Đồ án Thiết kế nhà máy bia lên men dịch đường nồng độ cao, năng suất 38 triệu lít bia/năm

MỞ ĐẦU Bia là một loại đồ uống có gas, có tác dụng giải khát với độ cồn thấp. Được lên men từ ngũ cốc và đặc biệt rất giàu giá trị dinh dưỡng. Bia ngoài việc cung cấp một lượng calo khá lớn cho cơ thể con người thì còn có tác dụng làm tăng quá trình trao đổi chất, tăng khả năng tiêu hóa thức ăn, giải nhiệt. Trong thành phần bia còn có nhiều chất hòa tan và một số vitamin, enzyme, đường, đạm có tác dụng bổ dưỡng và kích thích tiêu hóa, cung cấp năng lượng cho cơ thể. Chính sự kết hợp hài hòa giữa các loại nguyên liệu malt, hoa houblon, nguyên liệu thay thế, nước,… đã tạo nên hương vị rất riêng của bia. Có lẽ vậy mà bia đã thu hút được thị hiếu của người tiêu dùng bởi hương thơm đặc trưng của malt, vị đắng dịu của hoa houblon, cùng với sự hấp dẫn bởi lớp bọt trắng mịn và giúp con người giải khát. Khi nền Kinh tế - Xã hội phát triển thì nhu cầu của con người lại không ngừng tăng lên. Các nhà sản xuất kinh doanh đã tung ra thị trường với nhiều loại thương hiệu phong phú. Mà mỗi loại bia đều mang mẫu mã, chất lượng khác nhau hấp dẫn người tiêu dùng. Sự cạnh tranh rộng lớn trên thị trường đã tạo nên sự đa dạng của các loại bia, mà chất lượng luôn là tiêu chí hàng đầu. Ngày nay, bia đã trở thành một loại nước giải khát khá phổ biến. Để tăng hiệu quả kinh tế, đáp ứng nhu cầu và thị hiếu của người tiêu dùng thì sử dụng thêm một số nguyên liệu khác để thay thế một phần malt đại mạch như: Ngô đã tách phôi, đường saccarose,... Việc sản xuất được một loại bia có chất lượng cao và giá thành sản phẩm ổn định, nhằm đẩy mạnh xuất khẩu đang được quan tâm. Có nhiều phương pháp sản xuất bia, trong đó sản xuất bia theo phương pháp lên men dịch đường nồng độ cao – cho phép tăng được năng suất thiết bị, giảm chi phí sản xuất, tiêu tốn ít năng lượng, cho phép lên men dịch đường có tỷ lệ nguyên liệu thay thế cao. Trên cơ sở đó tôi được phân công: "Thiết kế nhà máy bia lên men dịch đường nồng độ cao, năng suất 38 triệu lít bia/năm". Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT Nghệ An là tỉnh nằm ở trung tâm vùng Bắc Trung Bộ, trên tuyến giao lưu Bắc Nam và Đông Tây. Nơi hội tụ các tuyến đường giao thông đường bộ, đường sắt, đường biển, đường thủy nội địa; là cầu nối hai miền Bắc Nam và là cửa ngõ ra biển Đông của Trung Lào và vùng Đông Bắc Thái Lan qua cảng Cửa Lò. Là quê hương của chủ tịch Hồ Chí Minh – Danh nhân văn hóa thế giới, điểm khởi đầu của "Con đường di sản Miền Trung", với nhiều bãi biển đẹp, khu dự trữ sinh quyển phía Tây. Nghệ An với nhiều khu rừng nguyên sinh và vùng sinh thái hấp dẫn, một trọng điểm du lịch của cả nước và khu vực. Nơi đây là trung tâm đào tạo của khu vực Bắc Miền Trung và cả nước, nơi cung cấp nguồn nhân lực dồi dào, có chất lượng đầu tư, phát triển và là thị trường lớn cho mọi hàng hóa, dịch vụ. Cùng với chính sách mở cửa, hội nhập kinh tế Việt Nam, kinh tế - xã hội Nghệ An tiếp tục phát triển tương đối khá và toàn diện. Nghệ An có tiềm năng phát triển không những ngành du lịch, dịch vụ mà còn cả các ngành kinh tế khác. Là thị trường lớn, mặc dù đã có một nhà máy bia ở trung tâm thành phố nhưng để đáp ứng nhu cầu thì xây dựng thêm một nhà máy bia trên địa bàn của tỉnh là phù hợp. 1.1. Đặc điểm tự nhiên: Nhà máy được xây dưng tại khu công nghiệp Nam Cấm, xã Nghi Lộc, Thành Phố Vinh, tỉnh Nghệ An. Mặt bằng xây dựng là một khu đất rộng và bằng phẳng, nằm gần đường quốc lộ, cách trung tâm thành phố Vinh khoảng 3 km. Xét thấy, vị trí này rất thuận tiện cho việc thu nhận nguồn nguyên liệu sản xuất, vận chuyển sản phẩm đến nơi tiêu thụ trong và ngoại tỉnh. Nghệ An nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Nhiệt độ trung bình 24oC, độ ẩm trung bình 85%, hướng gió chủ đạo là hướng Đông Nam. 1.2. Nguồn cung cấp và xử lý nước: Để xây dựng một nhà máy bia, việc đầu tiên là phải khảo sát nguồn nước. Công việc này đặc biệt quan trọng, dù lấy nguồn nước của thành phố hay nguồn nước lấy từ giếng khoan thì thành phần và tính chất của chúng cũng rất ít khi đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của nước để sản xuất bia. Ở đây nhà máy sử dụng nguồn nước cấp là nước máy của thành phố. Trước khi đưa vào sản xuất, nước cần được xử lý nhằm đảm bảo các chỉ tiêu hóa học, sinh học. Ngoài ra, nhà máy có trang bị giếng khoan để phòng bị khi nhà máy không cung cấp đủ nước (do mất điện). Bởi nước là thành phần chính của bia, tham gia vào các quá trình đường hóa, lên men, lọc, chiết rót, cấp cho lò hơi, cấp cho các thiết bị trao đổi nhiệt, vệ sinh nhà xưởng, cấp cho sinh hoạt... Như vậy xử lý nước có đảm bảo thì chất lượng bia mới tốt. Nước thải của quá trình sản xuất bia chứa lượng lớn chất hữu cơ, chủ yếu là cặn protein, xác men bia, tinh bột, đường, bã hoa,… Đây là môi trường rất thuận lợi cho vi sinh vật gây thối hoạt động và phát triển. Chính vì vậy cần phải xử lý nước thải để tránh gây ô nhiễm môi trường tại nơi làm việc và môi trường xung quanh. 1.3. Nguyên liệu: Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và nước. Ngoài ra còn sử dụng nguyên liệu thay thế là ngô (đã tách phôi) và đường. Malt đại mạch và hoa houblon được nhập về từ nước ngoài về cảng biển Cửa Lò, rồi vận chuyển về nhà máy bằng đường bộ. Ngô được thu mua ở các huyện trong tỉnh như: Nghĩa Đàn, Quỳnh Lưu, Thanh Chương, Diễn Châu, Nghi Lộc… Còn đường sử dụng là đường mía từ nhà máy đường của huyện Nghĩa Đàn. 1.4. Hệ thống giao thông vận tải: Nhà máy được xây dựng gần đường quốc lộ, nối các huyện trong tỉnh và Nghệ An với các tỉnh ngoài Bắc Nam. Chính vì vậy rất thuận lợi cho việc thu nhận nguyên liệu và phân phối sản phẩm. Gần đường sắt Bắc Nam, với ga Vinh nằm ở trung tâm thành phố. Cách cảng Cửa Lò khoảng 20 km. Do đó, việc vận chuyển trang thiết bị, nguyên liệu và sản phẩm rất thuận lợi, bằng đường bộ, đường sắt hoặc đường thuỷ. 1.5. Nguồn cung cấp điện: Nguồn điện mà nhà máy sử dụng được lấy từ mạng lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp riêng. Để đảm bảo quá trình sản xuất được liên tục, nhà máy có trang bị thêm máy phát điện để dự phòng khi mất điện. 1.6. Nguồn cung cấp hơi và nhiên liệu: Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng trong nhà máy được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu FO được mua từ các trạm xăng dầu địa phương. Để đảm bảo cho quá trình sản xuất, nhà máy còn trang bị thêm kho chứa nhiên liệu dự trữ. 1.7. Nguồn nhân lực: Để giải quyết công ăn việc làm cho người lao động trong tỉnh, cũng như thuận tiện trong vấn đề nhà ở thì nhà máy tuyển và đào tạo chủ yếu là các công nhân trong tỉnh. Còn các cán bộ quản lý và kỹ thuật là các kỹ sư đã được đào tạo từ các trường đại học như: Vinh, Hà Nội, Huế, Đà Nẵng… 1.8. Nguồn tiêu thụ sản phẩm: Nghệ An hiện có tiềm năng phát triển kinh tế, du lịch nên việc tiêu thụ sản phẩm trong tỉnh là rất khả quan. Đặc biệt thị trường tiêu thụ tại miền Trung cũng đang tăng mạnh. Dần dần sản phẩm của nhà máy sẽ thâm nhập vào các tỉnh phía Nam và Bắc, các nước láng giềng và các nước khác. 1.9. Hợp tác hóa: Việc hợp tác hóa có tác dụng tăng cường sử dụng những công trình cung cấp điện, nước, hơi, công trình giao thông vận tải, công trình phúc lợi tập thể và phục vụ công cộng, vấn đề tiêu thụ sản phẩm và chế phẩm nhanh. Nhờ vậy sẽ giảm thời gian xây dựng, vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm. Hiện nay, tại các tỉnh khác đã và đang mở các khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa giữa các khu công nghiệp cũng như các nhà máy sản xuất bia là rất tốt. Hơn nữa việc liên doanh với các công ty nước ngoài cũng góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. 1.10. Năng suất nhà máy: Nhà máy được thiết kế với năng suất 38 triệu lit bia/năm, có độ cồn là 4,5%V. Kết luận: Qua việc phân tích như trên, việc thiết kế và đầu tư xây dựng nhà máy bia tại khu công nghiệp Nam Cấm, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An là hợp lý và cần thiết. Với năng suất 38 triệu lit bia/năm sẽ đáp ứng được nhu cầu trong tỉnh, ngoại tỉnh và các nước khác. Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ CHẤT HỖ TRỢ KỸ THUẬT Trong sản xuất bia ta sử dụng 4 nguồn nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon, nước và nấm men. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào chất lượng của nguyên liệu. Trong công nghệ bia hiện nay, để giảm giá thành sản phẩm ta sử dụng nguồn nguyên liệu thay thế là ngô (đã được tách phôi), đường. Ngoài ra còn sử dụng thêm một số chất hỗ trợ kỹ thuật để nâng cao chất lượng của bia, rút ngắn chu kỳ lên men, đa dạng hóa sản phẩm nhằm phù hợp với nhu cầu của người tiêu dùng. 2.1. Nguyên liệu: 2.1.1. Malt đại mạch: 2.1.1.1. Vai trò trong sản xuất bia: Malt là hạt hòa thảo nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhân tạo xác định. Là sản phẩm rất giàu dinh dưỡng và đặc biệt có hệ enzyme phong phú (chủ yếu là proteaza và amylaza). Trong sản xuất bia, malt vừa là tác nhân đường hóa, vừa là nguyên liệu. Thường dùng malt đại mạch vì dễ điều khiển quá trình ươm mầm, cho tỷ lệ enzyme cân đối, vỏ tạo lớp trợ lọc xốp, cho bia có hương vị đặc trưng hơn các malt khác. 2.1.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của malt bia: - Phải sạch, có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, màu vàng sáng đều. - Không được có mùi vị lạ, không mốc và không hôi khói. - Kích thước hạt phải đều và đạt theo quy định. - Độ chiết của malt 75÷82%. Thời gian đường hóa từ 10÷35 phút. - Thành phần hóa học của malt phải đảm bảo theo yêu cầu. Trong malt phải chứa các hệ enzyme thủy phân như proteaza, amylaza , phitaza, xitaza… 2.1.1.3. Nguồn thu nhận và phương pháp bảo quản: Do khí hậu của nước ta không thích hợp để trồng malt đại mạch, do vậy phải nhập từ nước ngoài về bằng đường bộ và đường thủy. Malt được bảo quản trong các silo chứa, thời gian bảo quản là một tháng. Trong quá trình bảo quản chú ý theo dõi độ ẩm của malt. 2.1.2. Hoa houblon: 2.1.1.1. Vai trò trong sản xuất bia: Hoa houblon là loại nguyên liệu cơ bản thứ hai trong công nghệ sản xuất bia và là nguyên liệu không thay thế được trong sản xuất bia. Nó truyền mùi thơm và vị đắng cho bia, tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt, tăng khả năng sát trùng cho bia. 2.1.1.2. Các chất có giá trị của hoa houblon trong bia: Thành phần hóa học của hoa gồm nhiều chất, trong sản xuất bia thì các chất có giá trị là: chất đắng, tinh dầu và tanin. - Các chất đắng: Truyền cho bia vị đắng dịu, tăng cường sức căng bề mặt của bia do đó góp phần giữ cho bọt lâu tan và có tính kháng khuẩn nên tăng độ bền sinh học cho bia. - Tinh dầu: Tinh dầu của hoa houblon hòa tan vào dịch đường, tồn tại trong bia tạo nên mùi thơm đặc trưng, nhẹ nhàng và dễ chịu. Trong quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon thì nó chỉ tồn tại còn khoảng 2%. - Tanin: Tanin của hoa dễ hòa tan trong nước và trong dịch đường. Trong quá trình houblon hóa các tanin hòa tan vào dịch đường và dễ dàng kết hợp với protein cao phân tử tạo thành các phức chất không hòa tan nên loại trừ được các cấu tử protein khó biến tính và kết lắng khỏi dịch đường. Tanin dễ bị oxy hóa nên bảo vệ nhựa houblon khỏi bị oxy hóa, đồng thời tham gia vào hoàn thiện vị cho bia [7]. Yêu cầu hoa: Hoa viên: Màu vàng xanh, không vụn nát, không mốc, mùi thơm đặc trưng. Cao hoa: Màu xanh tươi, có mùi thơm vị đắng đặc trưng. 2.1.1.3. Nguồn thu nhận và phương pháp bảo quản: Hoa houblon có thể sử dụng ở nhiều dạng như hoa nguyên cánh, cao hoa, hoa viên hoặc đồng phân. Nó cũng được thu mua từ nước ngoài rồi vận chuyển về bằng đường bộ và đường thủy. Nhà máy sử dụng cao hoa và hoa viên. Để giữ chất lượng cho hoa nên bảo quản hoa trong những điều kiện sau [7]: - Bảo quản ở nhiệt độ thấp (gần 00C) nhằm kìm hãm các quá trình hóa học và sự phát triển của vi sinh vật. - Ngăn chặn sự xâm nhập của không khí vào hoa, cách ẩm tốt. - Dùng các chất thích hợp để diệt trùng cho hoa (thường xông hơi lưu huỳnh). Ở đây nhà máy sử dụng phương pháp bảo quản ở 00C. 2.1.3. Nước: 2.1.3.1. Vai trò trong sản xuất bia: Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Thành phần cũng như tính chất của nước đều ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ tiến trình công nghệ và chất lượng thành phẩm. Trong bia thành phẩm nước chiếm 77÷90%. Nước ngoài việc dùng để nấu thì nó còn được dùng để xử lý nguyên liệu, trao đổi nhiệt, vệ sinh sát trùng thiết bị… 2.1.3.2. Yêu cầu của nước trong sản xuất bia [7, tr 71]: Nước trong nấu bia không những đòi hỏi đầy đủ các tính chất của nước uống mà cần phải có những yêu cầu riêng đối với công nghệ sản xuất bia: - Nước phải trong suốt, có vị dễ chịu, không màu, không có mùi vị lạ và không chứa các vi sinh vật gây bệnh. Chuẩn độ coli là 300 ml và chỉ số coli là 3. - Nước nấu bia có độ cứng trung bình 5÷6 mg/l, pH= 6,8÷7,3, độ oxi hóa không vượt quá 1÷2mg/l, hàm lượng cặn khô không vượt quá 600mg/l. - Nước sử dụng để nấu bia không được có xianit, thuỷ ngân, bari, crôm, ammoniac, photphat, sunfuahydro, nitrit. - Nước rửa bã cần phải điều chỉnh độ kiềm < 50 mg/l và độ pH = 6,5 để không chiết các chất không mong muốn từ bã. pH của dịch đường trước khi nấu phải là 5,4 để thu được dịch đường sau khi nấu có pH = 5,2. 