Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -1- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây ngành công nghệ thực phẩm phát triển rất mạnh, với sự đa dạng và phong phú về nhiều loại sản phẩm. Sự phát triển không chỉ thể hiện về mặt số lượng mà cả chất lượng. Mặc dù hiện tại nền kinh tế toàn cầu đang khủng hoảng, nhưng không vì thế mà ngành công nghệ thực phẩm ngưng lại. Cũng như, không vì lẽ đó mà nhu cầu của con người thay đổi. Cho nên, để đáp ứng nhu cầu của xã hội, tôi “Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men với năng suất 32 triệu lít/năm”. Sản phẩm nước giải khát lên men từ nguyên liệu giàu tinh bột là loại đồ uống đang rất có tiềm lực phát triển trên thế giới, nhưng ở Việt Nam thì nó còn mới lạ. Với đặc tính có giá trị dinh dưỡng cao cùng với hương vị đặc trưng và sự mới lạ sẽ thu hút được sự chú ý của khách hàng. Mặt khác, nước còn là thành phần không thể thiếu đối với cơ thể mỗi con người. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại nước giải khát, nhưng chủ yếu là nước pha chế giá trị dinh dưỡng không cao, nếu sử dụng nhiều còn ảnh hưởng đến sức khoẻ. Cho nên, một nhà máy nước giải khát lên men sẽ được xây dựng tại tỉnh DakLak là điều cần thiết. Không những sẽ đáp ứng được nhu cầu trong nước, mà còn có thể trở thành sản phẩm xuất khẩu hàng đầu. Thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà, tăng cường sự cạnh tranh với các nước trong khu vực và trên thế giới, nâng cao đời sống xã hội. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -2- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước nhà, đời sống người dân ngày càng được nâng cao. Cho nên nhu cầu ăn uống cũng thay đổi theo, con người ngày càng có nhu cầu thưởng thức các loại sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và đòi hỏi sự mới lạ của sản phẩm. Cho nên, việc xây dựng nhà máy nước giải khát lên men vào lúc này là điều rất cần thiết. Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong và ngoài nước, tạo sự cạnh tranh trên thị trường và làm phong phú, đa dạng các mặt hàng nước giải khát. Daklak có thể nói là một thành phố rất nhiều tiềm năng, đang trên đà phát triển. 1.1. Đặc điểm tự nhiên Nhà máy được đặt gần trục đường quốc lộ 14, gần nhà máy bia Sài Gòn- Daklak, thuận lợi về mặt giao thông. Đặc điểm thổ nhưỡng rất tốt, cấu tạo chủ yếu là đất đỏ bazan. Khí hậu Daklak tương đối ôn hoà, nhiệt độ trung bình hàng năm 23 ÷ 240C, mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cao nguyên và chia thành hai mùa rõ rệt. Hướng gió chủ đạo là hướng Tây Nam [14]. 1.2. Vùng nguyên liệu Nguồn nguyên liệu dùng cho sản xuất của nhà máy chủ yếu là ngô, malt, đường,... Ngô được mua về từ các tỉnh lân cận. Đường được mua từ các nhà máy đường Krông Bông, Gia Lai, Quảng Ngãi, Phú Yên. Malt được nhập từ Úc và được bảo quản trong kho sử dụng dần. 1.3. Hợp tác hoá Để thuận tiện cho việc thu mua nguyên liệu cũng như tiêu thụ sản phẩm, phế phẩm trong quá trình sản xuất của nhà máy, cần hợp tác với các nhà máy ở trong và ngoài tỉnh để ổn định nguồn cung cấp, tiêu thụ cho quá trình sản xuất. Việc hợp tác với các nhà máy sẽ làm giảm chi phí vận chuyển, sản xuất, hạ giá thành sản phẩm. 1.4. Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng nguồn điện quốc gia, qua trạm biến áp 220/380V. Ngoài ra, nhà máy còn bố trí máy phát điện dự phòng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -3- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 1.5. Nguồn cung cấp hơi Nguồn cung cấp nhiệt cho nhà máy là hơi đốt lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. 1.6. Nhiên liệu Nhiên liệu dùng để đốt nóng lò hơi, xăng dùng cho ôtô. 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Đối với nhà máy sản xuất nước giải khát, nước là vấn đề quan trọng, trong sản phẩm nước chiếm trên 90%, chất lượng nước có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm và sức khoẻ của người tiêu dùng. Nguồn cung cấp nước chính cho nhà máy được lấy từ nguồn nước của thành phố. 1.8. Thoát nước Nước từ nhà máy thải ra chảy xuống cống thoát và tập trung về bể gom. Sau đó qua hệ thống xử lý nước thải của nhà máy, xử lý cho đến khi đạt yêu cầu mới thải ra ngoài. 1.9. Giao thông vận tải Giao thông là vấn đề quan trọng trong việc nhập nguyên liệu cũng như xuất sản phẩm. 1.10. Thị trường tiêu thụ Ban Mê Thuột là thành phố trọng điểm của khu vực Tây Nguyên. Do có tuyến giao thông phân bố rộng khắp ra Bắc vào Nam, nên việc phân bố và tiêu thụ sản phẩm trên toàn nước dễ dàng hơn. Tăng sức mạnh cạnh trên thị trường và mở rộng thị trường quốc tế. 1.11. Nguồn nhân lực Daklak nằm giữa cao nguyên Nam Trung Bộ, Cùng với các điều kiện thuận lợi về đất, rừng, tài nguyên khoáng sản, đây chính là một lợi thế quan trọng về phát triển kinh tế, xã hội, khoa học - công nghệ, môi trường, an ninh quốc phòng và giao lưu hàng hóa... giữa Daklak với các thị trường trong nước và quốc tế, cho phép tỉnh xây dựng và phát triển một nền kinh tế mở. Cho nên, có khả năng thu hút nguồn nhân lực dồi dào của các tỉnh thành lân cận của duyên hải Miền Trung, Tây Nguyên. Tóm lại: Với những ưu thế của thành phố Ban Mê Thuột nói riêng và Khu vực Tây Nguyên nói chung, việc xây dựng nhà máy nước giải khát lên men là hoàn toàn có cơ sở. Nó vừa thúc đẩy sự phát triển kinh tế, vừa góp phần giải quyết việc làm, đảm bảo đáp ứng được nhu cầu của thị trường. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -4- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Chương 2 GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất nước giải khát lên men là malt, ngô, đường, nước và một số phụ gia khác. 2.1. Nguyên liệu 2.1.1. Malt ™ Vai trò [4, tr 112]: Malt cùng với ngô là hai nguyên liệu chính tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Trong đó, malt giữ vai trò rất quan trọng về mặt giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan. Ngoài ra, trong malt còn có các enzym thuỷ phân tinh bột và protein cho nên nó còn có vai trò quan trọng trong quá trình đường hóa, dịch hóa, đạm hóa. Bảng 2.1. Thành phần hóa học của malt (tính theo phần % chất khô). ™ Yêu cầu về chất lượng: Malt dùng để sản xuất phải là loại malt vàng có màu sắc sáng bóng, có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt dịu, không có mùi vị lạ, không mốc. Độ chiết của malt khoảng 75÷82%. Trạng thái: Hạt khô, rời, không bốc nóng hay trương nở, hạt có kích thước đều, không lẫn sạn đá, sâu mọt hay mầm rễ sót. Độ ẩm: Độ ẩm cho phép khi bảo quản phải nhỏ hơn 6%. Thành phần Hàm lượng (%) Thành phần Hàm lượng (%) Tinh bột 58 Chất chứa nitơ 10 Sacaroza 5 Xenluloza 6 Đường khử 4 Chất béo 2,5 Pentozan không hòa tan và hexozan 9 Pentozan hoà tan 1 Chất khoáng 2,5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -5- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT ™ Nguồn thu nhận và bảo quản malt: Malt dùng để sản xuất được nhập khẩu từ Úc, sau khi về đến nhà máy malt có thể là đưa vào sản xuất ngay và đưa vào kho bảo quản để đảm bảo cung cấp nguyên liệu ổn định cho quá trình sản xuất. Malt được chứa trong bao và chất thành đống bảo quản đảm bảo cách ẩm tốt. Thời gian malt lưu lại trong kho không quá một tháng. Trong quá trình bảo quản phải thường xuyên kiểm tra, đề phòng các hiện tượng làm hư hại hạt. 2.1.2. Ngô ™ Vai trò: Làm giảm lượng malt sử dụng, để giảm giá thành sản phẩm. Đồng thời cũng tạo nên hương vị đặc trưng của sản phẩm. Đặc tính của hạt ngô [1, tr 63]: Có phôi khá lớn, chiếm khoảng 9-15% trọng lượng hạt. Độ ẩm khoảng 10÷11%. Do đó, ngô ngoài vai trò tạo giá trị cảm quan cho sản phẩm, thì nó còn là nguồn cung cấp cơ chất cho quá trình lên men. Bảng 2.2. Thành phần hoá học của ngô (% theo chất khô). Glucid (%) Protit(%) Chất béo(%) Celluloza(%) Tro(%) 66÷70 10÷12 5÷5,5 2÷2,5 1,5÷2 ™ Yêu cầu [1, tr 63]: Vì chất béo có trong phôi với hàm lượng khá cao (23÷45% trọng lượng phôi) nên thường làm giảm chất lượng kỹ thuật của sản phẩm, làm cho sản phẩm dễ bị oxy hóa gây mùi khó chịu. Do đó khi dùng ngô làm nguyên liệu yêu cầu cần phải tách phôi. ™ Bảo quản ngô: Ngô được thu mua cho vào bao tải vận chuyển về nhà máy và bảo quản trong kho nguyên liệu. Độ ẩm của ngô phải luôn luôn nhỏ hơn 13%, thời gian bảo quản không quá một tháng. 2.1.3. Đường Đường sử dụng để phối chế dịch lên men dưới dạng xirô nồng độ 65%, có vai trò cung cấp cơ chất ban đầu cho quá trình lên men. Chất lượng đường sử dụng phải đảm bảo các yêu cầu sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -6- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Bảng 2.3. Một số chỉ tiêu chất lượng của đường. Chỉ tiêu Đường kính loại 1, (%) Đường kính loại 2, (%) Hàm lượng sacaroza ≥ 99,65 ≥ 99,45 Độ ẩm < 0,07 < 0,12 Hàm lượng chất khử < 0,15 < 0,17 Hàm lượng tro < 0,10 < 0,15 Đường dùng để sản xuất phải là đường kính trắng, với chỉ tiêu chất lượng đường như vậy thì ta có thể thu mua từ các nhà máy đường trong tỉnh và các tỉnh lân cận như Quảng Ngãi, Phú Yên. Đường chứa trong các bao PE kín, sau khi thu mua từ các nhà máy về được đưa vào bảo quản trong kho. Kho phải có bệ cách nền 0,2m để tránh trường hợp đường bị ẩm trở lại. Thời gian bảo quản không quá 1 tháng. 2.2. Chất hỗ trợ kĩ thuật 2.2.1. Chế phẩm enzyme [4, tr 110] Nhà máy sử dụng loại Termamyl, dạng lỏng, chịu nhiệt độ cao, được sản xuất từ vi sinh vật Bacillus lichenfomis. Tên thương mại thường gặp trên thị trường là Termamyl 120L. Mục đích sử dụng: Tăng cường khả năng thủy phân tinh bột, rút ngắn thời gian thơm hóa. Đặc tính của Termamyl 120L: Có khả năng thủy phân tinh bột ở nhiệt độ rất cao 95÷1000C, còn ở nhiệt độ 105÷1080C thì chúng bị giảm hoạt tính nhưng không vô hoạt hoàn toàn. Giá trị pH hoạt động của chúng nằm trong vùng acid yếu: 5,8÷6,2. Nhà máy sử dụng chế phẩm enzyme này với tỉ lệ là 0,05% so với khối lượng ngô. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -7- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 2.2.2. Hóa chất 2.2.2.1. Acid Citric ™ Vai trò của acid citric: Trong sản xuất nước giải khát lên men, dùng acid citric để chuyển hóa đường saccaroza thành đường nghịch đảo trong quá trình nấu xirô, làm tăng độ ngọt chung cho xirô và chống sự hồi đường. Bảng 2.4. Chỉ tiêu của acid citric dùng trong thực phẩm (Rehm và cộng sự, 1996) [7.39]. Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Mức qui định Hàm lượng acid citric % Không thấp hơn 99,5 Tro % Không vượt quá 0,05 Chì mg/kg Không vượt quá 10 Arsen mg/kg Không vượt qua 3 Sulphate % Không phát hiện ™ Bảo quản citric: Acid citric ở dạng bột, được đóng gói trong bao PE và chứa trong các thùng cactông, được bảo quản trong kho nguyên liệu của nhà máy. 2.2.2.2. CO2 ™ Vai trò [7, tr 67-68]: Carbon dioxide có chức năng góp phần tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm. Ngoài ra, sự có mặt của CO2 trong thức uống còn có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. CO2 là khí không màu, không mùi và không duy trì sự cháy. Trong nhà máy để bão hòa CO2 cho sản phẩm, người ta có thể sử dụng carbon dioxide từ 2 nguồn khác nhau: CO2 thu hồi từ quá trình lên men ngay trong nhà máy, sau đó đưa qua hệ thống xử lý. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -8- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT CO2 thực phẩm mua từ các nhà máy Bia lân cận như: Sài Gòn – Daklak, Poster, Quảng Nam, Huda Huế. ™ Một số chỉ tiêu chất lượng quan trọng của CO2 [4, tr 71]: Chỉ tiêu cảm quan: không màu, không mùi. Chỉ tiêu hóa lý: Lượng CO2: không nhỏ hơn 99,8%. Lượng nước không lớn hơn 0,1%. ™ Bảo quản CO2: Carbon dioxide được chứa trong các dụng cụ chuyên dụng, làm bằng thép và chịu áp lực cao. 2.2.2.3. Bột trợ lọc Diatomit ™ Vai trò: Làm tăng hiệu quả của quá trình lọc, làm cho dung dịch sau lên men trong hơn. ™ Các thông số đánh giá chất lượng của bột diatomit: - Độ thẩm thấu - Độ xốp - Tổn thất khi nung - Thành phần chất tan ™ Thu mua và bảo quản: Bột trợ lọc diatomit có thể đặt hàng mua ở các cơ sở trong nước, bột này chứa sẵn trong các bao chuyên dùng nên ta chỉ cần đưa vào kho bảo quản, đảm bảo khô thoáng. 2.2.2.4. NaOH [4, tr 106] Vai trò: Được sử dụng để vệ sinh máy móc, thiết bị và rửa chai. ™ Yêu cầu kĩ thuật: NaOH > 96% NaCl < 1,5% Fe2(CO)3 < 0,2% ™ Thu mua và bảo quản: Có thể mua ở các cơ sở cung cấp hóa chất công nghiệp và bảo quản trong kho khô ráo, thoáng mát. 2.3. Vi sinh vật giống Giống đóng vai trò quyết định trong quá trình lên men: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -9- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Quyết định đến năng suất và hiệu suất lên men. Chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, một giống tốt còn có tác dụng giảm vốn đầu tư cho sản xuất và giá thành sản phẩm. 2.3.1. Nấm men ™ Vai trò: chuyển hóa đường thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ khác. ™ Các đặc tính cơ bản mong muốn có đối với giống nấm men [8]: Tốc độ lên men nhanh. Sử dụng đường có hiệu quả. Có khả năng chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxy, nhiệt độ và nồng độ CO2. Sản phẩm tạo ra có hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Giống phải cho ra sản phẩm mà ta mong muốn, sản phẩm này phải có số lượng và chất lượng cao hơn các sản phẩm phụ khác. Giống phải cho năng suất sinh học cao. Năng suất sinh học quyết định cả vốn đầu tư và giá thành sản phẩm. Phải có khả năng đồng hóa các nguyên liệu rẽ tiền và dễ kiếm. Nhà máy sử dụng chủng nấm men thuộc họ Sacharomyces minor để tiến hành lên men. Điều kiện tối ưu của chủng nấm men là lên men ở nhiệt độ 25÷300C và pH = 5÷5,5. 2.3.2. Vi khuẩn Lactic ™ Vai trò: Nước giải khát lên men yêu cầu có một độ chua nhất định, nên việc sử dụng vi khuẩn lactic là để tạo vị chua và hương thơm cho sản phẩm. ™ Yêu cầu: Vi khuẩn lactic sử dụng phải có khả năng cộng sinh với nấm men và cũng cần đảm bảo được các yêu cầu chung của vi sinh vật giống. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -10- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Chương 3 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 3.1. Dây chuyền công nghệ sản xuất Nấu xirô nồng độ 65% Kiểm tra và dán nhãn Lọc Ngô Tách phôi Hồ hoá Đường Đường hoá Thơm hoá Đạm hoá Nghiền Lên men Malt Nghiền Đạm hoá và đường hoá Phối chế dịch lên Làm lạnh và lọc trong Thanh trùng và làm nguội Lọc và rửa bã Giống đã hoạt hoá Giống Ổn định Chiết rót Rửa Chai bẩn CO2 Thanh trùng Thành phẩm 70% 30% ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -11- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 3.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 3.2.1. Làm sạch 3.2.1.1. Mục đích Loại bỏ những phần không có giá trị và có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm cũng như công nghệ sản xuất ra khỏi nguyên liệu. 3.2.1.2. Tiến hành Malt và ngô theo các đường vận chuyển khác nhau, được đưa đến 2 sàng làm sạch riêng biệt. Ở đây, các tạp chất được tách hết khỏi nguyên liệu. Sau đó, malt được vận chuyển đến máy nghiền, còn ngô thì được đưa sang nghiền sơ bộ và tách phôi. 3.2.1.3 . Tách phôi ngô [5, tr 102] ™ Mục đích: Phôi ngô là bộ phận dễ bị phá hại nhất của hạt ngô, được cắm sâu vào trong lõi ngô, có khả năng hút ẩm cao và đặc biệt hàm lượng béo rất cao. Cho nên phải tách phôi để tránh sự ảnh hưởng của chất béo đến hoạt động của nấm men. Nghiền sơ bộ hay còn gọi là quá trình đập vụn nhằm mục đích phá vỡ hạt thành mảnh để tách phôi dễ dàng, đồng thời thu được tỉ lệ bột cao hơn. ™ Tiến hành: Phôi ngô sau khi ngâm trở nên đàn hồi, liên kết với nội nhũ yếu đi và khi nghiền trong điều kiện nhất định phôi sẽ tách rời với các mảnh nội nhũ và không bị vụn nát. Để nghiền sơ bộ, ta dùng máy nghiền búa có kích thước lỗ sàng lớn hơn máy dùng để nghiền ngô cấp cho nồi nấu. • Cấu tạo của máy nghiền búa gồm: 1- Phễu chứa nguyên liệu 2- Trục phân phối nguyên liệu 3- Máng trượt 4- Roto 5- Sàng 6- Không khí vào 7- Hạt vào bộ phận nghiền 8- Búa Hình 3.1. Nguyên lý vận hành máy nghiền búa [4, tr 160]. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -12- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 9- Bột nghiền ra 10- Sàng chống rung • Nguyên lý hoạt động của máy nghiền búa: Hạt ngô từ phễu chứa nguyên liệu số (1), được đưa vào khoang nghiền qua trục phân phối liệu số (2), máng trượt số (3) và cửa vào số (7). Tại đây dưới tác động của lực va đập giữa ngô hạt với các búa, sẽ làm cho ngô bị vỡ ra làm nhiều mảnh và lọt qua lỗ sàng có kích thước lớn, đặc biệt là nó không làm nát vụn phôi. Sau đó, hỗn hợp gồm phôi và các mảnh ngô được đưa ra ngoài qua cửa tháo liệu và chuyển sang xiclon nước để tách phôi. Để tách phôi thường dùng xiclon nước dựa theo sự khác nhau về tỷ trọng giữa phôi và các mảnh nội nhũ. Biết rằng phôi chứa khoảng 50 ÷55% chất béo (tính theo phôi khô) nên tỷ trọng của phôi nhỏ hơn tỷ trọng các mảnh nội nhũ. 3.2.2. Nghiền nguyên liệu 3.2.2.1. Mục đích Nghiền theo các mức độ khác nhau tùy thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng, nhưng mục đích chung của nghiền là phá vỡ cấu trúc hạt, tạo điều kiện thuận lợi để khi đường hóa thu được nhiều chất hòa tan nhất có lợi cho quá trình sản xuất và chất lượng thành phẩm. Hạn chế các chất không có lợi tan vào dịch đường và sử dụng tốt nhất các thành phần của nguyên liệu. 3.2.2.2. Nghiền malt Phần nội nhũ của malt là nguồn cung cấp cơ bản các chất hòa tan cho dịch đường. Còn vỏ trấu được sử dụng như một chất trợ lọc dịch đường và hạn chế các chất hòa tan của nó tan vào dịch đường (gây mùi vị không tốt), do đó chỉ nên nghiền dập không nên nghiền mịn, đảm bảo tách hết nội nhũ khỏi vỏ. Trước khi nghiền nên phun một ít nước vào malt. Khi nghiền cần giữ cho vỏ malt càng ít nát càng tốt. Vì vỏ malt nghiền càng mịn thì các chất không có lợi trong vỏ sẽ chuyển vào dịch đường càng nhiều và sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Mặt khác vỏ nghiền càng mịn thì quá trình lọc xảy ra chậm. Nhà máy sử dụng máy nghiền bốn trục một sàng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -13- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT ™ Nguyên lý cấu tạo của máy nghiền trục [3, tr 55]. • Cấu tạo: 1- Phễu cấp liệu 2- Trục rải liệu 3- Trục nghiền 4- Cửa tháo sản phẩm Hình 3.2. Cấu tạo máy nghiền trục. • Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu từ phễu cấp liệu số (1) qua trục rải liệu số (2). Cơ cấu này cung cấp vật liệu đều đặn cho trục nghiền và luôn hướng vật liệu đi vào khe hở giữa hai trục nghiền. Sau khi được nghiền đến kích thước theo yêu cầu, sản phẩm được tháo ra ngoài qua cửa số (4). 3.2.2.3. Nghiền ngô Ngô sau khi đã tách phôi, được chuyển đến máy nghiền búa để thực hiện quá trình nghiền mịn. Ngược lại với malt thì ngô có yêu cầu là nghiền càng mịn càng tốt, để chiết được nhiều nhất các chất hòa tan có trong hạt ngô. Do đặc tính của nguyên liệu và yêu cầu của sản phẩm sau nghiền nên nhà máy sử dụng máy nghiền búa để nghiền ngô. ™ Cấu tạo của máy nghiền búa gồm [4-164]: 1- Phễu chứa nguyên liệu 2- Trục phân phối nguyên liệu 3- Máng trượt 4- Roto 5- Sàng 6- Không khí vào 7- Hạt vào bộ phận nghiền 8- Búa 9- Bột nghiền ra 10-Sàng chống rung Hình 3.3. Nguyên lý vận hành máy nghiền búa. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -14- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT ™ Nguyên lý hoạt động: Ngô từ phễu chứa nguyên liệu (1) sẽ được trục phân phối nguyên liệu (2) điều chỉnh lượng nguyên liệu rơi lên máng trượt số (3) và đi qua cửa số (7) vào khoang nghiền bên trong. Tại đây, các búa (8) quay xung quanh trục roto số (4), tạo ra lực va đập giữa búa với nguyên liệu và giữa chính các hạt. Do vậy mà hạt bị đập nhỏ ra, ở đây có quạt thông gió thổi mạnh. Hạt được nghiền mịn sao cho các hạt bột chui qua lỗ sàng của lưới sàng số (5) và đi ra ngoài qua cửa tháo liệu số (9). Ưu điểm: Năng suất đường hóa tăng, cặn tạo thành ít hơn. Nhược điểm: Khi nghiền bụi bay ra nhiều. 3.2.3. Nấu nguyên liệu Nấu là quá trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất dịch lên men. Mục đích của nấu là chuyển các chất từ trạng thái không tan sang trạng thái hòa tan nhờ tác động của enzyme. Quá trình nấu gồm: Hồ hoá, đạm hoá, đường hoá và thơm hoá. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -15- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 3.2.3.1. Sơ đồ nấu Nồi thơm hoá Nồi đường hoá Nâng lên 800C trong 20ph Nâng lên 630C trong 10ph Nâng lên 780C trong 5ph Giữ ở 520C trong 20ph Giữ ở 750C trong 40ph Nâng lên 800C trong 20ph Giữ ở 520C trong 20ph Nâng lên 900C trong 40ph Nâng lên 1300C trong 20ph Hoà trộn 10ph Giữ 20 phút Hoà trộn 10ph Giữ 30ph Giữ 60ph Hoà trộn 10ph Giữ 20 phút Hoà trộn 10ph Giữ 30ph Hội cháo 10ph Bột malt Nước lạnh 30% 70% Nước nóng 620C 50% 50% Bột ngô Bơm đi lọc Termamyl ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -16- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 10 10 30 60 80 90 100 110 120 140 150 160 180 190 220 230 270 280 60 50 70 80 Nhiãût âäü (0C) 130 170 285 Thåìi gian (phuït) 3.2.3.2. Tiến hành ™ Nồi thơm hoá: • Cấu tạo 1- Cửa nạp liệu 2- Thân 3- Ống dẫn hơi đốt 4- Ống xã nước ngưng 5- Cửa tháo dịch đường 6- Cánh khuấy Hình 3.4. Nguyên lý hoạt động của nồi thơm hóa. ™ Đồ thị nâng và giữ nhiệt của quá trình nấu Nấu ở nồi thơm hóa ------------- Nấu ở nồi đường hóa ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -17- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT • Tiến hành: Trước hết là phải tiến hành vệ sinh nồi thơm hoá, rồi cho 50% bột ngô cùng với nước vào qua cửa nạp liệu số (1), nước nóng 620C hoà trộn trong 10 phút. Tỷ lệ nước/bột ngô là 5lít/1kg bột ngô. Trong quá trình hoà trộn cánh khuấy (6) hoạt động liên tục, sau đó nâng nhiệt độ khối dịch lên 800C trong 20 phút nhờ hơi cấp qua ống dẫn hơi đốt (3) và giữ ở nhiệt độ này trong 20 phút để quá trình hồ hoá và dịch hoá tinh bột xảy ra. Tiếp đó, hoà tiếp nước lạnh với bột malt cho vào các nồi với tỉ lệ như sau: Tỉ lệ nước/ bột malt = 4 lít nước/1kg bột malt, 30% bột malt vào nồi thơm hóa. Tiến hành hoà trộn trong 10 phút để đạt nhiệt độ 520C và giữ ở nhiệt độ này trong 20 phút để thực hiện quá trình đạm hoá. Tiếp theo nâng nhiệt độ của dịch lên 900C trong thời gian 40 phút, bổ sung 0,05 % Termamyl và giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút để thực hiện quá trình đường hoá. Sau đó, tiếp tục nâng nhiệt độ lên 1300C trong 20 phút và giữ ở nhiệt độ này trong 60 phút để tiến hành thơm hoá rồi đưa đi hội cháo qua cửa số (5). Hơi sau khi cấp nhiệt ngưng tụ lại và theo ống xả nước ngưng số (4) ra ngoài. ™ Nồi đường hoá: Đường hoá là quá trình thủy phân tinh bột thành đường và các dextrin có phân tử lượng khác nhau. • Cấu tạo 1- Cửa nạp liệu 2- Ống thoát hơi 3- Thân 4- Cánh khuấy 5- Ống dẫn hơi đốt 6- Ống xả nước ngưng 7- Cửa tháo dịch đường Hình 3.5. Nguyên lý hoạt động của nồi đường hóa. • Tiến hành Quá trình hồ hóa, dịch hoá, đạm hoá, đường hoá được tiến hành giống như nồi thơm hoá với 50% bột ngô và 70% bột malt còn lại của một mẻ. 2 3 4 7 6 5 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -18- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Trước tiên, 50 % bột ngô còn lại cùng với nước nóng 620C được nạp qua cửa số (1), hòa trộn 10 phút nhờ cánh khuấy số (4). Tiếp đến nâng nhiệt lên 800C trong 20 phút nhờ hơi đốt cấp theo ống số (5), ta cũng giữ ở nhiệt độ này trong 20 phút. Sau đó, hoà 70 % bột malt còn lại cùng với nước lạnh trong 10 phút và giữ ở 520C trong 20 phút. Cuối cùng, nâng lên 630C trong 10 phút và giữ 30 phút, rồi chuyển dịch đường từ nồi thơm hóa sang hội cháo trong 10 phút. Giữ 750C trong 40 phút, rồi nâng lên 780C trong 5 phút và chuyển dịch đường qua cửa (7) bơm đi lọc. 3.2.4. Lọc và rửa bã 3.2.4.1. Mục đích Sau khi đường hóa ta thu được dung dịch có những chất hòa tan và không tan khác nhau. Cho nên chúng ta phải lọc để thu được dịch chứa các chất tan để chuẩn bị cho quá trình phối chế dịch lên men và loại bỏ bã. 3.2.4.2. Tiến hành ™ Cấu tạo 1- Ống dẫn dung dịch cần lọc vào thiết bị 2- Vấu lồi 3- Khung 4- Bản 5- Vải lọc 6- Van dẫn dịch lọc 7- Máng hứng 8- Tay quay Hình 3.6. Thiết bị lọc khung bản [3-95]. ™ Nguyên lý hoạt động Dung dịch cần lọc sau khi nâng lên 780C được bơm vào thiết bị đi qua các khe và chứa đầy khoảng trống bên trong của tất cả các khung (3). Nhờ áp lực bơm vào mạnh nên nước lọc được được thấm qua các lỗ nhỏ của vải lọc (5), chảy theo các rãnh trên bề mặt bản (4) xuống phía dưới và được tháo ra ngoài qua van số (6). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -19- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Nước lọc được tập trung tại máng hứng và chuyển sang công đoạn khác. Còn bã được giữ lại trên bề mặt vải lọc và được tiến hành rửa bã. Quá trình rửa bã được tiến hành như sau: nước rửa bã được bơm vào theo chiều ngược lại với quá trình lọc (không thể vào theo đường dịch hèm vào) nếu không nước sẽ theo đường ngắn nhất qua đường phía trên vải lọc và chảy ra ngoài mà không rửa bã. Nước rửa được bơm theo đường tạo thành phía dưới khung chảy qua vải lọc rồi qua bã trong khung và ra ngoài theo đường trên tấm bản sau đó. Cuối cùng là quá trình tháo bã: phải tháo rời khung và bản, bã rơi xuống máng phía dưới và đưa ra ngoài. 3.2.5. Phối chế dịch lên men 3.2.5.1. Chuẩn bị xirô Đường trước khi phối chế vào dịch lên men phải được nấu thành dạng xirô đường có nồng độ 65%. Mục đích: Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phối chế. Quá trình nấu xirô gồm hai giai đoạn: Hòa tan đường và chuyển hóa đường thành xirô. Giai đoạn hòa tan đường được tiến hành trong nồi nấu 2 vỏ, chứa nước 620C và được đun đến sôi, cánh khuấy hoạt động liên tục. Sau khi hòa tan hết đường, ngừng khuấy và tiến hành tách bọt cùng với các tạp chất nổi trên bề mặt dung dịch. Thời gian sôi khoảng 5 phút, để tránh trường hợp đường bị caramen hóa. Giai đoạn thứ hai là giai đoạn chuyển hóa đường tiến hành như sau: Dịch đường thu được ở giai đoạn trên được làm nguội đến 800C, rồi cho acid citric vào với tỉ lệ 120g/100kg đường, khuấy đều và giữ ở nhiệt độ này khoảng 2 giờ. Axit citric được pha thành dung dịch nồng độ 25%. Xirô đường sau khi nấu xong phải đem đi lọc trong thiết bị lọc khung bản và sau đó được làm lạnh rồi được đưa đến thiết bị phối chế dịch lên men. 3.2.5.2. Phối chế dịch lên men Dịch đường sau khi lọc và làm lạnh có nồng độ nhỏ hơn 10,5%. Để thu được dịch lên men với yêu cầu 10,5% thì ta phải bổ sung xirô đường 65% vào dịch đường. Dịch đường sau khi phối chế được thanh trùng ở 600C trong thời gian 10 phút và làm nguội xuống 300C rồi đưa vào thùng lên men. Quá trình thanh trùng và làm nguội được tiến hành trong hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -20- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT ™ Cấu tạo 1- Cửa nạp dịch thủy phân tinh bột 2- Cửa nạp dịch xirô đường 3- Cửa tháo dịch lên men 4- Cánh khuấy 5- Thân thiết bị Hình 3.7. Thiết bị phối chế dịch lên men. ™ Nguyên lý hoạt động Dịch thủy phân tinh bột sau khi lọc nhờ bơm định lượng đưa vào thiết bị phối chế dịch lên men theo đường số (1). Xirô được bơm vào theo cửa số (2). Khi cho nguyên liệu vào thiết bị thì ta cũng tiến hành bật cánh khuấy (4) để trộn đều dung dịch. Khi dung dịch đạt nồng độ yêu cầu thì tiến hành mở cửa số (3) tháo sản phẩm ra ngoài. 3.2.6. Lên men 3.2.6.1. Mục đích Nhờ sự tác động của enzym vi sinh vật để chuyển hoá đường thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ khác nhau góp phần tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm. 3.2.6.2. Nuôi cấy giống vi sinh vật Giống vi sinh vật được lựa chọn và bảo quản cẩn thận trong các ống thạch nghiêng. Để đủ lượng giống cho sản xuất ta cần phải nhân giống. Môi trường nuôi cấy giống lấy từ dịch lên men có nồng độ 10,5%, nhiệt độ 300C và thời gian nuôi cấy tùy thuộc vào tỉ lệ giống cho vào. Ta nuôi cấy giống theo tỉ lệ 10% thì thời gian lên men là khoảng 15 giờ. Nguyên tắc của quá trình nhân giống là đi từ nhỏ đến lớn và trải qua hai giai đoạn: ™ Giai đoạn nuôi cấy phòng thí nghiệm: Đầu tiên ta cấy tế bào vi sinh vật vào ống nghiệm có chứa 10ml dịch đường nồng độ 10,5%, nuôi và theo dõi sự phát triển của nó. Khi kiểm tra nếu thấy giống đạt yêu cầu ta chuyển toàn bộ dịch đó vào bình chứa 90ml dịch đường có nồng độ 10,5% và tiếp tục theo dõi, cứ như vậy tiếp tục nhân lên và thu được lượng giống là 1lít rồi 10lít. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -21- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Bảng 3.1. Chế độ nuôi cấy vi sinh vật trong phòng thí nghiệm Các giai đoạn Số ml dung dịch Nồng độ (%) Thời gian (h) Nhiệt độ (0C) Ống nghiệm 10ml 10 10,5 20-24 30 Bình cầu 200ml 90 10,5 12-15 30 Bình cầu 2000ml 900 10,5 12-15 30 Bình 12 lít 9000 10,5 12-15 30 ™ Giai đoạn nuôi cấy sản xuất: Từ lượng giống trong phòng thí nghiệm tiếp tục nhân giống trong các thiết bị chuyên dùng đặt trong phòng bên cạnh phân xưởng lên men. Mỗi lần nhân giống thể tích tăng lên 10 lần, tiếp tục nhân dần lên cho tới khi đủ lượng giống sản xuất. Khi nuôi cấy giống vi sinh vật thì nấm men và vi khuẩn lactic phải được nuôi cấy riêng biệt. Tỷ lệ giống cho sản xuất là 3% so với thể tích dịch lên men và tỷ lệ dùng nấm men/vi khuẩn cho quá trình lên men là 4/1. 3.2.6.3. Tiến hành lên men Dịch lên men sau khi làm lạnh có nồng độ 10,5% và nhiệt độ 300C được bơm vào thùng lên men. Sau đó cho vi khuẩn và nấm men vào. Tiến hành lên men ở 300C trong 15 giờ. Do lên men kín nên áp lực tăng lên khoảng 1at. Sau thời gian này nồng độ chất khô giảm xuống khoảng 1,2%. Khi kết thúc quá trình lên men ta tiến hành làm lạnh nhanh đến nhiệt độ khoảng 100C để nấm men lắng xuống và áp suất lúc đó còn khoảng 0,4 at. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị lên men. ™ Cấu tạo: 1- Thân thiết bị 2- Nắp 3- Đáy 4, 5, 6 – Vùng làm lạnh kín Hình 3.8. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lên men. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -22- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT ™ Nguyên lý hoạt động: Dung dịch lên men cùng với giống vi sinh vật được chuyển vào thiết bị theo các đường ống riêng. Trong quá trình lên men, để khống chế nhiệt độ lên men ta tiến hành vận hành ba vùng áo lạnh điều chỉnh nhiệt độ, còn CO2 tạo ra sẽ có hệ thống thu hồi riêng. Kết thúc quá trình lên men khi nồng độ chất khô đạt yêu cầu, thì ta tiến hành điều chỉnh nhiệt độ thích hợp để nấm men lắng xuống. Cuối cùng tháo dung dịch nước giải khát sau lên men chuyển sang công đoạn làm lạnh và lọc. 3.2.7. Làm lạnh và lọc trong ™ Mục đích: Làm lạnh để hạn chế sự tổn thất CO2 trong quá trình lọc . Lọc trong nhằm tách hết những cặn kết tủa, các tế bào nấm men còn sót và những gì còn sót lại trong dịch sau lên men. Thu được dung dịch có độ trong suốt nhất định. ™ Tiến hành: Sau khi lên men xong, nước giải khát được làm lạnh xuống 20C để giảm tổn thất CO2 trong quá trình lọc. Nước giải khát được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. Sau đó dịch được bơm đi lọc trong thiết bị lọc khung bản có chất trợ lọc diatomit. Cách tiến hành: Dung dịch nước giải khát được bơm vào thùng phối liệu. Tại đây nước giải khát trộn với bột diatomit tạo thành dung dịch huyền phù. Sau đó được bơm vào máy lọc khung bản để tạo thành một lớp lọc diatomit. Nước giải khát được lọc qua lớp lọc diatomit này. Trong quá trình lọc cùng với dịch nước giải khát người ta bơm định lượng thêm một ít dung dịch diatomit nhằm phân tán kết tủa trên bề mặt lọc và kéo dài thời gian làm việc của máy. Dịch ban đầu còn đục phải hồi lưu trở lại thùng phối trộn, khi nào trong thì cho vào thùng chứa. 3.2.8. Ổn định nước giải khát sau khi lọc Khi chuyển dịch từ thùng lên men đi lọc và vào thùng chứa thì khả năng giữ CO2 bị giảm. Để khôi phục lại sự bão hoà CO2 ban đầu thì phải bổ sung thêm CO2 và giữ dung dịch dưới áp suất của CO2 trong thời gian 4÷12 giờ ở nhiệt độ 0,5÷10C. 3.2.9. Chiết rót Nhà máy sử dụng chai thủy tinh, có dung tích 330 ml, chai có màu xanh đậm, đậy nút chai bằng nút sắt tây lót cao su có khả năng chịu được áp suất 10÷12 at và chịu được chênh lệch nhiệt độ 330C. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -23- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Trước khi rót chai phải được rửa và sát trùng bằng nước nóng 650C và dung dịch NaOH 2% trong thời gian 10 phút, rồi đưa qua vòi phun nước lạnh để rửa sạch NaOH. Sau đó, chai được kiểm tra độ sạch và độ nguyên vẹn, rồi được băng chuyền chuyển đến máy chiết rót và máy đóng nắp. Quá trình rót thực hiện trong điều kiện đẳng áp để tránh tạo bọt làm mất CO2. Thùng chứa nước giải khát phải đặt cao hơn so với máy chiết rót, phải kín và chịu được áp lực 1 at, có áo lạnh để duy trì nhiệt độ 10C để không tổn thất CO2 và không nhiễm khuẩn. Rót phải đầy và chính xác theo yêu cầu. Máy đóng nắp được đặt gần máy chiết rót để thuận tiện cho công việc và hạn chế sự tiếp xúc với không khí và tổn thất CO2. 3.2.10. Thanh trùng ™ Mục đích: Kéo dài thời gian bảo quản. ™ Tiến hành: Nước giải khát sau khi chiết chai, đóng nắp tiếp tục theo băng chuyền vào thiết bị thanh trùng. Nhà máy sử dụng thiết bị thanh trùng dạng Tunel phun tự động. Nhiệt độ nước phun ở các vùng: vùng 1 là 450C, vùng 2 là 650C, vùng 3 là 450C, vùng 4 là 350C và vùng 5 là 250C. Thời gian thanh trùng là 90 phút. 3.2.11. Kiểm tra và dán nhãn Chai sản phẩm sau khi thanh trùng sẽ theo băng chuyền qua kiểm tra để loại bỏ các chai không đạt yêu cầu. Sau đó, được dán nhãn có in ngày tháng, các chỉ tiêu rồi chuyển đến vị trí đóng két và đưa vào kho bảo quản chờ xuất xưởng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -24- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 4.1. Số liệu ban đầu Bảng 4.1. Bảng số liệu ban đầu. STT Nguyên liệu Độ ẩm (%) Độ chiết (%) Tỉ lệ nguyên liệu (%) Tạp chất (%) 1 Malt 4 79 45 2 Ngô 10,5 83 42 3 Đường 0,06 13 1 Năng suất: ×32 106 lít/năm. Nồng độ dịch lên men: 10,5%. Nồng độ xirô đường: 65%. 4.2. Tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn Bảng 4.2. Tiêu hao nguyên liệu qua các giai đoạn trong công đoạn nấu hạt. Công đoạn % Hao hụt Làm sạch 2 % so với chất khô Nghiền 1 % so với chất khô Thơm hoá và đường hoá 3 % so với chất khô Lọc và rửa bã 2 % so với thể tích Phối chế dịch lên men 0,5 % so với thể tích Thanh trùng dịch lên men 1 % so với thể tích Lên men 1 % so với thể tích Lọc trong sản phẩm 1 % so với thể tích Ổn định sản phẩm 1 % so với thể tích Chiết rót sản phẩm 2 % so với thể tích Thanh trùng 2 % so với thể tích Bảng 4.2. Tiêu hao nguyên liệu qua các giai đoạn trong công đoạn nấu xirô Nấu 1 % so với chất khô Lọc 2 % so với chất khô ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -25- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 4.3. Tính cân bằng cho 100kg nguyên liệu 100 kg nguyên liệu bao gồm: 45 kg malt, 42 kg ngô và 13 kg đường. 4.3.1. Tính cho công đoạn nấu xirô đường 4.3.1.1. Lượng chất khô trong nguyên liệu đường ( ) 100 06,010013 −× = 12,99 (kg). 4.3.1.2. Lượng chất khô còn lại sau khi nấu ( ) 100 110099,12 −× = 12,86 (kg). 4.3.1.3. Lượng xirô sau khi nấu - Theo khối lượng: Xirô đường có nồng độ 65 %, nên lượng xirô sau khi nấu sẽ là: 65 10086,12 × = 19,78 (kg). - Theo thể tích: %65 78,19 ρ = 381,1 78,19 = 14,32 (lít). Trong đó; 1,381(kg/l) là khối lượng riêng của dung dịch đường có nồng độ 65% [11, tr 61]. 4.3.1.4. Lượng chất khô còn lại sau khi lọc ( ) 100 210086,12 −× = 12,60 (kg). 4.3.1.5. Lượng xirô sau khi lọc - Theo khối lượng: 65 10060,12 × = 19,38 (kg). - Theo thể tích: %65 38,19 ρ = 381,1 38,19 = 14,03 (lít). Trong đó; 1,381(kg/l) là khối lượng riêng của dung dịch đường có nồng độ 65% [11, tr 61]. 4.3.1.6. Tính lượng nước dùng để nấu xirô Chọn lượng nước bay hơi trong quá trình nấu là 5%. Vậy lượng nước dùng để nấu xirô sẽ là: ( )1378,19 5100 100 −×− = 7,12 (kg). Với 13 là khối lượng đường theo yêu cầu nguyên liệu ban đầu. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -26- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Thể tích nước nấu xirô sẽ là: nρ 12,7 = 998,0 12,7 = 7,13 (lít). Trong đó; 0,998 (kg/l) là khối lượng riêng của nước [11, tr 11]. 4.3.1.7. Lượng acid citric dùng để nấu xirô Lượng acid citric dùng để nấu xirô chiếm 120g/100kg đường. 100 13120× = 15,6 (g). 4.3.2. Tính cho công đoạn nấu nguyên liệu hạt 4.3.2.1. Lượng ngô ban đầu lúc chưa tách phôi Hàm lượng phôi trong hạt ngô khoảng 10%(theo hàm lượng chất khô). Nên ta có lượng ngô ban đầu sẽ là: 10100 10042 − × =46,67 (kg). Nguyên liệu ban đầu là ngô đã tách phôi (42kg). 4.3.2.2. Lượng chất khô có trong nguyên liệu hạt Malt: ( ) 100 410045 −× = 43,2(kg). Ngô: ( ) 100 5,1010042 −× = 37,59(kg). 4.3.2.3. Lượng chất khô còn lại sau khi làm sạch Malt: ( ) 100 21002,43 −× = 42,34(kg). Ngô: ( ) 100 210059,37 −× = 36,84(kg). 4.3.2.4. Lượng nguyên liệu còn lại sau khi làm sạch Malt: 4100 10034,42 − × = 44,03 (kg). Ngô: 5,10100 10084,36 − × = 41,26 (kg). 4.3.2.5. Lượng chất khô còn lại sau khi nghiền Malt: ( ) 100 110034,42 −× = 41,92(kg). Ngô: ( ) 100 110084,36 −× = 36,47(kg). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -27- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 4.3.2.6. Lượng nguyên liệu còn lại sau khi nghiền Malt: ( )4100 10092,41 − × = 43,66(kg). Ngô: ( )5,10100 10047,36 − × = 40,75(kg). 4.3.2.7. Công đoạn nấu nguyên liệu hạt Lượng chất khô chuyển vào dung dịch Malt: 100 7992,41 × = 33,12(kg). Ngô: 100 8347,36 × = 30,27(kg). Tổng lượng chất khô chuyển vào dung dịch: 33,12 + 30,27 = 63,39 (kg). 4.3.2.8. Lượng chất khô chuyển vào dung dịch sau khi thơm hóa và đường hoá ( ) 100 310039,63 −× = 61,49 (kg). 4.3.2.9. Lượng chất khô còn lại sau khi lọc và rửa bã ( ) 100 210049,61 −× = 60,26 (kg). 4.3.2.10. Tính lượng bã - Lượng chất khô của nguyên liệu sau khi nghiền. 41,92 + 36,47 = 78,39 (kg). - Lượng chất khô còn lại trong dịch đường sau khi lọc và rửa bã. Theo 4.3.2.7 có 60,26(kg) - Lượng bã khô tách ra trong quá trình lọc. 78,39 – 60,26 = 18,03(kg). - Chọn độ ẩm của bã là 80 % nên khối lượng bã ướt sẽ là: 80100 10003,18 − × = 90,15 (kg). 4.3.3. Công đoạn lên men 4.3.3.1. Lượng chất khô đi vào phối chế dịch lên men 60,26 + 12,60 = 72,86 (kg). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -28- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 4.3.3.2. Lượng dịch đi vào phối chế - Theo khối lượng: Dịch sau phối chế có nồng độ 10,5% nên ta có: Lượng dịch đi vào phối chế sẽ là: 5,10 10086,72 × = 693,90 (kg). Như vậy, trong 693,90 kg dịch sau phối chế sẽ có 19,38 kg xirô đường, còn lại 674,52 kg dịch thủy phân sau khi lọc. Lúc này ta tính được nồng độ dịch thủy phân sau lọc là: 100 52,674 26,60 × = 8,93 (%). - Theo thể tích ta có: %5,10 90,693 ρ = 042,1 90,693 = 665,93 (lít). Trong đó, 1,042 (kg/l) là khối lượng riêng của dịch đường 10,5%.[11, tr 58] ( ) 100 5,010093,665 −× = 662,60 (lít). 4.3.3.4. Thể tích dung dịch sau khi thanh trùng và làm nguội ( ) 100 110060,662 −× = 655,97 (lít). 4.3.3.5. Lượng sản phẩm sau khi lên men ( ) 100 110097,655 −× = 649,41 (lít). 4.3.3.6. Lượng sản phẩm sau khi làm lạnh và lọc trong ( ) 100 110041,649 −× = 642,92 (lít). 4.3.3.7. Lượng sản phẩm sau khi ổn định ( ) 100 110092,642 −× = 636,49 (lít). 4.3.3.8. Lượng sản phẩm sau khi chiết rót và đóng nắp ( ) 100 210049,636 −× = 623,76 (lít). 4.3.3.9. Lượng sản phẩm thu được sau khi thanh trùng ( ) 100 210076,623 −× = 611,28 (lít). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -29- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 4.3.3.10. Lượng chế phẩm enzyme sử dụng là 0,05% so với lượng bột ngô 100 05,075,40 × = 0,02 (kg). 4.3.3.11. Lượng vi sinh vật giống cần cho lên men Tỉ lệ vi sinh vật giống cần bổ sung là 3% so với thể tích dịch lên men. Vậy lượng giống cần cho sản xuất sẽ là: 100 397,655 × = 19,68 (lít). Trong đó, nấm men chiếm 75% tổng lượng vi sinh vật giống. 100 7568,19 × = 14,76 (lít). Vi khuẩn lactic chiếm 25%: 19,68 – 14,76 = 4,92 (lít). 4.4. Kế hoạch sản xuất của nhà máy Bảng 4.3. Kế hoạch sản xuất. Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Số ngày 22 24 26 24 25 26 27 26 X 27 25 27 279 Số ca 66 72 78 72 75 78 81 78 X 81 75 81 837 Số mẻ 110 120 130 120 125 130 135 130 X 135 125 135 1395 Tổng số ngày nhà máy sản xuất trong năm 2009 là 279 ngày, mỗi ngày làm việc 3 ca và tháng 9 nghỉ để bảo dưỡng toàn bộ nhà máy. Theo 3.2.3.1 có tổng thời gian nấu 1 mẻ là 285 phút, nên ta có số mẻ nấu trong một ngày sẽ là: 285 6024× = 5,05. Như vậy, trong một ngày ta sẽ nấu 5 mẻ. 4.5. Tính lượng nguyên liệu nấu cho một ngày 4.5.1. Năng suất 279 1032 6× = 114695,34 (lít/ngày). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -30- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 4.5.2. Lượng nguyên liệu dùng trong một ngày 4.5.2.1. Lượng nguyên liệu đường 28,611 34,11469513× = 2439,21 (kg/ngày). 4.5.2.2. Lượng nguyên liệu hạt Malt: 28,611 34,11469545× = 8443,42 (kg/ngày). Ngô: 28,611 34,11469542× = 7880,52 (kg/ngày). 4.6. Tính cần bằng vật chất cho một ngày 4.6.1. Công đoạn nấu xirô 4.6.1.1. Lượng xirô sau khi nấu sẽ là 13 32,1421,2439 × = 2686,88 (lít). 4.6.1.2. Lượng xirô sau khi lọc 13 03,1421,2439 × = 2632,47 (lít). 4.6.1.3. Lượng nước dùng để nấu xirô 13 13,721,2439 × = 1337,81(lít). 4.6.1.4. Lượng acid citric dùng để nấu xirô 13 6,1521,2439 × = 2927,05 (g). 4.6.2. Công đoạn nấu nguyên liệu hạt 4.6.2.1. Lượng nguyên liệu trước khi làm sạch Malt: 8443,42 (kg). Ngô: 7880,52 (kg). Tổng lượng malt và ngô dung trong một ngày: 8443,42 + 7880,52 = 16323,94 (kg). 4.6.2.2. Lượng nguyên liệu sau khi làm sạch Malt: 45 03,4442,8443 × = 8261,42 (kg). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -31- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Ngô: 42 47,3652,7880 × = 6842,92 (kg). 4.6.2.3. Lượng nguyên liệu sau khi nghiền Malt: 45 66,4342,8443 × = 8191,99 (kg). Ngô: 42 75,4052,7880 × = 7645,98 (kg). 4.6.2.4. Lượng chế phẩm enzyme chiếm 0,05% lượng bột ngô 100 05,098,7645 × = 3,82 (kg). 4.6.2.5. Lượng dịch sau khi lọc và rửa bã Ta có 87 kg (malt và ngô) Lượng chất khô sau lọc và rửa bã là: 60,26 kg. Nên với 16323,94 kg (malt và ngô) Lượng chất khô sau khi lọc và rửa bã sẽ là: 87 26,6094,16323 × = 11306,67 (kg). Khối lượng dịch sau khi lọc và rửa bã là: 93,8 10067,11306 × = 126614,45 (kg). Thể tích dịch sau khi lọc và rửa bã: %93,8 45,126614 ρ = 035,1 45,126614 = 122332,80 (lít). Trong đó, 1,035 (kg/l) là khối lượng riêng của dịch đường nồng độ 8,93% [11, tr 58]. 4.6.2.6. Tính lượng bã 87 15,9094,16323 × = 16914,98 (kg). 4.6.3. Công đoạn lên men 4.6.3.1. Lượng dịch đi vào phối chế Ta có, 100 kg nguyên liệu thu được 665,93 (lít) dịch đi vào phối chế. Suy ra, 2439,21+8443,42+7880,52(kg) Lượng dịch đi vào phối chế trong một ngày sẽ là: ( ) 100 93,66552,788042,844321,2439 ×++ = 124949,44 (lít). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -32- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT 4.6.3.2. Lượng dịch sau phối chế ( ) 100 60,66252,788042,844321,2439 ×++ = 100 60,66215,18763 × = 124324,64 (lít). 4.6.3.3. Thể tích dung dịch sau khi thanh trùng và làm nguội 100 97,65515,18763 × = 123080,64(lít). 4.6.3.4. Lượng sản phẩm sau khi lên men 100 41,64915,18763 × = 121849,77 (lít). 4.6.3.5. Lượng sản phẩm sau khi làm lạnh và lọc trong 100 92,64215,18763 × = 120632,04 (lít). 4.6.3.6. Lượng sản phẩm sau khi ổn định 100 49,63515,18763 × = 119237,94 (lít). 4.6.3.7. Lượng sản phẩm sau khi chiết rót và đóng nắp 100 76,62315,18763 × = 117037,02 (lít). 4.6.3.8. Lượng sản phẩm thu được sau khi thanh trùng 100 28,61115,18763 × = 114695,38 (lít). 4.6.3.9. Lượng vi sinh vật giống Nấm men: 100 76,1415,18763 × = 2769,44 (lít). Vi khuẩn: 100 92,415,18763 × = 923,15 (lít). 4.7. Tính bao bì 4.7.1. Chai + Lượng nước giải khát cần chiết rót trong 1 ngày là:117037,02 lít. + Nhà máy sử dụng chai 330ml để chiết rót. Số chai dùng để chiết rót trong một ngày: 33,0 02,117037 = 354657,64 (chai). + Dự kiến một tháng (30 ngày) chai quay về. Vậy số chai dùng trong một vòng là: 354657,64 ×30 = 10639729,2 (chai). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -33- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT + Chọn tiêu hao chai là 5%. Vậy số chai tiêu hao trong một vòng là: 100 52,10639729 × = 531986,46 (chai). + Lượng chai cần cho cả năm 10639729,2 + 531986,46 ×11 = 16491580,26 (chai). Vậy ta chọn: 16491581 chai. 4.7.2. Nắp Lượng nắp hao hụt trong một năm là 2%. Vậy lượng nắp cần cho một năm là: 02,1 33,0 1032 6 ×× = 98909090,91(nắp). Lấy 98909091 (nắp). 4.7.3. Nhãn Lượng nhãn hao hụt trong một năm là 2%. Vậy lượng nhãn cần cho một năm là: 02,1 33,0 1032 6 ×× = 98909090,91 (nhãn). Lấy 98909091 (nhãn). 4.7.4. Két Nhà máy sử dụng két nhựa, mỗi két chứa 30 chai. Vậy lượng két dùng trong một vòng là: 30 5,9137386 = 304579,55 (két). Lượng két hao hụt là 1%: 304579,55×0,01 = 3045,80 (két). Lấy 3046 (két). Lượng két cần cho một năm: 304579,55 +3045,80× 11 = 338083,35 (két). Vậy ta lấy 338084 két. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -34- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Bảng 4.4. Bảng tổng kết cân bằng vật chất. Lượng vật chất 100 kg Một mẻ Một ngày Cả năm Malt (kg) 45 1688,69 8443,42 2355714,18 Ngô (kg) 42 1576,11 7880,52 2198665,08 Đường (kg) 13 487,84 2439,21 680539,59 Malt sau khi làm sạch (kg) 44,03 1652,28 8261,42 2304936,18 Ngô sau khi làm sạch (kg) 41,26 1368,58 6842,92 1909174,68 Malt sau khi nghiền (kg) 43,66 1638,40 8191,99 2285565,21 Ngô sau khi nghiền (kg) 40,75 1529,20 7645,98 2133228,42 Lượng dịch đi vào phối chế (lít) 665,93 24989,89 124949,44 34860893,76 Lượng xirô đường sau khi nấu (lít) 14,32 537,38 2686,88 749639,52 Lượng xirô đường sau khi lọc (lít) 14,03 526,50 2632,47 734459,13 Lượng nước dùng để nấu xirô (lít) 7,13 267,56 1337,81 373248,99 Lượng acid citric dùng để nấu xirô (g) 15,6 585,41 2927,05 816646,95 Lượng dịch sau phối chế (lít) 662,60 24864,93 124324,64 34686574,56 Thể tích dịch lên men (lít) 655,97 24616,13 123080,64 34339498,56 Lượng sản phẩm sau khi lên men (lít) 649,41 24369,95 121849,77 33996085,83 Lượng sản phẩm sau làm lạnh và lọc trong (lít) 642,92 24126,41 120632,04 33656339,16 Lượng sản phẩm sau khi ổn định (lít) 636,49 23847,59 119237,94 33267385,26 Lượng sản phẩm sau khi chiết rót và đóng nắp (lít) 623,76 23407,40 117037,02 32653328,58 Lượng sản phẩm sau khi thanh trùng (lít) 611,28 22939,08 114695,38 32000011,02 Lượng chế phẩm enzyme sử dụng 0,02 0,76 3,82 1065,78 Giống vi khuẩn (lít) 4,92 184,63 923,15 257558,85 Giống nấm men (lít) 14,76 553,89 2769,44 772673,76 Lượng bã thải, W = 80%, (kg) 90,15 3383 16914,98 4719279,42 Chai (cái) 16491581 Nắp (cái) 98909091 Nhãn (cái) 98909091 Két (cái) 338084 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -35- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT Chương 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Công đoạn xử lý nguyên liệu 5.1.1. Máy làm sạch Theo bảng 4.4: lượng malt cần làm sạch trong 1 mẻ là: 1688,69 (kg). Lượng ngô cần làm sạch trong 1 mẻ là: 1576,11 (kg). Chọn thời gian làm sạch là: 60 phút (thời gian xử lý phải nhỏ hơn thời nấu nguyên liệu 275 phút). Năng suất cần có của máy làm sạch malt (Nc): Nc= 6060 69,1688 × = 1688,69 (kg/h). Chọn máy làm sạch bằng sàng khí [15]. Năng suất (N) : 3500 kg/h Tổng diện tích sàng : 7 m2 Kích thước (DxRxC) : 3450 x 1700 x 3480 mm. Số lượng (n) máy cần chọn sẽ là: n= N Nc = 3500 69,1688 = 0,48. Như vậy, ta chọn 1 máy làm sạch, vừa làm sạch malt vừa làm sạch ngô. 5.1.2. Máy nghiền Theo Bảng 4.4: lượng malt cần nghiền cho 1 mẻ là: 1652,28 (kg). Lượng ngô cần nghiền cho 1 mẻ là: 1368,58 (kg). Chọn thời gian nghiền 1 mẻ là: 1(h), thời gian xử lý phải nhỏ hơn thời gian nấu. Năng suất tối thiểu cần có của thiết bị: 1 28,1652 = 1652,28 (kg/h). 5.1.2.1. Máy nghiền malt Chọn máy nghiền malt là máy nghiền bốn trục một sàng [2, tr 189]. Năng suất : 2000 kg/h Đường kính : 250 mm Chiều dài trục : 500 mm Tốc độ quay vòng của trục : 220 vòng/phút ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -36- GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn