2 = 0,22 m. - Chiều cao nắp h2 = 0,1 ´ 2,2 = 0,22 m. 3.2.3. Phân xưởng hoàn thiện 3.2.3.1. Tính và chọn máy lọc bia. Chọn máy lọc kiểu bản có bột trợ lọc DIATOMIT để tăng cường chất lượng lọc bia. Tính máy lọc bản. - Từ bảng cân bằng vật liệu: trong 1 ngày lượng bia cần lọc cho cả dây chuyền là: 1062,8 x 5 x 36 = 191304lít. Trên thực tế theo bố trí dây truyền công nghệ chọn biện pháp lọc như sau: - Tiến hành lọc mỗi thùng bia trong 1 ngày, 2 ca làm việc thời gian hoạt động của máy 16 h, hệ số sử dụng của máy là 0,8. Vậy năng suất lọc là: N = = 14,945(m3/h) - Tính số bản: + Máy khung bản thực tế chỉ lọc khoảng 1000 l/ m2 bề mặt lọc. Vậy diện tích bề mặt lọc tổng số là: = 14,495 m2 + Chọn bản lọc có kích thước là D ´ R = 600 ´ 600 (mm), bề dày 40 mm. Vậy số bản cần có là: = 41,5 lấy 42 bản. Để tăng cường chất lượng thành phẩm bố trí thêm phần lọc tinh gồm có khoảng 45bản có bề dày 10 mm. Chiều dài của máy: 42 x 0,04 + 45 x 0,01 + 1,2 = 3.33 Các thông số kĩ thuật: + Lọc thô 42 bản, lọc tinh 45 bản. + Chiều dài 3,33 m, chiều cao 1 m. + Năng suất lọc : 14.945 m3/ h. + Thời gian lọc 16 h. Tính thùng hoà bột trợ lọc. Bột trợ lọc DIATOMIT với chất lượng thường dùng khoảng 1kg/1000lít bia lọc. Vậy lượng bột dùng để lọc là: = 191,304 (kg) - Lượng bột được hoà trộn với nước đủ dùng cho mỗi lần lọc: chọn tỷ lệ hoà trộn là 5 kg bột/ 30 lít nước. Lượng nước cần dùng là: - Do bột dạng rắn nên thể tích dịch sau hoà trộn giảm chỉ còn khoảng: 0,8 ´ 1147,824 = 918,25 (l). - Để thuận tiện cho quá trình làm việc liên tục kết hợp với khuấy trộn cần chọn 3 thùng làm việc, mỗi thùng có thể tích: Vt = 310 (l). + Kích thước của thùng được chọn là thùng hình trụ có: - Đường kính 620 mm. - Chiều cao: 930 mm. - Thùng được chế tạo bằng thép không rỉ, bố trí cánh khuấy dạng răng cào, đường kính cánh khuấy 496 mm (công suẩt 0,4kw, vân tốc khuấy 90 vòng/phút), bề dày thùng 3 mm. - Chân đỡ cao khoảng 800 mm. 3.2.3.2. Chọn thùng chứa bia và bão hoà CO2 Chọn thùng chứa. Chọn thùng chứa bia chứa được toàn bộ lượng bia trong cho một lần lọc bia, mỗi ngày chứa vào 2 thùng và chọn thêm 2 thùng dự trữ. Vậy số lượng có 4 thùng chứa, hệ số chứa đầy mỗi thùng là 0,8. thể tích 1 thùng chứa là: . Các thông số kỹ thuật của thùng là: - Thân trụ, Đường kính D. - Chiều cao H = 1,5D. - Đáy, Nắp hình chỏm cầu, chiều cao h = 0,1D. - Ta có: Vậy đường kính thùng D = 3,72m. + Chiều cao thùng H = 3,72´ 1,5 = 5,58 m. + Chiều cao đáy,nắp: h = 0,1 ´ 3,72= 0,372 m. Đặc tính kỹ thuật của thùng. Số lượng gồm 4 thùng, mỗi thùng gồm: - Vật liệu bằng thép không rỉ, áp suất làm việc là 1,5 bar; áp suất thử là 3 bar. - Đường kính trong 3720 mm, chiều cao thùng 5580 mm. - Nắp trên dạng vòm, thân