2.1.3.3. Nguồn thu nhận: Nguồn nước sử dụng là nước máy từ thành phố. Ngoài ra, để dự trữ và bổ sung khi thiếu nước thì trong nhà máy có thể có thêm giếng khoan. Nước trước khi đưa vào sản xuất phải kiểm tra và xử lý theo yêu cầu kỹ thuật sản xuất. 2.1.4. Nguyên liệu thay thế: 2.1.4.1. Ngô: Ngô sử dụng trong sản xuất bia phải được tách phôi và dưới dạng bột đã nghiền nhỏ. Trong sản xuất bia, ngô được dùng là loại trắng đục vì loại này có hàm lượng tinh bột cao, protein thấp [4, tr 27]. Ngô được bảo quản trong silo chứa, với thời gian khoảng 10 ngày. 2.1.4.2. Đường: Đường là chất hòa tan và có thể lên men được. Được bổ sung trực tiếp vào trong quá trình houblon hóa, khoảng 10 phút trước khi kết thúc thời gian nấu hoa. Đường có thể sử dụng ở dạng: Đường mía, đường củ cải, đường glucose, mật tinh bột… Ở đây nhà máy sử dụng đường mía, hàm lượng 3%. Không nên sử dụng đường với tỷ lệ cao để thay thế malt trong nấu bia vì nó làm thay đổi lớn tỷ số giữa các chất đường và không đường nên sẽ làm giảm chất lượng bia, phá vỡ tiến trình lên men và trong sản phẩm sẽ tạo ra nhiều rượu bậc cao [7, tr 72; 4, tr 28]. 2.2. Các chất hỗ trợ kỹ thuật: Ngoài các nguyên liệu chính có trong sản xuất bia, còn phải kể đến nhiều nguyên liệu phụ khác có vai trò không kém phần quan trọng. Các nguyên liệu phụ này có thể kể đến là các hóa chất sử dụng trong công đoạn tẩy rửa hay sử dụng để tăng hiệu quả các công đoạn sản xuất như: các loại bột trợ lọc, các chất ổn định và đặc biệt là các enzyme sử dụng trong công đoạn sản xuất dịch đường lên men và lên men. 2.2.1. Chế phẩm enzyme [1, tr 110]: 2.2.1.1. α-amylaza (Fungamyl): Chế phẩm enzyme này của hãng Novo, sản xuất từ nấm mốc Aspergillus oryzae. Fungamyl có tác dụng thủy phân cầu nối α-1,4 glucozit của amyloza và amylopectin tạo thành lượng đường lớn maltoza. Chế phẩm dạng lỏng, màu nâu, có tỷ trọng 1,25 g/ml. Ngoài ra còn có dạng bột vô định hình hoặc dạng cầu. Sản phẩm thương mại thường gặp trên thị trường là Fungamyl 800L. Trong sản xuất bia, enzyme này được thêm vào trong quá trình nấu để tăng khả năng đường hóa của malt. Độ lên men của bia có thể tăng 2÷5%. Điều kiện kỹ thuật: Fungamyl 800L, pHopt = 5,3, topt = 600C. Liều lượng: 0,02÷0,05% so với tổng nguyên liệu khi nấu. 2.2.1.2. α-Axetolactat decarboxylaza (Maturex L): Maturex L là enzyme α-Axetolactat decarboxylaza tinh thể, được thu nhận từ vi khuẩn Bacillus subtillis. Ở dạng dịch lỏng và có màu trắng. Được sử dụng trong thời kỳ lên men phụ bia để ngăn ngừa tạo thành diaxetyl, bằng cách xúc tác phản ứng decacboxyl hóa của α-Axetolactat tạo thành axetoin. Nhờ vậy mà quá trình lên men phụ được rút ngắn. Hàm lượng thường dùng: 1÷2 kg/100 hl dịch lên men. 2.2.2. Hóa chất [1, tr 106]: 2.2.2.1. NaOH: Dùng để trung hòa và vệ sinh, tẩy rửa các thiết bị trong phân xường của nhà máy bia. Yêu cầu kỹ thuật: NaOH ≥ 96%. 2.2.2.2. Axit: - H2SO4: Dùng để đều chỉnh pH nước và xử lý men sữa. Yêu cầu: H2SO4 = 95÷98%, khối lượng riêng d = 1,84 g/l. - Axit lactic: Điều chỉnh pH dịch hèm trong quá trình nấu và đường hóa. 2.2.2.3. Muối: - Na2CO3: Xử lý bia thành phẩm khi pH của bia quá thấp. Yêu cầu: ≥ 95%. - NaCl: Bổ sung vào môi trường và dịch lên men khi cần thiết, kích thích tiêu hóa và ổn định vị của bia. Yêu cầu: Màu trắng tinh, NaCl > 99%, H2O≤ 0,5%. - CaCl2: Bổ sung vào dịch đường hóa để bảo vệ enzyme khỏi tác động của nhiệt độ. Yêu cầu: Tinh khiết. 2.2.2.4. Chất trợ lọc: Chất trợ lọc được sử dụng phổ biến trong sản xuất bia hiện nay là diatomit và peclit. Ở đây sử dụng diatomit để hấp phụ các hạt phân tán, các hạt dạng keo, các tế bào nấm men chết… để bia thêm trong. Để quá trình lọc hiệu quả, bột trợ lọc được phủ thành 3 lớp: Đắp bột sơ cấp, đắp bột thứ cấp và bổ sung liên tục. Yêu cầu: P = 3÷5 bar. Bột bổ sung gồm: 2/3 bột trung bình, 1/3 bột mịn. Lượng bột bổ sung nằm trong khoảng 60÷120g/hl bia [1, tr 279]. 2.3 Giống vi sinh vật [4, tr 436]: Để sản xuất bia lên men dịch đường nồng độ cao thì nhà máy sử dụng phương pháp lên men cổ điển. Hai chủng nấm men có thể được sử dụng: - Nấm men nổi: Saccharomyces Cerevisiae. - Nấm men chìm: Saccharomyces Carlsbergensis Nấm men nổi thích thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao, phân bố trên bề mặt môi trường và khả năng kết lắng kém. Chính vì vậy ở đây nhà máy sử dụng nấm men chìm, thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp hơn. Phân bố chủ yếu lớp dưới tầng sâu dịch đường, kết lắng dưới đáy thiết bị lên men. Khi quá trình lên men chính kết thúc, phần lớn lượng sinh khối đã bị kết lắng nên bia trong hơn sử dụng nấm men nổi. Nấm men chìm vẫn có khả năng lên men ở 00C, ở 10 0C vẫn còn lên men. Nấm men chìm Saccharomyces Carlsbergensis có khả năng sinh tổng hợp được enzyme melibiaza nên chúng có khả năng hấp thụ toàn bộ đường rafinoza. Chương 3 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Malt (62 %) Lên men chính Làm lạnh Lọc, rửa bã Ngô đã tách phôi (35 %) Đường hóa Nghiền Làm sạch Nghiền Houblon hóa Dán nhãn Lên men phụ, tàng trữ Chiết chai, đóng nắp Thanh trùng Lọc bia Bia thành phẩm Xử lý, hoạt hóa Sữa men Men giống Nhân giống Nấm men giống Hồ hóa và đun sôi Đạm hóa Nước 340C Malt lót H2SO4, CaCl2 Fungamyl 800L Nước 340C A.Lactic, CaCl2 Nước 780C Bã hèm Cao hoa, hoa viên Hơi Chất tải lạnh O2, Maturex CO2 Diatomit H2O 20C Chai sạch Nắp Nhãn Lắng trong Làm sạch Đường 3% Ổn định bia Xử lý 3.1. Dây chuyền công nghệ: 3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ: 3.2.1. Làm sạch: Malt và ngô đã tách phôi trong quá trình vận chuyển và bảo quản có thể lẫn các tạp chất (bụi bẩn, lá khô, rơm, đá nhỏ…), và vụn kim loại. Chúng sẽ gây hư hỏng máy xay và ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm. Để loại bỏ tạp chất, sử dụng sàng. Còn để loại bỏ sắt và các hợp kim có từ tính thì sử dụng nam châm điện đặt trước máy nghiền nguyên liệu. 3.2.2. Nghiền nguyên liệu: 3.2.2.1. Mục đích: Phá vỡ cấu trúc tế bào hạt, tăng bề mặt tiếp xúc với nước, tạo điều kiện hồ hóa nhanh và enzyme dễ dàng tiếp cận cơ chất. Nhờ đó thực hiện quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn. 3.2.2.2. Tiến hành: Nghiền có thể được thực hiện theo 3 phương pháp: nghiền khô, nghiền ướt và nghiền ẩm. Với phương pháp nghiền ướt và nghiền ẩm thì vỏ malt thường được giữ nguyên nên rút ngắn được thời gian lọc. Tuy nhiên, tốn năng lượng và bột có thể bị chua làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi nghiền xong mà chưa nấu. Chọn phương pháp nghiền khô vì đơn giản, dễ thực hiện và không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong thời gian chờ nấu. Thiết bị: Nghiền malt bằng máy nghiền trục với 2 cặp trục nghiền, còn ngô được nghiền bằng máy nghiền búa. Tại máy nghiền malt: Malt đi vào phễu nạp liệu, nhờ trục điều tiết và trục rải liệu sẽ đi vào cặp trục nghiền 1. Các hạt đạt kích thước yêu cầu sẽ rơi qua sàng rung và đi ra ngoài, còn các hạt có kích thước chưa đạt yêu cầu sẽ tiếp tục qua cặp trục nghiền 2 và nghiền cho đến khi đạt yêu cầu. Tỷ lệ bột nghiền [4, tr 234]: Vỏ và tấm lớn: 30÷40% Tấm bé và bột: 60÷70% Hình 3.1. Máy nghiền 2 cặp trục nghiền 1. Phễu nạp liệu 2. Trục điều tiết 3. Trục rải liệu 4. Cặp trục nghiền 1 5. Sàng rung 6. Cặp trục nghiền 2 7. Bột nguyên liệu ra. Tại máy nghiền ngô: Dưới tác dụng của các cặp búa nghiền, nguyên liệu sẽ được nghiền nhỏ. Những hạt được nghiền có kích thước đạt yêu cầu sẽ lọt sàng, còn những hạt có kích thước chưa đạt tiếp tục được nghiền đến khi đạt yêu cầu. Hình 3.3. Máy nghiền búa [16] Hình 3.2. Cấu tạo của máy nghiền búa [4] 1. Bulong; 2. Lưỡi dao; 3. Đĩa; 4. Trục roto; 5. Sàng dạng hình trụ khuyết 3.2.3. Nấu nguyên liệu: 3.2.3.1. Mục đích: Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hòa tan sang trạng thái hòa tan nhờ tác động của các hệ enzym thủy phân. 3.2.3.2. Tiến hành: Nấu bia có ba phương pháp: phương pháp ngâm, phương pháp đun sôi và phương pháp kết hợp. Ở đây, nhà máy sử dụng 35% nguyên liệu thay thế nên tiến hành nấu theo phương pháp kết hợp. Phối trộn nguyên liệu và nước nấu theo tỷ lệ: Malt : nước = 1 kg : 3 lít Ngô : nước = 1 kg : 4 lít * Tại nồi ngô: Bột ngô và 10% bột malt lót (so với khối lượng ngô) đem vào phối trộn với nước ấm 34oC theo tỷ lệ trên. Bổ sung chế phẩm enzym: 0,05% Fungamyl 800L. Bật cánh khuấy để khuấy trộn trong 5 phút. Sau khi khuấy trộn, nhiệt độ của khối nấu hạ xuống khoảng 32oC. Bổ sung axit H2SO4 để điều chỉnh pH = 5,3 và 0,5g CaCl2/1kg bột [10] để bảo vệ enzyme dưới tác động của nhiệt độ. Tiếp đó cấp hơi để nâng nhiệt độ của khối nấu lên 60oC trong 25 phút và giữ ở nhiệt độ này khoảng 30 phút để hồ hóa tinh bột. Rồi nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độ sôi trong 30 phút và giữ sôi 30 phút. Sau đó chuẩn bị đem đi hội cháo. Trong suốt quá trình nấu ngô cánh khuấy luôn hoạt động để tránh cháy nồi. * Tại nồi malt: Khi bắt đầu nâng nhiệt để đun sôi ở nồi ngô thì ở nồi malt cũng bắt đầu pha bột ở nồi malt. Cho nước ấm 34oC vào, sau đó xuống bột hòa malt trong 10 phút. Dùng axit lactic điều chỉnh pH của khối nấu đến 5,3 và bổ sung thêm CaCl2. Sau đó dùng hơi để nâng nhiệt độ khối nấu lên 52oC trong khoảng 20 phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để thực hiện quá trình đạm hóa nhờ enzyme proteaza trong malt.. Cần tính toán sao cho khi nồi cháo ngô đun sôi xong thì quá trình đạm hóa ở nồi malt cũng vừa kết thúc. * Hội cháo: Bơm cháo ngô sang nồi malt để hội cháo, bơm từ từ để nhiệt độ không tăng lên đột ngột và trong thời gian khoảng 10 phút. Điều chỉnh nhiệt độ toàn khối nấu sao cho đạt 65oC và giữ ở 65oC trong 25 phút để tạo điều kiện cho enzim β-amylaza thuỷ phân tinh bột. Sau đó, tiếp tục nâng nhiệt độ khối nấu lên 75oC trong vòng 10 phút và giữ ở 75oC trong 30 phút để enzim α-amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột. Cuối cùng nâng nhiệt độ toàn khối dịch lên 78oC trong vòng 5 phút và bơm dịch đi lọc. Hình 3.4. Nguyên tắc cấu tạo của nồi đường hóa [4] 1. Ống thoát hơi; 2. Cánh khuấy; 3. Hộp giảm tốc; 4. Van tháo dịch; 5. Bơm dịch; 6. Van hơi; 7. Van giảm áp; 8. Phân phối hơi; 9. Hơi ngưng; 10. Van đuổi không khí; 11. Áp kế; 12. Đường ống dẫn dịch từ nồi phối trộn; 13. Nhiệt kế; 14. Ký đồ nhiệt. SƠ ĐỒ NÂNG VÀ GIỮ NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH NẤU t0s 3.2.4. Lọc dịch đường: 3.2.4.1. Mục đích: Dịch đường hóa gồm: các chất hòa tan và không hòa tan. Nên lọc dịch đường để tách các chất hòa tan ra khỏi các chất không hòa tan. 3.2.4.2. Tiến hành: Để lọc dịch đường ta sử dụng thiết bị lọc khung bản. Quá trình lọc dịch đường gồm 2 giai đoạn: + Giai đoạn lọc dịch đường. + Giai đoạn rửa bã. Đầu tiên tiến hành thu hết dịch đường có trong khối nguyên liệu. Bằng cách: Bơm nước nóng vào khoảng không gian giữa khung, bản để làm nóng thiết bị. Sau đó, tháo nước nóng và bơm dịch đường vào. Thời gian đầu, dịch đường chảy ra có thể vẫn còn đục nên cần bơm hồi lưu để lọc lại. Khi quan sát dịch đường đã đạt được độ trong cần thiết thì cho chảy vào thiết bị houblon hóa. Hình3.5. Máy lọc ép khung bản [4] 1. Khung và bản; 2. Đường ống dẫn dịch cháo; 3. Đường ống cạnh trên; 4. Đường ống cạnh dưới; 5. Dịch cháo bơm từ nồi đường hóa; 6. Đường ống dẫn nước để rửa bã; 7. Van ống dẫn nước của cạnh trên và cạnh dưới; 8. Van xả dịch; 9. Máng dẫn dịch; 10. Van vạn năng; 11. Vít tải đẩy bã; 12. Bơm thủy lực; 13. Hộp dầu. Sau khi đó tiến hành rửa bã để thu hồi các chất hòa tan còn sót trong bã. Để tăng cường quá trình khuyếch tán các chất hòa tan vào dung dịch rửa bã thì cần dùng nước nóng 78oC để rửa (nước rửa bã cũng được chảy vào nồi houblon hóa). Không nên dùng nước có nhiệt độ cao hơn 78oC để rửa bã vì sẽ làm vô hoạt enzyme và tốn năng lượng. Kết quả làm cho dịch lên men bị đục và bia cũng bị đục theo. Dịch đường sau khi lọc xong phải đảm bảo về độ trong. Khi đã rửa bã xong thì tiến hành tháo bã và vệ sinh sát trùng thiết bị. 3.2.5. Houblon hóa: 3.2.5.1. Mục đích: - Truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon. - Ổn định thành phần dịch đường và có nồng độ theo yêu cầu. - Làm keo tụ các protit. - Vô hoạt các enzim và thanh trùng dịch đường. 3.2.5.2. Tiến hành: Đầu tiên dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc được chuyển thẳng vào nồi houblon hóa. Khi dịch đường đầy đáy nồi thì bắt đầu cung cấp nhiệt để nhiệt độ dịch đường luôn giữ ở 75oC để tạo điều kiện enzym α─amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột sót. Trong quá trình cung cấp nhiệt cần phải tính toán sao cho để khi quá trình rửa bã vừa kết thúc thì dịch đường cũng vừa sôi. Nhà máy sử dụng 70% cao hoa và 30% hoa viên. Tỷ lệ hoa dùng là 4 g/l[7]. Cho hoa vào nồi theo phương án: - 50 % cao hoa lúc dịch đường bắt đầu sôi. - 20 % cao hoa còn lại vào khi sôi được 30 phút. - 30 % hoa viên cho vào trước khi kết thúc 10 phút. Và trước khi kết thúc ở nồi hoa khoảng 10 phút ta tiến hành bổ sung 3% đường vào. Tổng thời gian quá trình houblon hóa khoảng 100 phút. Hình 3.6. Nồi đun hoa [4] 1. Áo hơi; 2. Van tháo dịch; 3. Cánh khuấy; 4. Hộp giảm tốc; 5. Ống thoát hơi; 6. Cửa quan sát; 7. Áp kế hơi; 8. Đường ống dẫn dịch vào nồi; 9. Ống dẫn hơi; 10. Hơi ngưng. 3.2.6. Lắng trong và làm lạnh: 3.3.6.1. Mục đích: - Hạ nhiệt độ của dịch đường đến nhiệt độ lên men. - Tách cặn cho dịch đường. - Bão hòa oxy cho dịch lên men. 3.2.6.2. Tiến hành: Lắng trong và làm lạnh được tiến hành ở 2 thiết bị riêng: * Lắng trong: Dịch đường sau khi houblon hóa được bơm sang thiết bị lắng Whirlpool để tách cặn. Thiết bị được chế tạo từ thép không gỉ, thân hình trụ tròn, đáy thùng có độ nghiêng 8÷10%, trên thùng có ống thoát hơi cao để tạo nên sức hút mạnh nhằm bốc hơi mạnh. Dịch đường được bơm vào thùng theo phương tiếp tuyến tại độ cao khoảng ¼ thùng. Dưới tác dụng của lực ly tâm giữa chất lỏng với đáy và thành bình thì các hạt lơ lửng, bã hoa chịu chuyển động xoáy men theo thành đáy thùng. Do vậy chúng sẽ lắng tụ vào tâm đáy thùng. Sau thời gian phân ly trong điều kiện bốc hơi cao, sẽ nhanh chóng hạ nhiệt độ của dịch đường từ 1000C xuống 900C chỉ trong khoảng 15÷20 phút [4, tr 368]. Hình 3.7. Thùng lắng Whirlpool [4 và 17] 1. Mức dịch đường; 2. Đèn tín hiệu; 3. Cửa vệ sinh; 4. Nhiệt kế; 5. Ống thủy báo thức; 6. Cửa quan sát; 7. Đường ống dẫn dịch đường vào; 8. Ống thoát hơi; 9. Van tháo dịch đường; 10. Van xả cặn; 11. Nước vệ sinh; 12. Độ nghiêng của đáy. * Làm lạnh: Dịch đường sau khi hạ đến 900C ở thiết bị lắng Whirpool và được bơm đưa sang thiết bị làm lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. Dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men chính là 10oC, với tác nhân làm lạnh là nước 20C. Thiết bị làm lạnh bản mỏng có ưu điểm là dễ thao tác, hiệu quả cao, rất kín, làm lạnh dịch đường trong một thời gian rất ngắn nên tránh được sự nhiễm khuẩn cho dịch đường. Lên men cần lượng sinh khối nấm men lớn, nên cần tạo điều kiện để nấm men giống sinh trưởng và phát triển trong giai đoạn đầu của quá trình lên men. Hàm lượng O2 cấp vào dịch đường là 7 mg/l dịch lên men. Nếu thiếu O2 thì lên men chậm và không triệt để. Ở nhiệt độ thấp và nồng độ chất hòa tan thấp thì việc hòa tan O2 vào dịch đường càng nhiều. Do đó tiến hành cấp O2 ngay sau khi dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu (O2 phải đảm bảo vô trùng). Đồng thời để rút ngắn chu kỳ lên men và làm giảm hàm lượng diaxetyl thì tiến hành bổ sung Maturex L với hàm lượng 1kg/100 hl dịch lên men. 1000C 20C Dịch sau houblon vào Dịch sau houblon ra Nước vào Nước ra 78-800C 100C Hình 3.8. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản 3.2.7. Lên men chính: 3.2.7.1. Mục đích: Trong quá trình lên men chính, một lượng lớn chất hòa tan trong dịch lên men (chủ yếu đường và dextrin bậc thấp) được chuyển hóa thành rượu C2H5OH, CO2 và một số sản phẩm phụ khác dưới tác dụng của nấm men: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Các sản phẩm phụ tạo thành như: aldehit, este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, glyxerin,… Chúng hòa tan và tồn tại trong dịch lên men như là những hợp phần chất của bia sau này. Quá trình lên men chính chuyển dịch đường thành bia non. 3.2.7.2. Nuôi cấy nấm men giống: Nấm men giống được sử dụng dưới 2 dạng: Nấm nen giống thuần khiết và sữa men. * Nuôi cấy nấm men giống thuần khiết: Nấm men thuần khiết là nấm men thu nhận từ một tế bào. Gồm hai giai đoạn: Nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và nuôi cấy trong sản xuất. Để sản xuất, men giống được nuôi cấy trước tiên ở phòng thí nghiệm. Nấm men giống được nuôi cấy tuần tự từ thể tích nhỏ (10 ml) cho đến 5÷10 lít. Sau đó, tiếp tục nhân giống trong các thiết bị chuyên dùng để nuôi từ cấp 1 cho đến khi đủ lượng giống theo yêu cầu. Trong quá trình nuôi cấy men giống, cần khống chế các điều kiện kỹ thuật như: Nhiệt độ, pH của dịch đường, nồng độ dịch đường, thành phần môi trường dinh dưỡng, tính vô trùng… một cách nghiêm ngặt [7]. * Thu hồi và xử lý sữa men: Sau khi lên men chính xong, các tế bào nấm men kết tủa trên đáy thiết bị lên men thành lớp dày. Trong thực tế sản xuất, thường thu lại lớp nấm men ở giữa. Do lớp trên cùng và dưới cùng là các tạp chất và tế bào chết. Cả hai lớp này có màu đen xám hoặc nâu xám, cần phải loại bỏ. Lớp giữa có màu trắng ngà, kết dính dạng bông, đây là lớp sinh khối bao gồm các tế bào sống. Lớp này cần được tách riêng ra, rửa sạch và đưa đi bảo quản với các mục đích khác nhau. Việc tái sử dụng được thực hiện cho đến khi nấm men giống có hoạt lực lên men yếu hoặc bị nhiễm khuẩn. Nấm men sử dụng thường không quá 8 đời. Sinh khối thu được có thể được sử dụng trực tiếp làm giống cho mẻ lên men tiếp theo hoặc rửa và bảo quản. Để tách các tạp chất có kích thước lớn có thể dùng rây rung từ tính với 50 dao động/s. Nấm men sau khi rây sạch cặn thô được bơm vào thùng, sau đó cho nước vô trùng ở nhiệt độ 2÷4 0C vào và khuấy đều. Để yên 40 phút thì nấm men khỏe sẽ kết lắng, còn nước đục phía trên gồm cặn mịn và tế bào chết đổ ra ngoài bằng cách cho nghiêng thùng để nước chảy theo miệng rót (lặp lại 3÷4 lần). Cho nước lạnh 0,50C vào giữa hai lớp vỏ để bảo quản [4, tr 449]. Thiết bị nuôi cấy men giống gồm các thùng hình trụ bằng thép không rỉ. Trước khi nạp vào tank lên men, nấm men đặc được trộn lẫn với dịch đường trong một thùng chuyên dụng gọi là thùng hoạt hóa nấm men với thời gian 60 phút. Thùng hoạt hóa có thân hình trụ, đáy hình hình côn hoặc bán cầu, đáy có van xả men và vệ sinh [4, tr 441]. 3.2.7.3. Tiến hành lên men: Dịch lên men có nồng độ yêu cầu tương đối cao là 18 %, tiến hành lên men cổ điển với thời gian lên men chính là 10 ngày [4, tr 444] (lên men chính và lên men phụ, tàng trữ diễn ra ở 2 thiết bị riêng biệt). Nấm men được nạp liên tục: Sau khi hoạt hóa trong 60 phút thì liên tục nạp vào thùng lên men, đồng thời dịch đường cũng được bổ sung liên tục vào thùng hoạt hóa. Khi nào dịch đường bơm đầy vào thùng lên men thì sữa men cũng vừa nạp hết. Việc đẩy sữa men từ thùng hoạt hóa vào thùng lên men nhờ bơm ly tâm. Hình 3.9. Tank lên men chính [15] Bão hòa O2 và bổ sung Maturex với hàm lượng 1 kg/100 hl dịch lên men [1-111] và được tiến hành trên đường ống dẫn dịch đường sau máy lạnh nhanh tấm bản . Lên men chính được tiến hành trong thiết bị hình trụ bằng thép không gỉ, nắp và đáy hình chỏm cầu. Quá trình lên men chính tiến hành ở áp suất Pdư = 0,1÷0,2 at. CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ hòa tan vào bia non một phần, độ hòa tan của CO2 vào bia sẽ tăng khi nhiệt độ giảm. Để đảm bảo lượng CO2 hòa tan trong bia nhiều thì nhiệt độ thời kỳ cuối của quá trình lên men khoảng 5oC, hàm lượng CO2 trong bia non phải đạt 0,2%. Bình thường, lên men chính được xem là kết thúc khi 60÷65 % lượng chất hòa tan ban đầu bị tiêu hao [4, tr 446]. 3.2.8. Lên men phụ và tàng trữ: 3.2.8.1. Mục đích: Sau khi lên men chính thu được bia non, mà trong thành phần bia non còn một lượng chất hòa tan có khả năng lên men (khoảng 1÷1,2 %). Lượng chất hòa tan này được lên men tiếp tục trong giai đoạn lên men phụ và ủ chín bia. Mục đích của quá trình này: Lên men lượng đường còn lại để tạo thành CO2 và các sản phẩm khác và làm tăng chất lượng sản phẩm như khử diaxetyl, tạo thành các ester,… 3.2.8.2. Tiến hành: Quá trình lên men phụ được tiến hành trong các tank lên men kín có cấu tạo 2 nắp đều là hình chỏm cầu và đặt nằm ngang trong phòng lạnh 1÷2oC. Nhiệt độ lên men phụ 0÷2oC và Pdư = 0,3÷0,7at. Bia được đưa vào tank lên men phụ từ dưới lên để hạn chế tối đa sự tạo bọt và giảm mất mát CO2. Để đồng nhất hóa các mẻ bia trong các tank lên men phụ thì bia non ở một tank lên men chính nên san đều vào 2 hoặc 3 tank lên men phụ. Sau đó các tank này sẽ được bơm đầy bằng bia non ở các tank lên men chính khác [4, tr 489]. Quá trình chuyển bia non vào thiết bị lên men phụ có thể tiến hành từ từ và kéo dài 1÷2 ngày đêm. Hình 3.10. Tank lên men phụ Tuy nhiên sau 2 ngày đêm thì thùng lên men phụ cần phải chứa đầy bia non nếu không thì dễ bị nhiễm vi sinh vật và sự bão hòa CO2 khó do sự bốc hơi của nó. Thể tích của mỗi tank có thể bơm đầy đến 98%, sau đó mở van liên thông và bắt đầu lên men phụ [4, tr 489]. Quá trình nâng cao áp suất kéo dài 1÷3 ngày kể từ lúc chuyển xong bia non vào. Thời gian lên men phụ khoảng 40 ngày. Sau khi len men phụ, tiến hành tàng trữ bia khoảng 2 ngày rồi đem đi lọc. 3.2.9. Lọc bia: Hình 3.10. Hệ thống lọc khung bản [18] 3.2.9.1.. Mục đích: - Tách các thành phần cặn kết tủa và nấm men dư thừa ra khỏi bia, tạo cho sản phẩm có độ trong nhất định. - Tăng độ bền và giá trị cảm quan cho bia. 3.3.9.2. Tiến hành: Để làm trong bia, có thể thực hiện bằng lọc hoặc ly tâm. Phương pháp ly tâm ít gây biến đổi về thành phần và tính chất bia nhưng làm tăng nhiệt độ và độ oxy hóa bia, bia không được loại bớt keo nên độ bền thấp và dễ đục. Ở đây tiến hành lọc bằng máy lọc khung bản với bột trợ lọc diatomit. Ưu điểm là bề mặt lọc lớn, dịch lọc trong và loại bỏ được nấm men, dễ thực hiện. Thùng hòa bột và bơm định lượng bột trợ lọc được lắp với máy lọc. Bột trợ lọc được trộn với nước vô trùng 20C theo tỷ lệ nhất định tạo thành dịch huyền phù. Nhờ bơm định lượng, dịch huyền phù được bơm vào máy lọc để tạo thành lớp lọc trên bề mặt giấy lọc. Sau khi tạo xong lớp màng lọc thì bia (đã được phối trộn với nước vô trùng 20C để đảm bảo độ bia theo yêu cầu) được đưa vào máy lọc. Khoảng không giữa các khung sẽ là nơi chứa huyền phù bột trợ lọc và bia cần lọc. Bia trong được lọc và đi qua các tấm bản ra ngoài, nếu độ trong chưa đạt yêu cầu thì mở van cho hồi lưu trở lại đến khi bia đi ra trong thì bơm vào tank ổn định. Khi máy lọc vượt quá 5 bar thì tạo lại màng lọc. 3.2.10. Ổn định bia: Bia sau khi lọc là một chất lỏng bão hòa CO2, khi chuyển bia vào thùng lên men phụ đi lọc và vào thùng chứa thì khả năng giữ CO2 của bia bị giảm. Để khôi phục lại sự bão hòa CO2 ban đầu, sau khi lọc bia phải giữ một thời gian nhất định dưới áp suất của CO2. Sau khi lọc, bia được đưa vào tank ổn định và giữ ở nhiệt độ 0,5÷10C dưới áp suất của CO2 trong thời gian 4÷12 h. Để tránh không khí xâm nhập thì nên dùng CO2 để đưa bia vào [7]. 