trụ, tất cả các mối nối đều được bảo vệ, bên trong được mài mịn các mối hàn bằng khí argon, mài phẳng đánh bóng các mối ghép phía trong mặt tiếp xúc với dịch. - Ở phần thân trụ có 2 vùng làm lạnh có các đường hình xoắn ốc là các đường ống làm lạnh. - Ngoài ra thùng còn có 1 đường ống tẩy rửa CIP, 1 cặp nhiệt độ, 1 van lấy mẫu, 1 ống báo mức bia trong thùng, van an toàn … 3.2.3.3. Chọn máy chiết chai. - Thể tích bia chai cần chiết trong ngày cao nhất là: 187506l .Sử dụng chai dung tích 450 ml ® vậy số chai sử dụng trong 1 ngày là: - Mỗi ngày làm việc 24h, hệ số sử dụng máy là 0,8. vậy năng suất máy chiết là: (chai/h) * Chọn máy rửa chai có thông số kỹ thuật: Năng suất:25000 chai/h Kích thước: 6,5m × 3,44m × 2,8m Thể tích bể chứa kiềm: 8m3 Đường kính van xối kiềm: 35mm Chu kì một vòng: 12,9 phút Thời gian nghỉ: 1,9 phút Số bơm: 2 chiếc Năng suất bơm: 10 m3/h Công suất động cơ: 7 kW * Chọn máy chiết chai có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước: 3,5m × 2m × 3,2m Áp suất khí nén: 2,5 bar Áp suất nước cấp của bơm cao áp: 1 – 2 bar Áp suất CO2 vào: 2,5 – 3 bar Độ chân không: 0,85 – 0,97 bar * Chọn thiết bị thanh trùng là hầm thanh trùng (tunel) có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước 18m × 2,7m × 2,2m Công suất lắp đặt 4,1 kW, sử dụng điện áp 3 pha: 400V, 50Hz Áp suất khí nén: 6 – 7 bar, 150 l/ph Hơi 3 – 4 bar, 6 – 8 m3/h Tiếng ồn: < 70db Thông số hoạt động: Tốc độ băng tải chính: 0,339 m/ph Nhiệt độ đầu vào: 4˚C Nhiệt độ nước cấp: 18˚C Nhiệt độ nước đầu ra: 25 – 36˚C Chu kì chai vào ra khỏi máy là: 62 phút Chu kì hoạt động: 60 phút.Trong đó thời gian gia nhiệt 27 phút, giữ nhiệt 10 phút, hạ nhiệt 23 phút. Hầm thanh trùng có 8 khoang, mỗi khoang phun nước nóng ở một nhiệt độ khác nhau. Gia nhiệt 4→19˚C bằng nước 28˚C Gia nhiệt 19→33˚C bằng nước 42˚C Gia nhiệt 33→47˚C bằng nước 48˚C Gia nhiệt 47→64˚C bằng nước 64˚C Giữ nhiệt 64˚C bằng nước 68˚C Hạ nhiệt 64→59˚C bằng nước 62˚C Hạ nhiệt 59→49˚C bằng nước 40˚C Hạ nhiệt 49→36˚C bằng nước 32˚C * Chọn máy dán nhãn có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước máy: 3,56m × 1,2m × 1,5m Tốc độ quay: 15 v/ph Công suất động cơ: 0,8 kW Trọng lượng máy: 300 kg Sử dụng keo Krones hay Eticol 6300 * Chọn máy bắn chữ có thiết bị cảm biến, điều khiển tự động * Chọn máy xếp két Một két chứa được 20 chai, máy xếp két cần đạt năng suất: = 1086(két/h) Chọn máy xếp két có thông số kỹ thuật: Năng suất: 1500 két/h Kích thước máy: 1,5m × 1m × 2,5m * Chọn máy rửa két có thông số kỹ thuật: Năng suất: 1500 két/h Kích thước máy: 4m × 0,7m × 1,5m Chọn các thiết bị vận chuyển (den day ) Các thiết bị vận chuyển bao gồm: gầu tải và vít tải chuyển nguyên liệu lên các nồi nấu, các bơm dẫn dịch, dẫn nước. 2.2.4.1. Chọn gầu tải. Chọn 4 gầu tải để vận chuyển nguyên liệu cho cả dây truyền nấu gồm 2 gầu tải trong quá trình vận chuyển malt và 2 gầu tải trong quá trình vận chuyển gạo. Chiều cao 4m. Các thiết bị phụ trợ cần có bao gồm: phễu chứa, bốn ống dẫn bề mặt trơn có độ nhẵn cao, đường kính f = 150 mm, làm bằng thép không rỉ và các van khoá điều chỉnh lượng bột vào nồi nấu cháo và nồi đường hoá. + Gầu tải vận chuyển malt. Lượng nguyên liệu cần vận chuyển 1 mẻ là 2996 kg và cần vận chuyển trong 30 phút. Vậy năng suất của thiết bị là: Trên cơ sở đó chọn gầu tải: - Năng suất thực tế: 6000 (kg/h). - Số gầu múc là 30 gầu cho mỗi thiết bị, 1 xích kéo chịu lực, tốc độ quay của xích là 4 vòng/phút. - Khối lượng 1 lần múc là 50 kg/1gầu. - Công suất động cơ: 2kw. + Gầu tải vận chuyển gạo. Lượng nguyên liệu cần vận chuyển 1 mẻ là 998 kg và cần vận chuyển trong 30 phút. Vậy năng suất của thiết bị là: Trên cơ sở đó chọn gầu tải: - Năng suất thực tế: 2000 (kg/h). - Số gầu múc là 10 gầu cho mỗi thiết bị, 1 xích kéo chịu lực, tốc độ quay của xích là 4 vòng/phút. - Khối lượng 1 lần múc là 50 kg/1gầu. - Công suất động cơ: 0,8 kw. - Vận tốc kéo: 1,2 – 1,4 m/s 2.2.4.2. Chọn vít tải. + Vít tải malt. - Để vận chuyển malt đã nghiền vào nồi nấu. - Công suất: 6 tấn/h. - Vật liệu thép không rỉ. - Động cơ: 0,5 kw, có hộp giảm tốc. + Vít tải gạo. - Để vận chuyển gạo đã nghiền vào nồi nấu. - Công suất: 2 tấn/h. - Vật liệu thép không rỉ. - Động cơ: 0,5 kw, có hộp giảm tốc. 2.2.4.3. Lựa chọn bơm. Các loại bơm: bơm cháo và dịch đường hoá công suất 75m3/h, Pdm= 7,5 kw; bơm dịch lọc công suất 20 m3/h, Pdm= 3 kw; bơm dịch đường đi lắng xoáy công suất 50m3/h, Pđm = 5,5 kw; bơm dịch đường sau lắng xoáy đi lạnh nhanh công suát 20m3/h, Pđm= 3 kw; bơm dịch đi lên men công suất 25 m3/ h, Pđm = 5 kw. Bơm nước lạnh công suất 25 m3/h, Pđm 4 kw; bơm nước sạch công suất 30 m3, Pđm = 5 kw, bơm tuần hoàn nước lạnh công suất 25m3/h, Pđm = 4 kw, bơm đẩy CIP công suất 20m3/h, Pđm = 3 kw; bơm CIP hồi công suấ 20 m3/h, Pđm = 3 kw, bơm dịch lên men công suất 500l/ h, Pđm = 0,5 kw. 3.2.5. Hoá chất vệ sinh . 2.2.5.1. Hoá chất vệ sinh các nồi nấu: Các hoá chất vệ sinh các nồi nấu là: dung dịch Na0H 2%, dung dịch HN03 0,1%, dung dịch nước clo 10%, căn cứ theo nhịp độ nấu : giữa các mẻ nấu trong 1 ngày chỉ cần vệ sinh các nồi nấu bằng nước nóng. Trong các khoảng nghỉ dài vệ sinh các nồi nấu bằng hoá chất tảy rửa, khử trùng. Thể tích hoá chất cần dùng cho 1 lần vệ sinh định kỳ khoảng 8% thể tích nồi nấu lớn nhất là nồi hoa, theo đó thể tích các dung dịch vệ sinh là : 0.08 x 36,43 x 2 = 5,83 m3, tức khối lượng 5830 kg, lượng hoá chất sử dụng tương ứng là: Na0H dạng khan: 2% x 5830=116,6 kg, dung dịch axit nitric đậm đặc 63%: 0,1% x 5830/63% = 9,25 kg, bột cloramin; 10% x 5830 = 583kg, định kỳ 1 tuần vệ sinh các nồi nấu 1 lần thì theo lịch sản xuất 1 năm cần vệ sinh khoảng 50 lần khi đó lượng hoá chất cần tiêu hao là: Na0H : 50 x 116,6 =5830 kg HN03 : 50 x9,25 = 462,5 kg Clorami : 50 x 583 = 29150 kg. 2.2.5.2. Hoá chất vệ sinh các thiết bị lên men: Các hoá chất dùng để vệ sinh các thiết bị lên men là: dung dịch Na0H 2%, dung dịch trimeta HC 2%, dung dịch P3 oxonia 0,5%, theo nhịp độ sản xuất 1 ngày sản xuất vệ sinh 1 tank lên men, ngoài ra còn vệ sinh hệ thống lên men hay tái sử dụng men kết lắng và các tank tàng trữ, thể tích các CIP cần sử dụng 1 ngày bằng 8% thể tích tank lên men: 8% x209,4 = 16,75 m3. Lượng hoá chất cần vệ sinh hệ thống lên men 1 ngày là: Na0H : 2% x 16750 =335 kg Trimeta HC: 2% x 16750 = 335 kg P3 oxonia: 0,5% x 16750 = 8375 kg Một năm tương ứng 300 ngày sản xuất cần 1 lượng hoá chất vệ sinh là: Na0H : 300 x 335 = 100500 kg Trimeta HC: 300 x335 = 100500kg P3 oxonia: 300 x 83,75 = 2512,5 kg Tổng lượng Na0H cần để vệ sinh nhà náy là: 106330 kg TT Tên thiết bị Số lượng Động cơ Đặc điểm kỹ thuật Công suất 1 Cân 2 cân điện tử chỉ thị số 500 ± 0,5kg/lần cân 2 Máy nghiền malt 1 11 kw Máy nghiền trục 3000kg/h 3 Máy nghiền gạo 1 6kw Máy nghiền búa 1000kg/h 4 Nồi hồ hoá 1 Động cơ cánh khuấy d=1,76 m tốc độ 32 v/p D=2,2m; h1=0,44; H=3,08 m h2=0,33 m F= 2,275m2 12,1 m3 5 Nồi đường hoá 2 Động cơ cánh khuấy d=2,16 m tốc độ 32 v/p D=2,7m; h1=0,54; H= 3,78m h2=0,405m F= 8,18 m2 21,82 m3 6 Thùng lọc đáy bằng 2 D=2,9 H=2,49m 16,3 m3 7 Nồi nấu hoa 2 D=3,1m; h1=0,62; H= 4,34 h2=0,465m 32,8m3 8 Thiết bị đun nước nóng 2 D=3m H=4,5m h=0,3m 31,5m3 9 Nồi lắng xoáy 2 D=3,2m H=3,2m h2=0,48m 27,3m3 10 CIP cho nhà nấu 3 D=1,8m H=2,7m h1=0,18 h2=0,18m 6,56m3 11 Máy lạnh nhanh 1 47 tấm 12 Thùng lên men 18 D=5,3m h1=4,589m H=7,95m h3=1,42m h4=1,06m 232,74m3 13 Thùng nhân men cấp 2 1 D=2,853m h1=0,57m H=2,853m h3=0,62m h4=0,57 m 23,159m3 14 Thùng nhân men cấp 1 1 D=1,98m h1=0,39m H=1,98m h3=0,36m h4=0,39 m 7,81m3 15 Thùng rửa men 1 D=1,668m h1=0,33m H=1,668m h3=0,276m h4=0,33 m 4,63m3 16 Thiết bị hoạt hoá men 1 D=1,373m h1=0,274m H=1,373m h3=0,22m h4=0,274 m 2,57 m3 17 CIP lạnh 3 D=2,2m H=3,3 m 12,93 m3 18 Máy lọc bia 1 D x R =600 x600mm 14,495 m3 19 Thùng chứa bia 4 D=3,72 m H=5,58 m 62,9 m3 20 Máy chiết chai 1 4,1 chai 30000chai/h 21 Máy rửa chai 1 7kw 25000chai/h 22 Máy dập nút chai 1 30000nắp/h 23 Máy thanh trùng 1 4,1kw 30000chai/h 24 Máy dán nhãn 1 0,8kw 30000chai/h 25 Gầu tải 4 0,8kw 6000kg/h(malt) 2000kg/h(gạo) 26 Vít tải 2 0,5kw tải malt tải gạo 6 tấn/h 2 tấn/h 27 Bơm Nhiều loại max =7,5kw max =75m3/h