3.2.11. Chiết chai, đóng nắp: Quá trình chiết bia vào chai có nguy cơ gây oxy hóa và nhiễm tạp vi sinh vật lớn nhất cho bia. Để có hình thức đẹp, bao bì phải sạch, trong suốt và được dán nhãn. Chai dùng để rót bia phải có màu tối như màu xanh đậm hoặc màu nâu. Nhà máy sử dụng chai màu nâu với dung tích 450 ml. Dây chuyền rót bia vào chai gồm các khâu: Rửa chai, kiểm tra chai, chiết bia vào chai, đóng nắp chai, thanh trùng, kiểm tra chai và dán nhãn. Rửa chai bao gồm các công đoạn: Ngâm sơ bộ (400C), ngâm lần 2 (600C), ngâm trong xút nóng (800C), phun rửa bằng xút nóng (500C), phun rửa bằng nước thường (250C), và phun rửa bằng nước sạch vô trùng (150C). Tổng thời gian lưu chai trong máy rửa khoảng 15 phút. Để chai được sáng bóng, bổ sung 0,5% P3- Stabilon BP-C [1, tr 301]. Bia được chiết vào chai theo nguyên tắc đẳng áp: Áp suất trong bao bì và trong bể chứa bia của máy chiết cân bằng, nhờ đó bia đi vào bao bì dưới tác động của trọng lực. Tiến hành chiết bia ở nhiệt độ thấp, khoảng 50C. Gồm các giai đoạn: Hút chân không, tạo áp suất đối kháng và rót bia vào chai [1, tr 304]. Bia sau khi được chiết vào chai sẽ được đóng nắp chai. 3.2.12. Thanh trùng bia: 3.2.12.1. Mục đích: Bia sau khi làm trong luôn chứa một lượng tế bào sống gồm nấm men và các tạp khuẩn (vi khuẩn lactic), do đó có thể làm hỏng sản phẩm. Để tiêu diệt vi sinh vật trong bia cần thanh trùng để giữ cho bia lâu hỏng. 3.2.12.2. Tiến hành: Thanh trùng bia có thể tiến hành: - Thanh trùng ở nhiệt độ thấp (630C) trong thời gian dài (45 phút). - Thanh trùng ở nhiệt độ cao (750C) trong thời gian ngắn (`10 phút). Ở đây tiến hành thanh trùng kiểu tunel phun tuyến tính, ở nhiệt độ 63 0C trong thời gian 45 phút. Các vùng nhiệt độ bia đi qua: 280C, 350C, 450C, 630C, 450C, 350C, 280C. Để đảm bảo độ bền vi sinh vật cho bia, cần chú ý vô trùng các thiết bị khác nhau như: Máy rót, máy đóng nắp, chai nút. 3.2.13. Dán nhãn: Nhãn sản phẩm không chỉ cung cấp thông tin về sản phẩm mà còn có tác động rất lớn tới người tiêu dùng thông qua cách bố trí, màu sắc… trên chai bia thành phẩm gồm các nhãn: Thân chai, lưng chai và cổ chai. Sau khi thanh trùng, các chai bia sẽ đi qua máy dán nhãn, các nhãn được dán lên chai nhờ lớp keo dán. Sau đó chai bia đưa vào két và kho bảo quản. Chương 4 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Các số liệu ban đầu: 4.1.1. Các số liệu đã cho: - Năng suất của nhà máy: 38 triệu lít bia/năm. - Ðộ cồn của sản phẩm: 4,5%V. - Nồng độ dịch lên men: 18%. - Tỉ lệ nguyên liệu dùng: Malt: 62%, ngô: 35%, đường: 3%. - Độ ẩm của nguyên liệu: Malt: 4%, ngô: 10%, đường: 0,05%. - Độ chiết nguyên liệu: Malt: 79,5%, ngô: 82%, tạp chất trong đường: 2%. 4.1.2. Các số liệu chọn: - Mức tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn: Công đoạn Làm sạch Nghiền Nấu, lọc Houblon hóa Lắng trong Làm lạnh Lên men chính Lên men phụ Lọc bia Chiết, thanh trùng Tiêu hao,% 1 0,5 3 1 1 0,5 1 0,5 1,2 3 Bảng 4.1. Bảng tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn Phần hao hụt ở các công đoạn: Làm sạch, nghiền, nấu, lọc, houblon hóa, lắng trong và làm lạnh tính theo phần trăm chất khô của nguyên liệu trước đó. Còn phần hao hụt trong các quá trình lên men, lọc bia, chiết rót và thanh trùng được tính theo phần trăm thể tích bán thành phẩm trước đó. - Lượng hoa houblon sử dụng: Ở đây sử dụng kết hợp cả cao hoa và hoa viên với tỷ lệ: Cao hoa: 70% Hoa viên: 30% Lượng hoa sử dụng: 4 g/lít dịch đường. 4.2. Tính cân bằng sản phẩm: 4.2.1. Chọn số mẻ nấu trong một ngày: Theo quy trình nấu đã chọn ở mục (3.1), thời gian thực hiện một mẻ nấu trung bình là 140 phút. Vậy chọn số mẻ nấu trong ngày là: 10 mẻ/ngày. Nhà máy làm việc 12 tháng trong một năm, nghỉ các ngày lễ, tết và chủ nhật. Do đặc thù của công nghệ nên phân xưởng lên men làm việc liên tục. Nhà máy làm việc 3 ca/ngày. 4.2.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy: Bảng 4.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Số ngày làm việc/tháng 27 24 26 25 25 26 27 26 25 27 25 27 310 Số ca làm việc/tháng 81 72 78 75 75 78 81 78 75 81 75 81 930 Số mẻ nấu/tháng 270 240 260 250 250 260 270 260 250 270 250 270 3100 4.2.3. Tính cân bằng sản phẩm cho 100kg nguyên liệu ban đầu: 4.2.3.1. Lượng chất khô trong nguyên liệu (M1): - Malt: M1Malt = (kg) - Ngô: M1Ngô = (kg) - Đường: M1Đường = (kg) 4.2.3.2. Lượng nguyên liệu hạt còn lại sau làm sạch: - Chất khô (M2): + Malt: M2Malt = (kg) + Ngô: M2Ngô = (kg) - Nguyên liệu (m2): + Malt: m2Malt = (kg) + Ngô: m2Ngô = (kg) 4.2.3.3. Lượng nguyên liệu hạt còn lại sau khi nghiền: - Chất khô (M3): + Malt: M3Malt = (kg) + Ngô: M3Ngô = (kg) - Nguyên liệu (m3): + Malt: m3Malt = (kg) + Ngô: m3Ngô = (kg) 4.2.3.4. Lượng chất khô chuyển từ nguyên liệu hạt vào dịch đường sau khi nấu (M4): - Malt: M4Malt = (kg) - Ngô: M4Ngô = (kg) Tổng lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau khi nấu: M4 = M4malt + M4ngô = (kg) 4.2.3.5. Lượng chất khô còn lại sau quá trình nấu và lọc (M5): M5 = (kg) 4.2.3.6. Thể tích của dịch đường khi đun sôi (V6): Nồng độ chất khô của dịch đường sau khi lắng trong và làm lạnh là 18%. Do trong quá trình houblon hóa có một lượng nước bay hơi làm cho nồng độ của dịch đường tăng lên khoảng 1¸1,5% [4, tr 341], ta chọn 1,5%. Còn trong quá trình lắng trong và làm lạnh, nồng độ của dịch đường tăng khoảng 0,4¸1,2% [7, tr 81], ta chọn 0,5% (trong đó 0,4% lắng trong và 0,1% làm lạnh). Để đạt nồng độ dịch đường theo yêu cầu, trước khi houblon hóa điều chỉnh nồng độ: C% = 18% - 1,5% - 0,5% = 16% - Theo [12, tr 59], khối lượng riêng của dịch đường 16% ở 20ºC là: r = 1065,34 (kg/m³) - Đường được bổ sung vào cuối giai đoạn houblon hóa nên tổng lượng chất khô của nguyên liệu chuyển vào thiết bị houblon hóa là: M6 = M5 + M1Đường = (kg) - Khối lượng dịch đường từ 100 kg nguyên liệu ban đầu là: m6 = (kg) - Thể tích của dịch đường trước khi đun sôi (quy về 20ºC): V’6 = = (m³) = 430 (lít) Do hàm lượng của chất chiết nhỏ hơn nhiều so với hàm lượng nước trong dịch đường nên tính thể tích dịch đường theo thể tích nước: - Theo [12, tr 12], thể tích riêng của nước: Ở 20oC là: 1000,7710-6 m³/kg Ở 100oC là: 1043,43 10-6 m³/kg. - Vậy thể tích dịch đường khi đun sôi là: V6 = (lít) * Tính lượng hoa houblon cần dùng: Thể tích của dịch đường trước khi đun sôi đã tính ở trên: V’6 = 430 (lít). Theo (3.5.2.2) lượng hoa cần dùng là 4 g/lít dịch đường. Vậy lượng hoa cần dùng: mhoa = 4304 = 1720 (g). Trong đó 70% lượng hoa dùng dưới dạng cao hoa, mà 1 gam cao hoa có thể thay thế cho 5 gam hoa nguyên cánh. Như vậy lượng cao hoa cần dùng là: mCao hoa = (g) 0,24 (kg) Và 30% lượng hoa dùng dưới dạng hoa viên, mà 1 gam hoa viên có thể thay thế cho 3 gam hoa nguyên cánh. Vậy lượng hoa viên cần dùng là: mHoa viên = (g) 0,17 (kg) 4.2.3.7. Lượng chất khô còn lại sau khi houblon hóa (M7) : M7 = (kg) 4.2.3.8. Lượng dịch đường còn lại sau khi houblon hóa (M8) : - Theo khối lượng: M8 = (kg) - Theo thể tích: Theo (4.3.3.6), nồng độ dịch đường sau khi houblon hóa là 17,5%. Vậy, khối lượng riêng của dịch đường ở 20oC là: r = 1071,86 (kg/m³) [12, tr 59] Thể tích dịch đường sau khi houblon hóa ở 100oC: V8 = (m³) = 400 (lít) 4.2.3.9. Lượng chất khô còn lại sau lắng trong (M9): M9 = (kg) 4.2.3.10. Lượng dịch đường còn lại sau khi lắng trong: - Theo khối lượng: M10 = (kg) - Theo thể tích: Theo [12, tr 59], khối lượng riêng của dịch đường 17,9% ở 20oC: r = 1073,51 (kg/m³) Thể tích dịch đường 17,9% ở 20oC: V= (m3) = 371 (lít) Sau khi lắng trong, nhiệt độ dịch đường còn khoảng 900C nên có sự giảm thể tích. Coi sự giảm thể tích này là sự giảm thể tích riêng của nước theo nhiệt độ. Theo [12, tr 12], thể tích riêng của nước: Ở 20oC là: 1000,7710-6 (m³/kg) Ở 90oC là: 1035,910-6 (m³/kg) Vậy, thể tích dịch đường sau khi lắng trong : V10 =(lít) 4.2.3.11. Lượng chất khô còn lại sau làm lạnh (M11): M11 = (kg) 4.2.3.12. Khối lượng dịch lên men từ 100kg nguyên liệu ban đầu (M12): M12 = (kg) 4.2.3.13. Thể tích dịch lên men (V13): - Theo [12, tr 59], khối lượng riêng của dịch đường 18% ở 20oC là: r = 1074,04 (kg/m3). - Thể tích của dịch đường 18% ở 20oC là: V = (m3) = 367 (lít) Do khi làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men (10oC) thì có sự giảm thể tích của dịch lên men. Coi sự giảm thể tích này cũng là sự giảm thể tích riêng của nước theo nhiệt độ. Theo [12, tr 12], thể tích riêng của nước: Ở 20oC là: 1000,7710-6 (m³/kg) Ở 10oC là: 1000,2710-6 (m³/kg). - Thể tích của dịch lên men là : V13 = (lít) 4.2.3.14. Lượng bia non sau khi lên men chính (V14): V14 = (lít) 4.2.3.15. Lượng bia còn lại sau khi lên men phụ (V15): V15 = (lít) 4.2.3.16. Lượng bia còn lại sau khi lọc (V16): V16 = (lít) 4.2.3.17. Lượng nước vô trùng cần bổ sung vào bia sau khi lọc (V17): Bình thường thì quá trình lên men chính được xem là kết thúc khi 60÷65% lượng chất hòa tan ban đầu đã bị tiêu hao [4, tr 446]. Chọn 60%. Độ cồn thành phẩm yêu cầu: 4,5%V. - Lượng chất khô hòa tan đã lên men là: m17 = (kg) - Phần lớn các chất lên men được trong dịch lên men là disaccarit nên quá trình lên men được biểu diễn bởi phương trình: C12H22O11 + H2O 2C6H12O6 342 2C6H12O6 4C2H5OH + 4CO2 + Q. 184 - Theo phương trình, lượng C2H5OH tạo thành: + Theo khối lượng: mC2H5OH = (kg) + Theo thể tích: Theo [12, tr 72], khối lượng riêng của C2H5OH ở nhiệt độ lên men (10oC): r = 0,79784 (g/cm3) = 797,84 (kg/m3) Thể tích C2H5OH ở 10oC: VC2H5OH = = (m3) = 28,74 (lít) Thể tích bia ở 10oC: Vbia = (lít) Vậy lượng nước cần bổ sung vào bia để bia đạt độ cồn yêu cầu: V17 = Vbia= (lít) 4.2.3.18. Lượng bia sau chiết rót và thanh trùng (V18): V18 = Vbia = (lít) 4.2.3.19. Lượng bã nguyên liệu: - Lượng nguyên liệu sau khi nghiền: mNl = m3Malt + m3Ngô = 61,07 + 34,48 = 95,55 (kg) Thông thường cứ 100 kg nguyên liệu ban đầu, sau khi nấu và lọc thu được khoảng 120 kg bã ướt có độ ẩm 75% [7]. - Vậy lượng bã ướt thu hồi được: mBã = (kg) 4.2.3.20. Lượng cặn lắng khi lắng trong: Thường cứ 100 lít dịch đường đun sôi thì lượng cặn lắng là 5 gam chất khô. Vậy lượng cặn lắng trong dịch đường đun sôi thu được là: mCặn = (g) Chọn độ ẩm của cặn là 80%. Lượng cặn ướt thu được là: mCặn ướt = (g) 4.2.3.21. Lượng men giống đặc cần dùng: Do dịch đường có nồng độ cao nên phải dùng tỷ lệ nấm men giống lớn: 0,9÷1% dịch đường. Chọn 1%. Vậy lượng men giống cần dùng là: mMen =(lít) 4.2.3.22. Lượng CO2 thu được: Như đã tính ở mục (4.2.3.17), phần lớn các chất lên men được trong dịch lên men là disaccarit nên quá trình lên men được biểu diễn bởi phương trình: C12H22O11 + H2O 2C6H12O6 342 2C6H12O6 4C2H5OH + 4CO2 + Q. 176 - Lượng CO2 sinh ra: mCO2 s/r = (kg) - Hàm lượng CO2 trong bia chiếm khoảng 0,35÷0,4% [7, tr 95]. Chọn 0,4%. Do đó hàm lượng CO2 liên kết trong bia là: mCO2 l/k = (kg) - Lượng CO2 tự do thu hồi được: mCO2 t/h = 21,93 - 2,55 = 19,38 (kg) 4.2.3.23. Lượng men thu hồi: Khi lên men 1 hl dịch đường thường nhận được khoảng 2 lít men đặc. Sau khi rây và rửa sạch, lượng đó còn lại 1,5 lít. Sử dụng để lên men mẻ sau 0,5 lít và còn 1 lít dư thừa [4, tr 452]. - Lượng sữa men thu hồi được: Vt/h = (lít) - Lượng sữa men dùng làm giống: Vg = (lít) - Lượng sữa men dùng làm phế liệu: Vd = 7,34 – 1,83 = 5,51 (lít) 4.2.4. Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày: Như đã tính ở mục (4.2.3.18), cứ 100 kg nguyên liệu ban đầu sản xuất được 619,51 lít bia thành phẩm. - Với năng suất 38 triệu lít bia/năm thì lượng nguyên liệu cần dùng là: m = (kg) - Lượng nguyên liệu cần cho một ngày là: mng = (kg) 4.2.4.1. Lượng nguyên liệu ban đầu (G1): - Malt: G1Malt = (kg) - Ngô: G1Ngô = (kg) - Đường: G1Đường = (kg) 4.2.4.2. Lượng nguyên liệu sau làm sạch (G2): - Malt: G2Malt = (kg) - Ngô: G2Ngô = (kg) 4.2.4.3. Lượng nguyên liệu sau nghiền (G3): - Malt: G3Malt = (kg) - Ngô: G3Ngô = (kg) 4.2.4.4. Lượng dịch đường đun sôi (G4): G4 = (lít) 4.2.4.5. Lượng dịch đường sau houblon hoá ở 100oC (G5): G5 = (lít) 4.2.4.6. Lượng dịch đường sau khi lắng trong (G6): G6 = (lít) 4.2.4.7. Lượng dịch lên men (G7): G7 = (lít) 4.2.4.8. Lượng bia non sau lên men chính(G8): G8 = (lít) 4.2.4.9. Lượng bia sau lên men phụ (G9): G9 = (lít). 4.2.4.10. Lượng bia sau lọc (G10): G10 = (lít) 4.2.4.11. Lượng nước bổ sung vào bia sau lọc (G11): G11 = (lít) 4.2.4.12. Lượng bia sau khi pha nước (G12): G12 = (lít) 4.2.4.13. Lượng bia thành phẩm (G13): G13 = (lít) 4.2.4.14. Lượng hoa houblon cần dùng: - Dạng hoa viên: m’Hoa viên = (kg) - Dạng cao hoa: m’Cao hoa = (kg) 4.2.4.15. Lượng bã nguyên liệu: m’Bã = (kg) 4.2.4.16. Lượng men giống (m’Men): m’Men = (lít) 4.2.4.17. Lượng CO2 thu hồi: m’CO2 = (kg) 4.2.4.18. Lượng men thu hồi: V’t/h = (lít) 4.2.5. Chi phí bao bì: 4.2.5.1. Lượng vỏ chai: Nhà máy dùng chai có dung tích 450 ml = 0,45 lít để chứa bia. - Lượng vỏ chai cần dùng trong một ngày là: nchai = (chai) Trong quá trình sử dụng chai bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân. Chọn chu kỳ quay vòng chai là 30 ngày và lượng chai hao hụt là: 5%/chu kỳ. - Lượng chai cần sử dụng trong một chu kỳ là: (chai) - Lượng chai bổ sung trong một năm là: (chai) - Lượng chai cần cho một năm là: Nchai = (chai) 4.2.5.2. Số lượng nhãn chai: Dùng một nhãn cho một chai bia. Chọn lượng hao hụt nhãn trong 1 năm là 3%. Lượng nhãn cần dùng cho một năm: Nnhãn = (nhãn) ≈ 86977778 (nhãn) 4.2.5.3. Két đựng chai: Nhà máy sử dụng két nhựa 20 chai/két. Trong quá trình làm việc có một số két bị hư. Chọn 2%. Do đó số lượng két cần dùng: (cái/năm) ≈ 506668 (cái/năm) 4.2.4.4. Số lượng nắp chai: Mỗi chai có một nắp. Chọn số nắp bằng số nhãn: 86977778 (cái). Bảng 4. 3. Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất (Phụ lục 1) Chương 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Xử lý nguyên liệu: 5.1.1. Tính silô chứa nguyên liệu: Silô dạng hình trụ, đáy hình nón có góc nghiêng α = 60o, được chế tạo bằng thép, chọn hệ số chứa đầy φ = 0,9. Thể tích silô: V = VT + VN = Trong đó: VT: Thể tích phần hình trụ, m3: VN: Thể tích phần hình nón, m3: h2 h1 h H D d Hình 5.1. Xilô chứa nguyên liệu m: Khối lượng nguyên liệu cần xử lí, kg. ρ: Khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3. d : Đường kính ống tháo liệu,m. Mà: Chọn: h2 = 3D và Suy ra: (1) 5.5.1.1. Tính silô chứa malt: Malt nhập về phải đủ sản xuất trong 1 tháng. Dự tính bảo quản trong 4 silo. Theo bảng 4.3, lượng malt cần dùng trong 1 ngày là: 12267,83 (kg). Trung bình mỗi tháng làm việc 26 ngày. Vậy lượng malt bảo quản của 1 silô trong 1 tháng: (kg) Khối lượng riêng của malt: ρ = 560 (kg/m3) [7, tr 32]. Thể tích thực của silô: (m3) Từ (1) ta có:= 158,22 Suy ra: - Đường kính phần hình trụ: D = 3,95 (m) - Đường kính ống tháo liệu: d = 0,4 (m) - Chọn chiều cao ống tháo liệu: h = 0,3 (m) - Chiều cao phần hình trụ: h2 = 11,85 (m) - Chiều cao chóp: h1 = 3,07 (m) Vậy chiều cao của silô chứa: H = h1 + h2 + h = 3,07 + 11,85 + 0,3 = 15,22 (m) Số lượng: 4 silô 5.5.1.2. Tính silô chứa ngô: Theo bảng 4.3, lượng ngô cần dùng trong 1 ngày là: 6925,39 (kg). Dự tính ngô nhập về nhà máy được bảo quản trong silô khoảng 10 ngày. Lượng ngô cần bảo quản trong silô: 6925,39 × 10 = 69253,9 (kg) Khối lượng riêng của ngô: ρ = 1000÷1300 (kg/m3) [3, tr 230]. Chọn ρ = 1000. Thể tích thực của silô: (m3) Từ (1) ta có: = 76,95 Suy ra: - Đường kính phần hình trụ: D = 3,1 (m) - Đường kính ống tháo liệu: d = 0,31 (m) - Chọn chiều cao ống tháo liệu: h = 0,3 (m) - Chiều cao phần hình trụ: h2 = 9,3 (m) - Chiều cao chóp: h1 = 2,41 (m) Vậy chiều cao của silô chứa: H = h1 + h2 + h = 2,41 + 9,3 + 0,3 = 12,01 (m) Số lượng: 1 silô. 5.1.2. Máy làm sạch nguyên liệu: Theo bảng 4.3, tổng lượng nguyên liệu phải làm sạch trong 1 mẻ là: 1226,78 + 692,54 = 1919,32 (kg) ≈ 1,92 (tấn) Theo công nghệ, thời gian nấu một mẻ là 140 phút = 2,33 giờ. Chọn thời gian làm sạch 60 phút. Vậy năng suất của máy làm sạch: Ntb = = 1,92 (tấn/h) Sử dụng máy làm sạch dùng chung cho 2 loại nguyên liệu do viện nghiên cứu dầu mỡ Liên Xô thiết kế, chọn máy làm sạch 3M–2,5 [8, tr 29]: - Năng suất tối đa: N = 2,5 tấn/h - Kích thước: 220012202150 mm - Công suất điện: 4,6 kW Số thiết bị: Vậy chọn 1 thiết bị. 5.1.3. Máy nghiền nguyên liệu: 5.1.3.1. Máy nghiền malt: Theo bảng 4.3, lượng malt cần nghiền một mẻ là: 1214,52 (kg) ≈ 1,22 (tấn). Theo công nghệ, thời gian nấu 1 mẻ là:140 phút = 2,33 giờ. Do đó, chọn thời gian nghiền là 70 phút. Vậy năng suất của máy nghiền malt là: (tấn/h) Chọn máy nghiền 3M có 2 cặp trục [8, tr 90]: - Kích thước trục nghiền DL: 0,30,6 m - Vận tốc góc của trục nghiền: 38 rad/s - Năng suất một cặp trục (N): 36 tấn/ngày = 1,5 tấn/h - Công suất tối đa trên cặp trục: 10 kW - Khối lượng máy: 3050 kg - Kích thước: 170015001600 mm Số lượng thiết bị: Vậy chọn 1 thiết bị. 5.1.3.2. Máy nghiền ngô: Theo bảng 4.3, lượng ngô cần nghiền trong một mẻ là: 685,61 (kg). Tương tự như nghiền malt, chọn thời gian nghiền là 70 phút. Vậy năng suất của máy nghiền ngô là: (kg/h) ≈ 0,59 (tấn/h) Chọn máy nghiền búa mã hiệu MM-0,3 [8, tr 83]: - Năng suất: 0,2¸0,75 tấn/h - Ðường kính, chiều rộng: 300; 185 mm - Số vòng quay của rôto: 3000 vòng/phút - Vận tốc vòng của búa: 47 m/s - Số búa: 72 - Bề dày của búa: 5mm - Kích thước lỗ sàng: Ø 3; 6: 10 mm - Công suất cần thiết của rôto: 7 kW - Kích thước của máy: 110010001100 mm - Khối lượng: 340 kg Số lượng thiết bị: Vậy chọn 1 thiết bị. 5.1.4. Tính bunke: Bunke có thể tích đủ để chứa lượng nguyên liệu sản xuất 1 mẻ, dạng hình trụ, đáy hình nón có góc nghiêng = 60o, được chế tạo bằng thép, chọn hệ số chứa đầy . D H h2 h1 d h Hình 5.2. Bunke chứa nguyên liệu α Thể tích bunke chứa là: V = VT + VN = Trong đó: VT: Thể tích phần hình trụ, m3: VN: Thể tích phần hình nón, m3: m: Khối lượng nguyên liệu cần chứa, kg. : Khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3. d: Đường kính ống tháo liệu, m. D: Đường kính bunke, m. Mà: Chọn: , m và m Suy ra: (m3) 5.1.4.1. Bunke chứa mal: Theo bảng 4.3, lượng malt cần chứa 1 mẻ là: 1214,52 (kg). Khối lượng riêng của malt: 560 (kg/m3) [7, tr 32]. Vậy thể tích của bunke chứa malt là: (m3) Do đó: V = 2,41 Suy ra: - Đường kính bunke chứa malt: D = 1,25 (m) - Ðường kính ống tháo liệu: d = 0,2 (m) - Chiều cao ống tháo liệu: h = 0,2 (m) - Chiều cao thân bunke: h2 = 1,63 (m) - Chiều cao phần đáy chóp: h1 = 0,91 (m) Chiều cao toàn bộ bunke: H = h2 + h1 + h = 1,63 + 0,91 + 0,2 = 2,74 (m) Số lượng bunke: 2 cái + 1 bunke để chứa malt trước khi nghiền + 1 bunke để chứa malt sau khi nghiền 5.1.4.2. Bunke chứa ngô: Theo bảng 4.3, lượng ngô cần chứa cho 1 mẻ là: 685,61 (kg). Khối lượng riêng của ngô: (kg/m3) [3, tr 230] Vậy thể tích của bunke chứa ngô là: (m3) Do đó: V= 0,76 Suy ra: - Ðường kính bunke chứa ngô là: D = 0,85 (m) - Ðường kính ống tháo liệu: d = 0,2 (m) - Chiều cao ống tháo liệu: h = 0,2 (m) - Chiều cao thân bunke: h2 = 1,11 (m) - Chiều cao chóp: h1 = 0,56 (m) Chiều cao toàn bộ bunke: H = h2 + h1 + h = 1,11 + 0,56 + 0,2 = 1,87 (m) Số lượng bunke: 2 cái + 1 bunke để chứa ngô trước khi nghiền. + 1 bunke để chứa ngô sau khi nghiền. 5.1.5. Cân nguyên liệu: Chọn cân điện tử nhãn hiệu WG của hãng OVIM-Ý. Ðây là loại cân hiện nay nhà máy bột mỳ Việt-Ý đang sử dụng. Khối lượng mỗi lần cân tối đa là 100 kg. Số lượng: 3 cân + 1 cân dùng để cân malt. + 1 cân dùng để cân ngô. + 1 cân dùng để cân đường. 5.1.6. Tính cơ cấu vận chuyển bằng gàu tải: Gàu tải dùng để vận chuyển malt và ngô vào các silo chứa, từ silo chứa lên máy làm sạch, lên bunke chứa sau làm sạch và chuyển bột lên bunke chứa sau khi nghiền để cho vào nồi nấu. Theo (5.1.2), tổng lượng nguyên liệu cần làm sạch một mẻ là 1,92 tấn. Thời gian làm sạch một mẻ là 60 phút và nghiền một mẻ là 70 phút. Để thuận tiện cho gia công thì chọn một loại gàu tải. Chọn thời gian tải 60 phút. Vậy năng suất cần thiết của gàu tải là: (tấn/h) Chọn gàu tải vận chuyển hạt loại I [8, tr 110]: - Năng suất : Q = 3,5 tấn/h - Chiều rộng tấm băng : 125mm - Chiều rộng gàu : 135 mm - Chiều cao gàu : 132 mm - Tấm với gàu : 110 mm Số lượng gàu tải: Công suất cần thiết của động cơ truyền động cho gàu tải là: Nđc, kW [8, tr 115] Trong đó: Q: Năng suất của gàu tải, (t/h). H: Chiều cao nâng của gàu tải, m. h: hiệu suất của gàu tải. h = 0,7. Vậy chọn: 4 gàu tải: + 1 gàu tải vận chuyển malt vào silo chứa, chọn H = 17,75 m. Nđc kW + 1 gàu tải vận chuyển malt và ngô lên bunke chứa sau làm sạch, H = 7,75 m. Nđc kW + 2 gàu tải vận chuyển bột malt và bột ngô lên bunke chứa sau khi nghiền. Gàu tải bột malt chọn H = 12,5 m và gàu tải bột ngô chọn H = 11,6 m. Nđcm kW Nđc kW 5.1.7. Vít tải vận chuyển nguyên liệu từ silô đến máy làm sạch: Chọn chiều dài vận chuyển của vít tải: 10 m. Lượng nguyên liệu cần tải: 1226,78 + 692,54 = 1919,32 (kg/mẻ) (bảng 4.3). Chọn thời gian vận chuyển theo máy làm sạch là 60 phút. Nên năng suất của vít tải là: Q = (kg/h) Chọn đường kính của vít: D = 300 mm. Số vòng quay của trục trong 1 phút: n = (vòng/phút) Trong đó: D là đường kính ngoài của cánh vít, D = 300 mm ρ là khối lượng thể tích của vật liệu, ρ = 1 tấn/m3 S là bước vít, S = 0,9 × 300 = 0,27 m là hệ số đầy, đối với dạng hạt là 0,4. Nên: ( vòng/phút) Công suất cần thiết trên trục vít: N = , kW Trong đó: Q: Năng suất vít tải, kg/s. L: Chiều dài của vít tải, (m). K: Hệ số xét đến sự mất mát trong ổ trục, k = 0,7÷0,8, chọn k = 0,75. : Hệ số trở lực, đối với dạng hạt là 1,5. 1,1: Hệ số trở lực xuất hiện khi vật liệu đi qua các gối trục trung gian. = 0,12 (kW) Công suất động cơ điện được xác định theo công thức sau: Nđc = , (kW) Với η là hiệu suất bộ phận dẫn động, chọn η= 0,8. Hình 5.3. Nồi nấu nguyên liệu Do đó: Nđc = (kW) Số lượng: 1 thiết bị. Ngoài ra, do chỉ sử dụng 1 gàu tải để vận chuyển malt vào silo chứa nên cần sử dụng thêm vít tải để chuyển nguyên liệu từ silo này sang các silo chứa khác. 5.2. Nấu nguyên liệu: 5.2.1. Nồi nấu nguyên liệu: Gọi: D: Đường kính nồi, m. h1: Chiều cao phần nắp nồi, m. h2: Chiều cao phần thân nồi, m. d: Đường kính ống thoát hơi, m. Chọn: h2 = 5/7D, h3 = D/6, a = 150 Thể tích nồi nấu gồm thể tích phần thân hình trụ và đáy (bỏ qua phần nắp). - Thể tích phần thân nồi: (m3) - Thể tích phần đáy nồi: (m3) - Thể tích nồi nấu: (m3) (1) - Đường kính ống thoát hơi: Ta có: Sbh , Sth Trong đó: Sbh: Diện tích bề mặt bốc hơi, m2. Sth: Diện tích ống thoát hơi, m2. Chọn: Sth Sbh (m3) - Chiều cao của nắp nồi: (m) 5.2.1.1. Nồi nấu ngô: Theo bảng 4.3, lượng ngô đem vào nấu trong 1 mẻ là: 682,18 (kg). Theo công nghệ, lượng malt lót cần bổ sung bằng 10% so với lượng ngô nấu trong mẻ. Vậy lượng malt lót: 10% 682,18 = 68,22 (kg) Ta có: rngô = 1000 kg/m3 rmalt = 560 kg/m3 Suy ra: - Thể tích ngô chiếm: (m3) - Thể tích malt chiếm: (m3) Theo công nghệ, ta có tỉ lệ: Ngô : nước = 1 kg : 4 lít Malt : nước = 1 kg : 3 lít Như vậy lượng nước dùng để nấu 1 mẻ là: VNước = 682,18 4 + 68,22 3 = 2933,38 (lít) = 2,93 (m3) Vậy thể tích nguyên liệu dùng cho 1 mẻ nấu là: V = VNước + VM + VNg = 2,93 + 0,12 + 0,68 = 3,73 (m3) Vì nồi ngô phải trải qua giai doạn đun sôi nên dịch cháo dễ văng ra ngoài. Để đảm bảo an toàn cho nồi, chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là: j= 0,5 Vậy thể tích thực của nồi là: (m3) Từ (1) ta có: . Suy ra: - Đường kính nồi: = 2,28 (m) - Chiều cao thân nồi: (m) - Chiều cao đáy nồi: (m) - Đường kính ống thoát hơi: (m) - Chiều cao nắp nồi: (m) Vậy chiều cao toàn bộ nồi ngô là: H = h1 + h2 + h3 = 0,26 + 1,63 + 0,38 = 2,27 (m) Đường kính cánh khuấy : DK = 3/4D = 1,71 (m) Chọn cánh khuấy [2, tr 239]: + Dạng cánh khuấy mỏ neo. + Công suất động cơ: 5 kW + Tốc độ quay: 0,5 vòng/s Số lượng thiết bị: 1 thiết bị. 5.2.1.2. Nồi nấu malt : Về cấu tạo nồi nấu malt giống nồi nấu ngô. Nồi nấu malt đồng thời cũng là nồi hội cháo, do đó phải có thể tích đủ để chứa lượng cháo malt và hỗn hợp từ nồi ngô chuyển sang. Từ bảng 4.3, ta có lượng malt dùng cho 1 mẻ nấu là: 1208,48 (kg). Suy ra lượng malt còn lại cho vào nồi malt của 1 mẻ nấu là: 1208,48 – 68,22 = 1140,26 (kg) Nên thể tích malt chiếm: (m3) Ta có tỷ lệ dùng nước để nấu là: Malt : nước = 1 kg : 3 lit Nên thể tích nước dùng để nấu: 1140,26 3 = 3420,78 (lít) = 3,42 ( m3) Vậy thể tích nguyên liệu dùng cho 1 mẻ nấu: V = VM + VNước + VNồi ngô V = 2,04+ 3,42 + 3,73 = 9,19 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị: j = 0,8 Thể tích thực của nồi malt là: (m3) Tương tự nồi ngô, từ (1) ta có: Suy ra: (m) d = D= 2,63= 0,42 (m) (m) (m) (m) Vậy chiều cao toàn bộ thiết bị là: H = h1 + h2 + h3 = 0,3 + 1,88 + 0,44 = 2,62 (m) Đường kính cánh khuấy: Dk = 3/4D = 3/4 2,63 = 1,97 (m) Chọn cánh khuấy [13, tr 238]: + Dạng cánh khuấy mái chèo có tấm chắn. + Công suất động cơ: 5 kW + Tốc độ vòng quay: 0,5 vòng/s Số lượng thiết bị: 1 thiết bị. 5.2.2. Nồi houblon hóa: Có cấu tạo giống nồi nấu nguyên liệu, chỉ khác là bên trong có bộ phận truyền nhiệt. Theo bảng 4.3, thể tích dịch đường khi đun sôi tính cho 1 mẻ là: 8871,02 (lít) 8,87 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị houblon hóa là: j = 0,75. Thể tích nồi: V (m3) Theo (1) ta có: Suy ra: (m) d = D= 2,66= 0,43 (m) (m) (m) (m) Vậy chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + h2 +h3 = 0,3 + 1,9 + 0,44 = 2,64 (m) Đường kính cánh khuấy: (m) Chọn cánh khuấy [2, tr 238]: + Dạng mái chèo có tấm chắn. + Tốc độ vòng quay: 0,5 vòng/s + Công suất động cơ: 5 kW Vậy chọn 1 thiết bị. 5.2.3. Nồi nấu nước nóng: Cấu tạo của nồi nấu nước nóng giống nồi nấu nguyên liệu, chỉ khác là không có cánh khuấy. Thiết bị chứa lượng nước cần dùng cho một mẻ nấu và nước rửa bã. Từ mục (5.2.1.1) và mục (5.2.1.2), ta có: - Thể tích nước nấu 1 mẻ: Vn = 2,93 + 3,42 = 6,35 (m3) - Thể tích nước rửa bã: Vrửa bã = Vnước nấu = = 2,12(m3) Vậy thể tích nước cần dùng cho một mẻ nấu kể cả nước rửa bã là: V = 6,35 + 2,12= 8,47 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là: Vậy thể tích thực của nồi là: (m3) Theo (1) ta có: Suy ra: (m) d = D= 2,62= 0,42 (m) (m) (m) (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + h2 + h3 = 0,29 + 1,87 + 0,44 = 2,6 (m) Số lượng thiết bị: 1 thiết bị. 5.2.4. Thiết bị lọc khung bản: Khối cháo sau khi đường hóa xong được bơm qua thiết bị lọc khung bản. Thể tích hỗn hợp cần đi lọc của 1 mẻ bằng thể tích khối cháo trong nồi malt: 9,19 m3 (mục 5.2.1.2). Chọn thiết bị lọc: [13, tr 109]: - Năng suất: 9 m3/h - Diện tích bề mặt lọc: 19,5 m2 - Số lượng bản lọc: 60 cái - Kích thước bản: 565575 mm - Áp suất làm việc: 2,5 kg/cm2 - Công suất động cơ điện : 4,5 kW - Kích thước thiết bị: 265012401550 mm - Khối lượng: 1470 kg Tổng thời gian lọc và rửa bã thường là 120 phút [1, tr 203]. Số lượng thiết bị: Vậy chọn 1 thiết bị. 5.2.5. Thùng chứa bã nguyên liệu: Chọn thùng chứa bã nguyên liệu có dạng hình trụ, đáy chóp nón. Theo bảng 4.3, lượng bã thải ra sau khi lọc 1 mẻ là: 2862,36 (kg) Chọn khối lượng riêng của bã ướt là: r = 800 kg/m3, hệ số chứa đầy của thùng là: j = 0,8. Thể tích bã nguyên liệu: D h1 h2 d h3 α H Hình 5.4. Thùng chứa bã nguyên liệu Vb = (m3) Vậy thể tích thực của thùng là: Vt = (m3) Chọn: Đường kính thùng: D = 2 m. Góc đáy nón: a = 45o. Đường kính ống tháo dịch: d = 0,3 m Chiều cao ống tháo dịch: h3 = 0,2 m. Chiều cao đáy nón: h2 = (m) Thể tích đáy: (m3) Thể tích phần trụ: VT = Vt – VD = 4,47 – 1,06 = 3,41 (m3) Chiều cao phần hình trụ của thùng: h1 = (m) Vậy chiều cao toàn bộ của thùng: H = h1 + h2 + h3 = 1,09 + 0,85 + 0,2 = 2,14 (m) Hình 5.5. Thiết bị lắng Whirlpool Số lượng: 1 thiết bị. 5.2.6. Thiết bị lắng Whirlpool: Thể tích dịch đường đưa vào thiết bị lắng trong bằng thể tích dịch đường sau khi houblon hóa của một mẻ. Theo bảng 4.3, thể tích dịch đường đưa vào thiết bị lắng trong là: 7914,73 (lít) = 7,92 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị: j = 0,8 Thể tích thiết bị là: VT = m3 Chọn: h2 = 1,2D Ta có: VT = Suy ra: - Đường kính thiết bị: (m) - Đường kính ống thoát hơi:d = D= 2,19= 0,35 (m) - Chiều cao thân thiết bị: h2 = 1,2D = 1,22,19 = 2,63 (m) - Chiều cao nắp: Chọn góc nghiêng nắp thùng là: α = 15o. h1 = = (m) Vậy tổng chiều cao thùng lắng: HT = h1 + h2 = 0,25 + 2,63= 2,88 (m) - Chọn chiều cao vị trí đặt ống dẫn dịch đường vào (kể từ đáy thiết bị): ho = (m) - Chọn ống dẫn dịch đường vào có đường kính: do= 35 mm, bề dày ống 3 mm. Tacó: (m) [2-, tr 369] Trong đó: w: là tốc độ trung bình của chất lỏng trong ống. Chọn: w = 12 m/s. V: là lưu lượng thể tích, m3/s. Suy ra: V = (m3/s) = 36 (m3/h) Thời gian dịch vào: T = (h) = 13,2 (phút) Số lượng thiết bị: 1 thiết bị. 5.2.7. Thiết bị làm lạnh bản mỏng: Theo bảng 4.3, lượng dịch đường đem đi làm lạnh trong một mẻ: Vd = 7598,23 (lít) » 7,6 (m3) Thời gian làm lạnh thường không quá 1 giờ. Chọn: 40 phút. Chọn thiết bị làm lạnh bản mỏng nhãn hiệu BO1-Y5 với các thông số kĩ thuật sau: [13, tr 158] - Năng suất: 5000 lít/h = 5 m3/h - Nhiệt độ làm lạnh sản phẩm: 8oC - Số lượng: 85 bản - Kích thước bản: 8002251,2 mm - Bề mặt làm việc của các bản: 12,1 m2 - Vận tốc của sản phẩm: 0,4 m/s - Vận tốc của chất tải lạnh: 0,4 m/s - Kích thước thiết bị: 1870 7001400 mm - Khối lượng: 430 kg Số lượng thiết bị: Vậy chọn: 3 thiết bị. 5.2.8. Tính và chọn các loại bơm cho phân xưởng nấu: 5.2.8.1. Bơm dịch cháo từ nồi nấu ngô sang nồi nấu malt: Theo phần công nghệ, thời gian bơm bằng thời gian hội cháo: 10 phút. Thể tích dịch cháo trong nồi ngô (mục 5.2.1.1): V = 3,74 (m3) Năng suất cần làm việc của bơm: Ntb = (m3/h) Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH-40 [13, tr 372]: - Năng suất: 40 m3/h - Áp suất làm việc: 0,2 MPa - Tốc độ quay: 2910 vòng/phút - Công suất động cơ: 5,5 kW - Chiều cao bơm lên: 8 m - Kích thước: 1385510907 mm - Khối lượng: 210 kg Số lượng thiết bị: Vậy chọn: 1 bơm. 5.2.8.2. Bơm dịch đường hóa đi lọc: Dịch đường sau khi đường hóa xong được bơm vào thiết bị lọc khung bản. Thể tích dịch đường cần bơm đi lọc bằng thể tích dịch đường trong nồi malt, theo mục (5.2.1.2), ta có: V = 9,19 m3. Chọn thời gian bơm 1 mẻ dịch đi lọc là: 60 phút. Năng suất cần làm việc của bơm: Ntb = (m3/h) Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH -10 [13, tr 372]: - Năng suất: 10 m3/h - Áp suất làm việc : 0,2 MPa - Tốc độ quay: 2860 v/phút - Công suất động cơ: 2,2 kW - Chiều cao bơm lên: 7 m - Ðường kính ống hút/đẩy: 48/32 mm - Kích thước: 1307 x 380 x 740 mm - Khối lượng: 103 kg Số lượng thiết bị: Vậy chọn: 3 bơm. 5.2.8.3. Bơm dịch đường đi lắng trong: Thể tích dịch đường bơm đi lắng trong bằng thể tích dịch đường sau houblon hóa: V = 7914,73 lít = 7,92 m3 (bảng 4.3). Thời gian bơm lên thiết bị Whirlpool là: 13,2 phút (mục 5.2.6). Năng suất cần làm việc của bơm: Ntb = m3/h Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH-40 [13, tr 372] với thông số kỹ thuật giống mục (5.2.8.1). Số lượng thiết bị: Vậy chọn: 1 bơm. 5.2.8.4. Bơm dịch đường đi làm lạnh: Lượng dịch đường bơm đi làm lạnh coi như bằng lượng dịch đường lắng trong: V = 7598,23 m3 ≈ 7,6 m3. Thời gian làm lạnh chọn: 40 phút (mục 5.2.7). Vì có 3 thiết bị làm lạnh nên chọn 3 bơm. Năng suất cần làm việc của bơm: Ntb = m3/h Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH -5 [13, tr 372]: - Năng suất: 5 m3/h - Áp suất làm việc: 0,08 MPa - Tốc độ quay: 1420 vòng/phút - Công suất động cơ: 1,7 kW - Kích thước: 432290285 mm - Khối lượng: 29,3 kg - Số lượng: 3 Ngoài ra, trong phân xưởng nấu còn sử dụng 2 bơm để vệ sinh và một bơm nước nóng. Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH -10 với thông số như (5.2.8.2). 5.2.8.5. Bơm dịch đi lên men: Do sử dụng 3 bơm để bơm dịch đường đi làm lạnh nên cũng chọn 3 bơm để bơm dịch đi lên men: Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu BЦH -10 [13, tr 372] với các thông số kỹ thuật như mục (5.2.8.2). 5.3. Phân xưởng lên men: 5.3.1. Thiết bị lên men chính: Gọi: D : Đường kính của thùng, m. h2 : Chiều cao đáy và nắp hình chỏm cầu, m. h1 : Chiều cao thân hình trụ, m. Thể tích hình học thiết bị: Vtb = Vtr + 2Vcc Thể tích phần hình trụ: Vtr = (m3) Thể tích phần chỏm cầu:Vcc = = (m3) Chọn tỉ lệ: Và: Suy ra: Và: Từ đó: = (*) Thể tích thiết bị lên men gồm thể tích dịch cần lên men và thể tích men giống. Chọn thiết bị lên men chứa dịch lên men cho 2 mẻ. Theo bảng 4.3: + Lượng dịch lên men trong 1 mẻ là : 7258,13 lít » 7,24 m3 + Lượng men giống dùng cho một mẻ là : 72,62 lít » 0,07 m3 h1 h2 h2 D H Hình 5.6. Thiết bị lên men chính Tổng lượng dịch lên men trong 1 mẻ là: 7,24 + 0,07 = 7,31 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là: j = 0,8. Thể tích của thiết bị: (m3) Từ (*) ta có: Suy ra: - Đường kính thiết bị: (m) - Chiều cao thân hình trụ: (m) Và: (m) Vậy chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2h2 = 3,6 + 20,4 = 4,4 (m) Số lượng thiết bị lên men: Theo công nghệ ở mục (3.2.7.3), thời gian lên men chính là 10 ngày. Phân xưởng lên men làm việc cả năm (365 ngày) còn phân xưởng nấu chỉ làm việc 310 ngày trong năm và một ngày nấu 10 mẻ. Do đó số thiết bị lên men là: » 42 (tank) Với: T: Thời gian lên men, ngày. m: Số mẻ nấu trong 1 ngày. x: Số mẻ cho vào thiết bị lên men. Chọn 2 tank dự trữ. Vậy có 44 tank lên men chính. D l1 l2 l2 L Hình 5.7. Thiết bị lên men phụ 5.3.2. Thiết bị lên men phụ: Chọn thiết bị lên men phụ có thể tích đủ chứa lượng bia non của 4 mẻ nấu. Theo bảng 4.3, thể tích bia non đi lên men phụ trong 1 mẻ là: Vd = 7185,55 (lít) » 7,18 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là: j = 0,95 Vậy thể tích thiết bị lên men phụ: (m3) Từ (*) ta có: (m3) Chọn tỉ lệ: Và: Suy ra: - Đường kính thiết bị: (m) - Chiều dài thân thiết bị: (m) - Chiều dài phần chỏm cầu: (m) Vậy chiều dài toàn bộ thiết bị: L = l1 + 2l2 = 4,26 + 20,47 = 5,2 (m) Số lượng thiết bị lên men: Theo công nghệ ở mục (3.2.8.2), thời gian lên men phụ là 40 ngày. Tương tự như cách tính thiết bị lên men chính, ta có: Hình 5.8. Thiết bị nuôi cấy nấm men D h2 h1 h3 d 60o H » 84 (tank) Chọn 2 tank dự trữ. Vậy có 86 tank lên men phụ. 5.3.3. Thiết bị nuôi cấy nấm men: Chọn: h1 = 4/3D, h2 = 0,3D, d = 0,05 m, α = 60o Ta có: h3 = Thể tích phần thân trụ: (m3) Thể tích phần đáy: Vđ (m3) Thể tích phần nắp: Vn = (m3) Vậy thể tích của thiết bị: Vtb = Vtr + Vđ + Vn = ++ Vtb = (m3) Suy ra đường kính của thiết bị: (m) (**) Theo 4.3, lượng men giống đặc cần dùng trong 1 ngày: 726,18 lít = 0,73 m3. Quá trình nuôi cấy nấm men trải qua 2 giai đoạn: nuôi cấy trong phòng thí nghiệm đến 10 lít và nuôi cấy trong sản xuất. Quá trình nuôi cấy trong sản xuất được chia thành 3 cấp: + Cấp 1: Từ 10 lít đến 50 lít. + Cấp 2: Từ 50 lít đến 200 lít. + Cấp 3: Từ 200 lít đến 726,18 lít. 5.3.3.1. Thiết bị nuôi cấy cấp 1: Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 50 lít. Chọn hệ số chứa đầy của thùng là: j = 0,5. Thể tích thiết bị là: Vtb = lít = 0,1 (m3) Từ (3) suy ra: (m) (m) (m) (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 0,55 + 0,12 + 0,31 = 0,98 (m) Số lượng thiết bị: 2 thùng. 5.3.3.2. Thiết bị nuôi cấy cấp 2: Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 200 lít. Chọn hệ số chứa đầy của thùng là: j = 0,5 Thể tích thiết bị là: V = (lít) = 0,4 (m3) Từ (**) suy ra: (m) (m) (m) (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 0,88 + 0,2 + 0,53 = 1,65 (m) Số lượng thiết bị: 2 thùng. 5.3.3.3. Thiết bị nuôi cấy cấp 3: Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 726,18 lít. Chọn hệ số chứa đầy của thùng là: j = 0,5. Thể tích thiết bị là: V = (lít) = 1,45 (m3) Từ (**) suy ra: (m) (m) (m) (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 1,35 + 0,3 + 0,83 = 2,48 (m) Số lượng thiết bị: 2 thùng. 5.3.4. Thiết bị lọc bia: Theo bảng 4.3, lượng bia cần lọc một ngày là: 71496,24 lít ≈ 71,49 (m3). Chọn thiết bị lọc: [13, tr 109] với các thông số kỹ thuật giống (5.2.4). Số lượng: 1 thiết bị. 5.3.5. Thùng phối trộn đất trợ lọc: Chi phí bột diatomit để tạo lớp lọc đầu tiên khoảng 500 g/m2 và trong khi lọc bổ sung thêm 50 g/m2 để làm xốp lớp lọc. Thùng phối trộn dạng hình trụ, có thể chứa được 200 lít. Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị: j = 0,8. Thể tích của thùng là: Vtr = (lít) = 0,25 (m3) Chọn đường kính thùng: D = 0,6 (m). Suy ra chiều cao thùng là: H = = 0,89 (m) Số lượng: 1 thùng. 5.3.6. Thùng chứa ổn định bia sau khi lọc: Thùng ổn định bia có cấu tạo và hình dạng giống thiết bị lên men phụ nhưng có bộ phận sục khí CO2. Theo bảng 4.3, lượng bia sau khi pha nước xong của 1 mẻ là: 12637,18 (lít) = 12,64 (m3). Chọn 2 mẻ phân phối vào 1 thùng tàng trữ. Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là: j = 0,9. Thể tích thiết bị: Vtb = (m3). Theo (*) ở mục (5.3.1): Suy ra: - Đường kính thiết bị: (m) - Chiều dài thân thiết bị: (m) Và: (m) Vậy chiều cao toàn bộ thiết bị: H = l1 + 2l2 = 4,16 + 20,46 = 5,08 (m) Thời gian tàng trữ là 2 ngày, 1 ngày có 10 mẻ nấu. Vậy số thiết bị tàng trữ là: Chọn thêm 1 thiết bị dự trữ. Vậy có 10 thiết bị. 5.3.7. Thùng chứa nước vô trùng: Thùng dùng để chứa nước vô trùng bổ sung vào bia sau khi lọc trong, có hình dạng giống thiết bị lên men chính: thân hình trụ, đáy và nắp hình chỏm cầu. Thể tích của thiết bị: Chọn: h2 = và h1 = Nên: Vtb = (m3) h1 h2 h2 D H Hình 5.9.Thùng chứa nước vô trùng Theo bảng 4.3, lượng nước pha vào bia 1 mẻ là: 5573,35 (lít) = 5,57 (m3). Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị: j = 0,9. Nên: Vtb = (m3) Suy ra: - Đường kính thùng: D = (m) - Chiều cao thùng: h1 = (m) - Chiều cao chỏm cầu: h2 = (m) Vậy chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2 × h2 = 2,15 + 2 × 0,3 = 2,75 (m) Số lượng: 1 thùng. 5.3.8. Bơm trong phân xưởng lên men: Trong phân xưởng lên men, ta sử dụng: + Bơm dịch nấm men: 1 cái + Bơm bia đi lọc: 1 cái + Bơm bia sang phân xưởng chiết: 1 cái + Bơm nước vệ sinh: 4 cái Chọn bơm li tâm nhãn hiệu BЦH-10 [13, tr 372]: - Năng suất: 10 m3/h - Áp suất làm việc: 0,2 MPa - Tốc độ quay: 2860 vòng/phút - Công suất động cơ: 2,2 kW - Chiều cao bơm lên: 2,3 m - Kích thước: 1307380740 mm - Khối lượng: 103 kg 5.4. Phân xưởng chiết rót Theo bảng 4.3, lượng bia đi chiết rót trong một ngày là: 126371,8 (lít). Dung tích mỗi chai là: 0,45 lít, do đó lượng chai cần để chiết trong 1 ngày là: ≈ 280827 (chai) Theo biểu đồ sản xuất, phân xưởng chiết rót làm việc 3 ca/ngày, mỗi ca làm việc 8 giờ, thời gian nghỉ đổi ca là 10 phút. Thời gian làm việc của 1 ngày trong phân xưởng chiết rót là: 8 × 3 – 0,5 = 23,5 (h) Vậy năng suất cần phải có của dây chuyền chiết rót là: N = (chai/h) Chọn 1 dây chuyền chiết rót với năng suất 13000 chai/h. 5.4.1. Máy chiết rót: Chọn máy chiết rót nhãn hiệu BAP-6 [13, tr 189]: - Năng suất: 13000 chai/h - Số lượng vòi rót: 24 vòi - Công suất động cơ: 0,6 kw - Kích thước thiết bị: 975×800 ×1850mm - Khối lượng: 830 kg - Số lượng: 1 thiết bị 5.4.2. Máy rửa chai: Chọn máy rửa chai có nhãn hiệu AMM-6 [13, tr 174]: + Năng suất: 13000 chai/h + Công suất động cơ: 30 kW + Kích thước thiết bị: 746035402650 mm + Khối lượng: 10400 kg + Số lượng: 1 thiết bị 5.4.3. Máy rửa két: Theo bảng 4.3, lượng két dùng trong một năm 522339 (két) Một ngày phân xưởng chiết rót làm việc 3 ca, thời gian 23,5 h/ngày. Vậy lượng két cần dùng trong một giờ là: két/h Chọn máy rửa két nhãn hiệu B2AAR [13, tr 256]: + Năng suất: 1700 két/h + Vận tốc băng chuyền: 0,48m/s + Công suất động cơ: 3,5 kw + Kích thước thiết bị: 4000 ×1083×1175 mm + Khối lượng: 645kg + Số lượng: 1 máy 5.4.4. Máy đóng nắp: Chọn máy đóng nắp nhãn hiệu BYA-0,25 [13, tr 204]: + Năng suất: 13000 chai/h + Công suất động cơ: 0,6 kW + Kích thước thiết bị: 850 710 1464 mm + Khối lượng : 732 kg + Số lượng: 1 thiết bị 5.4.5. Máy dán nhãn: Chọn máy dán nhãn có nhãn hiệu B'B [13, tr 234]: + Năng suất: 13000 chai/h + Công suất động cơ: 1,7 kW + Kích thước thiết bị: 328011001268 mm + Khối lượng : 1065 kg + Số lượng: 1 thiết bị 5.4.6. Máy thanh trùng: Chọn máy thanh trùng nhãn hiệu Atlantico [13, tr 266]: + Năng suất: 13000 chai/ h + Công suất động cơ: 22 kW + Kích thước: 862027002600 mm + Khối lượng : 9400 kg + Số lượng: 1 thiết bị 5.4.7. Máy gắp chai vào két: Chọn máy gắp chai vào két nhãn hiệu BYЦ-II [ 13, tr 254]: - Năng suất: 13000 chai/h - Công suất: 1KW - Khối lượng: 982 kg - Kích thước: 3460 × 1857 × 1705 mm - Số lượng: 1 thiết bị 5.4.9. Máy tháo chai khỏi két: Chọn máy tháo chai khỏi két nhãn hiệu BYЦ-II [13, tr 254]: - Năng suất: 13000 chai/h - Công suất: 1KW - Khối lượng: 982 kg - Kích thước: 5250 × 1400 × 2080 mm - Số lượng: 1 thiết bị Bảng 5.1. Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị (Phụ lục 2). Chương 6 TÍNH HƠI – NƯỚC 6.1. Tính hơi: 6.1.1. Tính nhiệt cho nồi ngô: 6.1.1.1. Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng khối dịch ngô từ 32oC đến 60oC: Q1 = G1 × C1 (t2 - t1) (kcal) [5, tr 304] Trong đó: G1: Khối lượng một mẻ nấu, kg. C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu, (kcal/kg.độ). t1 = 32oC t2 = 60oC Theo mục (5.2.1.1), ta tính được: G1 = GNgô + GMalt lót + GNước = 682,18 + 68,22 + 2933,38 = 3683,78 (kg) Ta có: C1 = 4186 × (1- x) [12, tr 153] x: Nồng độ dung dịch (phần khối lượng). Mà: x = = 0,2 Suy ra: C1 = 4186 × (1 - 0,2) = 3348,8 (J/kg.độ) = 0,8 (kcal/kg.độ) Vậy: Q1 = 3683,78 × 0,8 × (60 - 32) = 82516,67 (kcal) 6.1.1.2. Lượng nhiệt giữ khối nấu trong nồi ngô ở 60oC trong 30 phút: Lượng nhiệt này được tính theo công thức: Q2 = F × T2 × α × (tbm – tkk) (J) [5, tr 214] Trong đó: tkk: Nhiệt độ không khí môi trường xung quanh, tkk = 250C. tbm: Nhiệt độ bề mặt thiết bị, 0C. a: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra không khí xung quanh, (W/m2 độ). T2: Thời gian giữ nhiệt, s. F: Bề mặt trao đổi nhiệt (m2). Mà: a = 9,3 + 0,058 × tbm (W/m2 độ) [5, tr 40] tbm = oC a = 9,3 + 0,058 × 42,5 = 11,76 (W/m2 độ) T2 = 30 × 60 = 1800 (s) F = (m2) Vậy: Q2 = 16,32 × 1800 × 11,76 × (42,5 - 25) = 6046683,23 (J) = 1444,5 (kcal) 6.1.1.3. Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng khối dịch ngô từ 60oC đến 100oC: Tương tự (6.1.1), ta có: Q3 = G3×C3 (t3 - t2) (kcal) G3 = G1; C3 = C1 Q3 = 3683,78 x 0,8 x (100 – 60) = 117880,96 (kcal) 6.1.1.4. Lượng nhiệt đun sôi khối nấu 30 phút: Theo (6.1.2): Q4 = F × T4 × α × (tbm – tkk) (J) T4 = 30 × 60 = 1800 (s) F = 16,32 m2 ( mục 6.1.2) tbm = α = 9,3 + 0,058 × 62,5 = 12,93 (W/m2. độ) Q4 = 16,32× 1800 × 12,93 × (62,5 – 25) = 14246285,38 (J) = 3403,32 (kcal) 6.1.1.5. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép bên trong của nồi: Q5 = G5×C5× (t2’ – tkk) (kcal) Trong đó: t’2: Nhiệt độ hơi đốt ở áp suất làm việc (3 at) = 133oC. G5: Khối lượng vỏ thép bên trong của nồi, kg. C5: Nhiệt dung riêng của thép lấy ở nhiệt độ 133oC. C5 = 0,5 × 10-3 (J/kg.độ) = 0,12 (kcal/kg.độ) [12, tr 162] Mà: G5 = F × d × r (kg) Với: F: Diện tích xung quanh, F = 16,32 m2 (6.1.2). d: Bề dày vỏ thép, d = 0,004 m. r: Khối lượng riêng của vỏ thép: 7850 kg/m3 [12, tr 8]. Suy ra: G5 = 16,32 × 0,004 × 7850 = 512,45 (kg) Vậy: Q5 = 512,45 ×0,12× (133 - 25) = 6641,33 (kcal) 6.1.1.6. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép bên ngoài của nồi: Q6 = G6 ×C6× (t2’ – tkk) (kcal) Trong đó: G6: Khối lượng vỏ thép bên ngoài của nồi, kg. G6 = F × d × r (kg) Với: F: Diện tích xung quanh của vỏ ngoài, m2. δ: Chiều dày lớp vỏ ngoài, δ = 0,004 m. ρ: Khối lượng riêng của thép, ρ = 7850 kg/m3. Mà: F = 4 × π × ( R + d )2 = 4 × 3,14 × (2,28/2 + 0,05 )2 = 17,79 (m2) (d: khoảng cách giữa 2 lớp vỏ, d = 0,05 m). G6 = 17,79 × 0,004 × 7850 = 558,61 (kg) Vậy: Q6 = 698,11 ×0,12 × (133 – 25) = 7239,53 (kcal) 6.1.1.7. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q7 = F × T7 × a ×( tbm - tkk ) (J) Trong đó: tkk: Nhiệt độ môi trường , tkk = 25oC. tbm: Nhiệt độ bề mặt thiết bị, oC. a : Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường không khí xung quanh(W/m2.độ). T7 : Thời gian nấu ngô, s. F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, m2. Mà: tbm = = 79oC a = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,88 (W/m2.độ) Theo sơ đồ nấu (3.2.3), thời gian nấu nồi ngô là 130 phút. Nên: T7 = 130 × 60 = 7800 (giây) Theo (6.1.2), F = 16,32 (m2). Vậy: Q7 = 16,32 × 7800 × 13,88 × (79 - 25) = 95410897,92 (J) = 22792,86 (kcal) 6.1.1.8. Lượng nhiệt cần để bốc hơi: Qbh = W × r (kcal) Trong đó: r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở oC, kcal/kg. W: Lượng ẩm bốc hơi, kg. Mà: r = 561,1 kcal/kg [12, tr 254] W = k × F × (P - P' - j) × T Với: k: Hệ số bốc hơi, k = 0,036. P: Áp suất hơi bão hòa ở 62,50C, P = 174,08 mmHg [12, tr 311] P': Áp suất hơi bão hoà ứng với nhiệt độ 250C, P' = 24,55 mmHg. j: Ðộ ẩm tương đối của không khí , j = 82%. T: Thời gian đun sôi nồi ngô, T = 30 phút = 0,5 giờ. F: Diện tích bốc hơi, m2. F = Dbh: Đường kính ống thoát hơi, m. Theo (5.2.1.1), Dbh = 0,36 m. Suy ra: F = (m2) W = 0,036 × 0,1 × (174,08 - 24,55 - 0,82) × 0,5 = 0,27 (kg) Vậy: Qbh = W × r = 0,27 × 561,1 = 150,19 (kcal) Tổng lượng nhiệt dùng cho nồi nấu ngô là: QNg = + Qbh = 82516,67 + 1444,5 +117880,96 + 3403,32 + 6641,33 + 7239,53 + 22792,86 + 150,19 QNg = 242069,36 (kcal) 6.1.1.9. Chi phí hơi cho nồi nấu ngô: Lượng hơi cung cấp cho nồi ngô được tính: DNg = (kg) Trong đó: ih: Hàm nhiệt của hơi nước ở 133oC = 652 kcal/kg [12, tr 313]. in: Hàm nhiệt của nước ngưng ở 133oC =133,5 kcal/kg. QNg: Lượng nhiệt dùng cho nồi nấu ngô, kcal. Suy ra: DNg = = 466,86 (kg) Cường độ hơi tiêu tốn: Dh = = = 215,48 (kg/h) Với T: Thời gian nấu một nồi ngô. Theo sơ đồ nấu mục (3.2.3): T = 130 phút). 6.1.2. Tính nhiệt cho nồi nấu malt: 6.1.2.1. Lượng nhiệt đun nóng khối nấu trong nồi malt từ 32oC đến 52oC: Q1 = G1 × C1 × (t2 - t1) (kcal) [5, tr 304] Trong đó: G1: Khối lượng một mẻ nấu, kg. C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu, (kcal/kg.độ). t1 = 32oC t2 = 52oC Theo mục (5.2.1.2), ta tính được: G1 = GMalt + GNước = 1140,26 + 3420,78 = 4561,04 (kg) Mà: C1 = 4186 × (1 - x), J/kg.độ [12, tr 153] x: Nồng độ chất hòa tan (phần khối lượng). x = Suy ra: C1 = 4186 ×(1-0,25) = 3139,5 (J/kg.độ) = 0,75 (kcal/kg.độ) Vậy: Q1 = 4561,04 × 0,75 × (52 - 32) = 68415,6 (kcal) 6.1.2.2. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 52oC trong 30 phút: Q2 = F × T2 × a × ( tbm - tkk ) (J) [5, tr 214] Trong đó: tkk : Nhiệt độ môi trường , tkk = 25oC. tbm : Nhiệt độ bề mặt thiết bị, 0C. a: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra không khí xung quanh, (W/m2 độ). T2: Thời gian giữ nhiệt, s. F: Bề mặt trao đổi nhiệt (m2). Mà: tbm = = 38,5oC a = 9,3 + 0,058 × 38,5 = 11,53 (W/m2.độ) T2 = 30 × 60 = 1800 (giây) F = (m2) Vậy : Q2 = 21,72 × 1800 × 11,53 × (38,5 - 25) = 6085226,19 (J) = 1453,71(kcal) 6.1.2.3. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 65oC trong 25 phút: Q3 = F × T3 × a × ( tbm - tkk ) (J) [5, tr 214] Trong đó: tkk = 25oC tbm = = 45oC a = 9,3 + 0,058 × 45 = 11,91 (W/m2.độ) T3 = 25 × 60 = 1500 (giây) F = 21,72 (m2) Vậy : Q3 = 21,72 × 1500 × 11,91 × (45 - 25) = 7060222,28 (J) = 1853,85 (kcal) 6.1.2.4. Lượng nhiệt đun khối nấu từ 65oC lên 75oC: Q4 = G4 × C4 × (t2 - t1) (kcal) Trong đó: t1 = 65oC, t2 = 75oC G4 : Khối lượng nguyên liệu trong nồi malt. Theo (6.1.1) và (6.2.1): G4 = 3683,78 + 4561,04 = 8244,82 (kg) C4 = 4190 - (2514 - 7,542 × t ) × x , J/kg.độ [12, tr 153] t = x: Nồng độ dung dịch, phần khối lượng. x = Suy ra: C4 = 4190 - (2514 - 7,542 × 70) × 0,22 = 3753,07 (J/kg.độ) = 0,9 (kcal/kg.độ) Vậy : Q4 = 8244,82 × 0,9 × (75 - 65) = 73921,07 (kcal) 6.1.2.5. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 75oC trong 30 phút: Q5 = F × T5 × a × ( tbm - tkk ) (J) Trong đó: tkk = 25oC tbm = = 50oC a = 9,3 + 0,058 × 50 = 12,2 (W/m2.độ) T5 = 30 × 60 = 1.800 (giây) F = 21,72 (m2) Vậy : Q5 = 21,72 × 1800 × 12,2 × (50 - 25) = 11924280 (J) = 2848,61 (kcal) 6.1.2.6. Lượng nhiệt đun khối nấu từ 75oC lên 78oC: Q6 = G6 × C6 × (t2 - t1) (kcal) Trong đó : t1 = 750C ; t2 = 780C G6 = G4 = 8244,82 (kg) C6 = 4190 - (2514 - 7,542 × t ) × x , J/kg.độ t = x = 0,22 Suy ra : C6 = 4190 - (2514 - 7,542 × 76,5) ×0,22 = 3763,85 (J/kg.độ) = 0,9 (kcal/kg.độ) Vậy : Q6 = 8244,82 ×0,9 × (78 - 75) = 22261,01 (kcal) 6.1.2.7. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép bên trong của nồi: Q7 = G7 C7 (t’2 – tkk) (kcal) Trong đó: t’2 =133oC G7: Khối lượng vỏ thép bên trong của nồi, kg. G6 = F × d × r (kg) F = 21,72 (m2) d = 0,004 (m) r = 7850 (kg/m3) [10, tr 8] G7 = 21,72 × 0,004 × 7850 = 682,01 (kg) C7 = 0,5 × 10-3 (J/kg.độ) = 0,12 (kcal/kg độ) [12, tr 162] Vậy: Q7 = 682,01 × 0,12 × (133 - 25) = 8838,82 (kcal) 6.1.2.8. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép bên ngoài của vỏ nồi: Q8 = G8 C8 (t2’ – tkk) (kcal) Trong đó: G8 = F × d × r (kg) F = = 23,4 (m2) (d: khoảng cách giữa 2 lớp vỏ, d = 0,05 m) Suy ra: G8 = 23,4 × 0,004 × 7850 = 734,76 (kg) Vậy: Q8 = 734,76 × 0,12 × (133 – 25) = 9522,49 (kcal) 6.1.2.9. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q9 = F × T9 × a × ( tbm - tkk ) (J) Trong đó: tkk = 25oC tbm = = 79oC a = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,88 (W/m2.độ) T9: Thời gian nấu malt. Theo sơ đồ nấu (3.2.3) thì thời gian nấu nồi malt là: T9 = 140 × 60 = 8400 (giây) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, F = 21,72 m2. Vậy: Q9 = 21,72×8400×13,88 ×(79 - 25) = 136748424,96 (J) = 32668,04 (kcal) Tổng nhiệt dùng cho nồi malt: QM = = 68415,6 + 1453,71+ 1853,85 + 73921,07 + 2848,61 + 22261,01 + 8838,82 + 9522,49 + 32668,04 QM = 221783,2 (kcal) 6.1.2.10. Chi phí hơi cho nồi nấu malt: Lượng hơi cung cấp cho nồi malt được tính: DM = Trong đó: ih: Hàm nhiệt của hơi nước ở 133oC = 652 kcal/kg [4, tr 313]. in: Hàm nhiệt của nước ngưng ở 133oC =133,5 kcal/kg. DM = = 427,74 (kg) Cường độ hơi tiêu tốn: Dh = = =183,32 (kg/h) Với T: Thời gian nấu một nồi malt. Theo sơ đồ nấu mục (3.2.3): T = 140 phút). 6.1.3. Tính hơi cho nồi houblon hóa: Trong quá trình lọc bã nguyên liệu thì nhiệt độ của khối dịch đường có giảm xuống, chọn nhiệt độ giảm xuống là 5oC. 6.1.3.1. Lượng nhiệt nâng khối dịch từ 73oC đến 75oC: Q1 = G1 × C1 (t2 – t1) (kcal) Trong đó: G1: Khối lượng dịch có trong nồi houblon hóa, kg. C1: Nhiệt dung riêng của dịch đường, (J/kg.độ). t1 = 73oC; t2 = 75oC Theo bảng 4.3, lượng dịch có trong nồi houblon hóa của một mẻ là: G1= 8871,02 (lít) C1: Nhiệt dung riêng của dịch đường ở ttb = C1 = 4190 – (2514 – 7,542 × t) × x (J/kg.độ) [12, tr 152] x: Nồng độ dịch đường trong nồi houblon hóa. Lấy trung bình là 12% C1 = 4190 – (2514 – 7,542×74)×0,12 = 3966,61 (J/kg.độ) = 0,95 (kcal/kg.độ) Vậy: Q1 = 8871,02 × 0,95 × (75 - 73) = 16854,94 (kcal) 6.1.3.2. Lượng nhiệt giữ khối dịch ở 75oC trong khoảng 10 phút: Q2 = F × T2 × a × (t - tkk) (J) Trong đó: F = (m2) T2 = 10 × 60 = 600 (giây) tkk = 25oC, t = oC a = 9,3 + 0,058 × 50 = 12,2 (W/m2.độ) Vậy: Q2 = 22,22 × 600 × 12,2 × (50 - 25) = 4066260 (J) = 971,4 (kcal) 6.1.3.3. Lượng nhiệt nâng khối dịch từ 75oC đến 100oC: Q3 = G3 × C3 × (t2 - t1) (kcal) Trong đó : G3 = G1 = 8871,02 (kg) t1 = 750C ; t2 = 1000C ttb = C3 = 4190 – (2514 – 7,542×87,5)×0,12 = 3967,51(J/kg.độ) = 0,95 (kcal/kg.độ) Vậy: Q3 = 8871,02× 0,95 × (100 - 75) = 210686,73 (kcal) 6.1.3.4. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 100oC trong 60 phút: Q4 = F × T4 × a × (t - tkk) (J) Trong đó: F = 22,22 (m2) T4 = 60 × 60 = 3600 (giây) tkk = 25oC; t = 62,5oC a = 9,3 + 0,058 × 62,5 = 12,93 (W/m2 độ) Vậy: Q4 = 22,22 × 3600 ×12,93×(62,5 - 25) = 38786121 (J) = 9265,67 (kcal) 6.1.3.5. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép bên trong của nồi: Q5 = G5 ×C5 × (t’2 – tkk) (kcal) Trong đó: G5 = F × d × r = 22,22 × 0,004 × 7850 = 697,71 (kg) C5 = 0,12 (kcal/kg.độ) t’2 =133oC Vậy: Q5 = 697,71 × 0,12 × (133 - 25) = 9042,32 (kcal) 6.1.3.6. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép bên ngoài của vỏ nồi: Q6 = G6 × C6 × (t2’ – tkk) (kcal) Trong đó: G6 = F × ρ × δ (kg) F = 4 × π × (R + d)2 = (m2) Suy ra: G6 = 23,92 × 0,004 × 7850 = 751,09 (kg) Vậy: Q6 = 751,09 × 0,12 × (133 - 25) = 9734,1 (kcal) 6.1.3.7. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q7 = F × T7 × a × (tbm - tkk) (J) Trong đó: F = 22,22 (m2) tkk = 25oC tbm = = 79oC a = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,88 (W/m2.độ) T7: Thời gian houblon hóa, T7 = 100 × 60 = 6000 (giây). Vậy: Q7 = 22,22 × 6000 × 13,88 × (79 - 25) = 99926006,4 (J) = 23871,48 (kcal) 6.1.3.8. Lượng nhiệt cần để bốc hơi nước: Qbh = rhh × w (kcal) Trong đó: rhh : Nhiệt hóa hơi của nước ở 100oC = 540 (kcal/kg) [12, tr 254] w: Lượng nước bốc hơi, kg. Lượng này bằng độ chênh lệch thể tích của dịch đường trước và sau houblon hóa. Theo bảng 4.3, ta có: w = 8871,02–7914,73= 956,29 (kg) Vậy: Qbh = 540 × 956,29 = 516396,6 (kcal) Tổng lượng nhiệt cung cấp cho nồi houblon hóa là: QH = + Qbh = 16854,94 + 971,4 + 210686,73 + 9265,67 + + 9042,32 + 9734,1 + 23871,48 + 516396,6 QH = 796823,24 (kcal) 6.1.3.9. Tính chi phí hơi: Theo (6.1.9): DH = = 1536,78 (kg) Cường độ hơi tiêu tốn: Dh = = 922,07 (kg/h) Với T: Thời gian houblon hóa = 100 phút. 6.1.4. Tính nhiệt cho nồi nấu nước: 6.1.4.1. Lượng nhiệt đun nước nấu nguyên liệu từ 25oC đến 34oC : QN = G × C × (t2 - t1) (kcal) Trong đó: G: Lượng nước nấu một mẻ = 8,47m3 = 8470 kg (mục 5.2.3). C: Nhiệt dung riêng của nước, C = 1 kcal/kg.độ. t1 = 25oC, t2 = 34oC Vậy : QN = 8470 × 1 × (34 - 25) = 76230 (kcal) 6.1.4.2. Tính chi phí hơi: Thời gian đun nước nóng cho một mẻ nấu là: T = 1 h. DN = (kg) Cường độ tiêu tốn hơi: Dh = (kg/h) 6.1.5. Lượng hơi dùng cho phân xưởng nấu trong một mẻ: Dm = DNg + DM + DH + DN = 466,86 + 427,74 + 1536,78 + 147,02 = 2578,4 (kg) Lượng hơi dùng cho phân xưởng nấu trong một ngày (10 mẻ): D = 10 × Dm = 10 × 2578,4= 25784 (kg) 6.1.6. Lượng hơi nước dùng trong phân xưởng chiết rót: Hơi dùng cho máy rửa chai: 500 kg/h. Hơi dùng cho máy thanh trùng: 1000 kg/h. Tổng lượng hơi cần cung cấp cho phân xưởng chiết rót trong một ngày là: Dc = 24 × (1000 + 500) = 36000 (kg) 6.1.7. Lượng hơi cần cung cấp cho nhà máy để sản xuất trong một ngày: DSx = D + Dc = 25784 + 36000 = 61784 (kg) 6.1.8. Lượng hơi dùng để vệ sinh, sát trùng thiết bị và các mục đích khác: Lượng hơi này lấy bằng 8% tổng lượng hơi cung cấp cho sản xuất: Dk = 61784 × 0,08 = 4942,72 (kg) Cường độ tiêu tốn hơi: Dh = = 205,95 (kg/h) 6.1.9. Tính và chọn lò hơi: Theo tính toán ở trên ta có tổng lượng hơi tiêu thụ trong một giờ: D = 215,48 +183,32 +922,07+147,02+1500 +205,95 = 3173,84 (kg/h) Lượng hơi dùng thực tế: Dtt = D/h. Với: h là hệ số tổn thất nhiệt độ, mất mát do bảo ôn, đường ống, các thiết bị phụ tải, tổn thất do trở lực trên đường ống và hiệu suất lò. Chọn h = 0,8. Vậy : Dtt = (kg/h) Chọn lò hơi kiểu B8/40 của Liên xô [5]: - Sản lượng hơi: 4000 ¸ 4500 kg/h - Áp suất hơi cực đại: 10 kg/cm2 - Thể tích lò hơi: 20 m3 - Lượng nước dùng cho lò: 5,8 m3 - Kích thước ngoài: 4300×3570×3950 mm - Số lượng: 1 cái 6.1.10. Tính nhiên liệu: 6.1.10.1. Dầu F.O: Dầu F.O là nhiên liệu chính sử dụng cho lò hơi. D = , kg/h [9, tr 31] Q: Nhiệt lượng của dầu, Q = 6728,2 kcal/kg G: Năng suất hơi, G = 1290,18 kg/h h: Hiệu suất lò hơi, h = 70% ih: Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 658,3 kcal/kg in: Nhiệt hàm của nước ở áp suất làm việc, in = 153,5 kcal/kg. Vậy: D = = 138,28 (kg/h) Lượng dầu F.O nhà máy sử dụng trong một năm: mF.O =138,28 × 24 × 310 = 10288,03 (kg) 6.1.10.2. Xăng: Sử dụng cho các xe của nhà máy, lượng xăng sử dụng: 150 (l/ngày). Lượng xăng nhà máy sử dụng trong một năm: 150 × 310 = 46500 (lít) 6.1.10.3. Dầu D.O: Dùng để chạy máy phát điện. Một năm dùng 2000 (kg). 6.1.10.4. Dầu nhờn: Dùng để bôi trơn các máy móc, thiết bị, sử dụng 7 kg/ngày. Lượng dầu nhờn cần cho một năm: 7 × 310 = 2170 (kg). 6.2. Tính nước: 6.2.1. Nước dùng cho phân xưởng nấu: - Nước dùng để nấu và rửa bã trong một mẻ: Theo mục (5.2.3) thì V1 = 8,47 (m3) - Nước dùng vệ sinh thiết bị nấu: V2 = 15% × V1 = 0,15 × 8,47 = 1,27 (m3) Vậy lượng nước dùng cho phân xưởng nấu trong một ngày: Vn = 10 × (V1 + V2 ) = 10 × (8,47 + 1,27) = 97,4 (m3/ngày) 6.2.2. Nước dùng cho lò hơi: Lượng nước dùng cho lò hơi theo (6.1.9) trong 1 giờ là: 5,8 m3. Suy ra, lượng nước dùng cho một ngày là:V = 5,8 × 24 = 139,2 (m3/ngày). 6.2.3. Nước dùng cho phân xưởng lên men: Chủ yếu là để vệ sinh thiết bị lên men. Lượng nước dùng cho một ngày là: Vlm = 40 (m3/ngày) 6.2.4. Nước dùng cho máy rửa chai: Theo đặc tính kỹ thuật của chai thì lượng nước cần dùng để rửa một chai là: 1 lít. Vậy lượng nước cần dùng cho một ngày là: 1 × 280827 = 280827 (lít/ngày) = 280,83 (m3/ngày) 6.2.5. Nước dùng cho thanh trùng: Lượng nước cần tiêu hao là 1,5 lít/chai. Do đó, lượng nước cần dùng là: 1,5 × 280,83 = 421,25 (lít) = 421,25 (m3/ngày) 6.2.6. Nước dùng cho hệ thống lạnh: Yêu cầu: 1 lít nước/1 lít bia. Theo bảng 4.3, lượng bia thành phẩm là: 122580,65 lít/ngày. Do đó, lượng nước cần dùng là: 122580,65 (lít/ngày) = 122,58 (m3/ngày). 6.2.7. Nước dùng cho sinh hoạt: 6.2.7.1. Nước dùng cho nhà tắm, nhà vệ sinh: Tính cho 60% số người trong ca đông nhất, tiêu chuẩn 70 lít/người/ngày. Vậy lượng nước cần dùng: 3 × 70 × 0,6 × 89 = 11214 (lít/ngày) = 11,21 (m3/ngày) 6.2.7.2. Nước rửa xe: Sử dụng 5000 lít/ngày = 5 (m3/ngày). 6.2.7.3. Nước dùng cho nhà ăn: Sử dụng khoảng 10 (m3/ngày). 6.2.7.4. Nước cứu hỏa: Lượng nước cần dùng 10 lít/giây trong 2 giờ. 3600 × 2 × 10 = 72000 lít = 72 (m3) 6.2.7.5. Nước tưới cây xanh và dùng cho các mục đích khác: Sử dụng 5 m3/h. Lượng nước sử dụng trong một ngày: 5 × 24 = 120 (m3/ngày) Như vậy, tổng lượng nước cần dùng trong một ngày của nhà máy là: V = 97,4 +139,2 + 40 + 280,83 + 421,25 + 122,58 + 11,21+ 5 + 10 + 120 V = 1247,47 (m3/ngày) Tổng lượng nước cần dùng trong một năm của nhà máy là: (1247,47 × 310) + 72 = 386787,7 (m3/năm) Chương 7 TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG 7.1. Tổ chức: 7.2.1. Sơ đồ tổ chức của nhà máy: GIÁM ĐỐC PGĐ KỸ THUẬT PGĐ KINH DOANH Phòng kỹ thuật Phòng KCS Phòng kế toán, tài vụ Phòng kế hoạch Phòng maketing Phòng tổ chức hành chính Phòng lao động tiền lương Phòng đời sồng Phòng y tế Phân xưởng sản xuất Phân xưởng hoàn thiện Phân xưởng cơ điện Phân xưởng phụ trợ Bộ phận lên men Bộ phận chiết rót Kho bao bì Kho thành phẩm Bộ phận lò hơi Bộ phận lạnh khí nén Bộ phận cơ khí Cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu Xử lý nước Bộ phận nấu 7.2.2. Bố trí lao động: Mỗi ngày nhà máy làm việc 3 ca: + Ca 1 : Từ 6h đến 14h + Ca 2 : Từ 14h đến 22h + Ca 3: Từ 22h đến 6h sáng hôm sau. Khoảng thời gian giao ca là 10 phút. Nhà máy làm việc 310 ngày/năm. Riêng phân xưởng lên men do đặc thù nên làm việc liên tục. Còn khối hành chính làm việc 8h/ngày: + Sáng : Từ 7h đến 11h30. + Chiều : Từ 13h30 đến 17h. 7.2.2.1. Lao động gián tiếp (làm việc theo hành chính): Bảng 6.1: Bảng phân phối lao động gián tiếp TT Chức năng Số người 1 Giám đốc 1 2 Phó giám đốc 2 3 Phòng kĩ thuật 4 4 Phòng KCS 6 5 Phòng kế toán , tài vụ 3 6 Phòng kế hoạch 3 7 Phòng marketing 5 8 Phòng tổ chức hành chính 4 9 Phòng lao động , tiền lương 3 10 Phòng đời sống 2 11 Phòng y tế 3 12 Nhà ăn , căn tin 3 13 Phòng bảo vệ 4 14 Nhà vệ sinh 2 Tổng số người lao động gián tiếp: 45 người 7.2.2.2. Lao động trực tiếp (làm việc theo ca): TT Chức năng Số người/ca Số ca Tổng số người 1 Phân xưởng nấu 3 3 9 2 Phân xưởng lên men 3 3 9 3 Phân xưởng chiết rót 15 3 45 4 Xử lí nước 2 3 6 5 Kho bao bì 1 3 3 6 Kho thành phẩm 1 3 3 7 Phân xưởng lò hơi 2 3 6 8 Phân xưởng lạnh-khí nén 2 3 6 9 Phân xưởng cơ khí 3 3 9 10 Cung cấp nguyên-nhiên liệu 1 3 3 11 Lái xe vận chuyển trong nhà máy 2 3 6 12 Lái xe vận chuyển ngoài nhà máy 4 4 13 Lái xe cho lãnh đạo nhà máy 1 1 14 Công nhân bốc dỡ 4 3 12 Tổng nhân lực lao động trực tiếp 44 122 Tổng cộng nhân lực của nhà máy : 44 + 122 = 166 người Số người của một ca đông nhất sẽ bằng tổng số người lao động gián tiếp và số người lao động trực tiếp của một ca : 45+ 44 = 89 người. 7.2. Tính xây dựng: 7.2.1 Kích thước các công trình: 7.2.1.1 Phân xưởng nấu: Phân xưởng này do dùng nhiều nhiệt và là nơi đặt máy nghiền, làm sạch nên thải nhiều nhiệt và bụi. Do đó cần xây dựng nhà nhiều tầng để tận dụng sự chiếu sáng, thông gió, tiết kiệm diện tích đất. Phân xưởng nấu là nhà 3 tầng: - Tầng 1: 3 bước cột 6 m, 3 nhịp 6 m, kích thước (18×18×3,6) m. - Tầng 2: Gồm 1 khu đổ mê có bước cột 6 m, kích thước (6×18×4,2) m và 1 khu không đổ mê có 2 bước cột 6 m, 2 nhịp 6 m, kích thước (12×12×5,4) m. - Tầng 3: Bước cột 6 m, kích thước (6×12×4,8) m. 7.2.1.2. Phân xưởng lên men: Phân xưởng lên men xây dựng gần phân xưởng nấu để tiết kiệm đường ống và giảm hao hụt dịch lên men. Phân xưởng lên men là nhà 2 tầng và gồm những phòng lạnh lớn, bước cột 6m và 9m, kích thước: - Khu lên men phụ là tầng 1: (54×36×7,2) m. - Khu lên men chính là tầng 2: (48×27×6) m. 7.2.1.3. Phân xưởng chiết rót: Được đặt gần phân xưởng lên men, kho thành phẩm, kho chứa két và chai. Phân xưởng chiết rót xây dựng 1 tầng: 6 bước cột 6 m, 2 nhịp 12 m. Kích thước: (36×24×5,4) m. 7.2.1.4. Kho nguyên liệu: Là khu đất để đặt các silô chứa nguyên liệu, các silô chứa đặt ngoài trời. Khu đất có kích thước: (15 ×12) m. 7.2.1.5. Kho thành phẩm: Kho được xây dựng đủ để chứa bia thành phẩm trong 7 ngày. Theo mục (4.2.5.1), lượng chai sử dụng trong một ngày là: 272402 chai. Chai được chứa trong két nhựa, mỗi két chứa 20 chai. Kích thước két: (40×30×25) cm. Các két được xếp chồng lên nhau, mỗi chồng 15 két. Chiều cao của một chồng két bia: 0,25×15 = 3,75 m. Diện tích phần chứa két bia thành phẩm: F1 = (m2). Với: n : Số ngày dự trữ, n = 7 ngày. N : Số chai bia sản xuất trong ngày, N = 272402 chai. f : Diện tích mỗi chồng két, f = 0,4×0,3 = 0,12 m2. nc : Số chai trong một két, nc = 20 chai. nk : Số két trong một chồng, nk = 15 két . a : Hệ số khoảng cách giữa các chồng, a = 1,1. F1 = (m2) Diện tích phần đi lại trong kho chiếm 20% diện tích chứa két: F2 = 0,2 × 838,99 = 167,8 (m2) Diện tích kho chứa: F = F1 + F2 = 838,99 + 167,8 = 1006,79 (m2) Vậy kho thành phẩm có kích thước: (35×28×5,4) m. 7.2.1.6. Kho chứa két và chai: Số lượng chai và két phải đủ để chứa bia trong 7 ngày. Tương tự kho thành phẩm ta tính được kích thước kho chứa két và chai là: (35×28×5,4) m. 7.2.1.7. Phân xưởng lò hơi: Phân xưởng lò hơi dễ cháy nổ nên đặt cuối hướng gió. Phân xưởng chứa các thiết bị lò hơi và bộ phận khác của hệ thống, có kích thước: (12×12×5,4) m. 7.2.1.8. Phân xưởng cơ điện: Xây dựng nhà 1 tầng có kích thước (18×12×5,4) m [9, tr 63]. 7.2.1.9. Nhà hành chính: Bao gồm các phòng sau [9, tr 62]: - Phòng giám đốc : 6 × 4 = 24 ( m2) - Phòng phó giám đốc : 2 × (4 × 3 ) = 24 ( m2) - Phòng tài vụ : 4 × 4 = 16 ( m2) - Phòng tổ chức hành chính : 4 × 4 = 16 ( m2) - Phòng kỹ thuật : 6 × 4 = 24 ( m2) - Phòng KCS : 6 × 4 = 24 ( m2) - Phòng Marketing : 4 × 4 = 16 ( m2) - Phòng đời sống : 4 × 4 = 16 (m2) - Phòng kế hoạch : 4 × 4 = 16 (m2) - Phòng y tế : 3 × 2 = 6 ( m2) - Hội trường : 25 × 6 = 150 ( m2) Tổng cộng diện tích nhà hành chính: