Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất bia năng suất 20 triệu lít/năm

MỞ ĐẦU Từ lâu bia đã là một trong các loại đồ uống được ưa chuộng trên khắp thế giới. Bia có mặt trong tiệc vui, lễ, Tết, trong bữa ăn thường ngày, đem lại cho con người sự thoải mái tinh thần, sự bổ trợ sức khoẻ, tác dụng giải khát vì có CO2, độ cồn nhẹ, hương thơm và vị đắng đặc trưng cùng với các chất dinh dưỡng phong phú trong bia. Nếu uống bia điều độ không quá 2 cốc/ngày có thể làm tăng trí nhớ, tăng sức đề kháng các bệnh tim mạch. Bia không phải là thứ đồ uống xa xỉ mà ngược lại bia còn được tiêu dùng bởi cả người giàu, người có điều kiện kinh tế trung bình và khá. Sản xuất bia là một trong những ngành được con người phát minh sớm nhất và ngày càng được cải tiến về công nghệ, thiết bị... nhằm đáp ứng được nhu cầu thưởng thức của tất cả mọi người. Ngày nay, đời sống vật chất và tinh thần của con người đang tăng lên, nhu cầu tiêu dùng, nhu cầu ẩm thực cũng tăng lên. Nhiều nhà máy trên Thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng đã được mở rộng sản xuất và xây dựng thêm để kịp thời đáp ứng nhu cầu này. Tiến bộ khoa học công nghệ cũng được áp dụng rộng rãi vào các ngành sản xuất thực phẩm,trong đó có ngành sản xuất bia.Nước ta tuy đã có định hướng cụ thể và bắt tay vào việc mở rộng quy mô sản xuất nhưng vì nhu cầu không ngừng tăng lên mạnh nên việc thiết kế thêm nhà máy ở các địa phương là cần thiết và hợp lý, góp phần vào công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đồ án thiết kế của em cũng không nằm ngoài mục đích trên. Nội dung của đồ án gồm các phần sau: Phần lập luận kinh tế, phần chọn và thuyết minh dây chuyền sản xuất, phần tính cân bằng sản phẩm, tính và chọn thiết bị, phần tính điện, hơi, lạnh, nước, phần xây dựng, phần tính toán kinh tế, phần vệ sinh an toàn lao động, phần kết luận và tài liệu tham khảo. Đối tượng thiết kế là nhà máy bia năng suất 20 triệulít/năm, xây dựng tại khu công nghiệp Tiên Sơn – Bắc Ninh, phục vụ người dân trong tỉnh và các vùng lân cận. Thời gian vừa qua,dưới sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong viện Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm trường đại học Bách Khoa Hà Nội,đặc biệt dưới sự hướng dẫn của TS Quản Lê Hà , các thầy cô trong ngành kinh tế và xây dựng cũng như nỗ lực làm việc,em đã hoàn thành nhiệm vụ.Tuy nhiên do còn hạn chế về nhiều mặt như kinh nghiệm thực tiễn và kiến thức bản thân nên bản đồ án của em không thể tránh khỏi thiếu sót, em kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để em có thể củng cố kiến thức bản thân, cũng như tránh được những sai sót trong quá trình công tác sau này. Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội ngày tháng năm Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Thịnh PHẦN I LẬP LUẬN KINH TẾ I.1 Tình hình phát triển ngành bia trên thế giới Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới Nhu cầu tiêu thụ bia trên thế giới ngày càng nhiều cùng với nhu cầu và điều kiện đời sống vật chất của mọi người ở khắp nơi trên thế ngày càng tăng. Theo thống kê, các nước Đức, Mỹ có sản lượng bia lớn hơn 10 tỷ lít/năm. Mỹ là một nước phát triển, qui mô sản xuất lớn 5 công ty đã chiếm 60% tổng sản lượng bia sản xuất ra. ở Canada hai công ty chiếm 94% tổng sản lượng bia sản xuất ra. Các nước Đức, Đan Mạch, Tiệp tiêu thụ nhiều hơn 100 lít/người/năm. Châu Âu, hầu hết các nước đều sản xuất và tiêu thụ bia với lượng lớn thì ở Châu Phi chỉ một số nước là sản xuất và tiêu thụ nhiều bia. Người ta đã thống kê được 10 nước có sản lượng bia cao nhất ở tất cả các châu lục là: Mỹ, Trung Quốc, Đức, Brazin, Nhật, Anh, Mexico, Tây Ba Nha, Nam Phi. 10 nước có mức tiêu thụ bia cao nhất là:Tiệp, Đức, Italia, Úc, Bỉ, Niudilan, Áo, Đan Mạch, Hungari, Anh. b. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Châu á. Châu á có các nước phát triển như: Nhật,Trung Quốc và các nước đang phát triển như: Lào, Campuchia, Việt Nam điều có sản lượng sản xuất và tiêu thụ bia ngày càng tăng lên nhưng mức độ tăng trưởng là khác nhau ở các nước khác nhau. Thái Lan 26,5%, Philippin 22%, Malaixia 21%, Trung Quốc20%. Sản lượng bia ở Trung Quốc, Nhật gần bằng với sản lượng bia ở Đức, Mỹ 8-12 tỷ lít/năm. Nhật có 4 công ty lớn chiếm 40% sản lượng sản xuất ra Trung Quốc có 800 nhà máy có sản lượng lớn hơn 150 triệu lít/năm (chiếm 25% tổng sản lượng sản xuất ra). Mức tiêu thụ ở Nhật 50 lít/người/năm. Mức tiêu thụ ở Singapo 18-20 lít/người/năm. I.2.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam. Việt Nam là một nước Đông Nam á, vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, bia là thứ đồ ưống có độ cồn nhẹ, có gía trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan cao có tác dụng giải khát nên bia rất được ưa chuộng ở Việt Nam. Mức tiêu thụ của người Việt Nam năm 2000 là10lít/người, tổng sản lượng 1000 triệu lít.Dự kiến đến năm 2005 tiêu thụ 16 lít/người/năm Mục tiêu: - Xây dựng ngành bia thành một ngành kinh tế mạnh. Sử dụng tối đa nguồn nguyên liệu trong nước để sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, đa dạng hoá về chủng loại, cải tiến bao bì mẫu mã, phấn đấu hạ giá thành, nâng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu trong nước và có sản phẩm xuất khẩu, tăng nguồn thu ngân sách, hội nhập vững chắc kinh tế khu vực và thế giới. - Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia sản xuất, bia đạt chất lượng cao từ nguyên liệu trong nước và nhập khẩu. Định hướng phát triển -Về công nghệ, thiết bị: hiện đại hoá công nghệ, từng bước thay thế công nghệ thiết bị hiện có bằng công nghệ, thiết bị tiên tiến hiện đại của thế giới, đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng, an toàn vệ sinh thực phẩm, môi trường theo qui định của Việt Nam và quốc tế để sản phẩm có khả năng cạnh tranh ngày càng cao trên thị trường trong và ngoài nước. - Về đầu tư: Tập chung đầu tư vào các nhà máy có công suất thiết kế lớn, phát huy tối đa năng lực của các cơ sở sản xuất có thiết bị và công nghệ tiên tiến, đồng thời tiến hành đầu tư mở rộng năng lực của một số nhà máy hiện có đa dạng hoá hình thức đầu tư phương thức huy động vốn, khuyến khích huy động nguồn vốn của các thành phần kinh tế trong nước, phát hành trái phiếu đẩy mạnh việc cổ phần hoá đối với những doanh nghiệp nhà nước không nắm giữ 100% vốn. + Các chỉ tiêu chủ yếu. Sản lượng: Năm 2005: 12000 Triệu lít Năm 2010: 15000 Triệu lít Tập trung đầu tư các nhà máy công suất lớn, sản xuất kinh doanh hiệu quả, quản lý chặt chẽ vệ sinh an toàn thực phẩm đảm bảo chất lượng, giá thành được người tiêu dùng chấp nhận cụ thể. - Sau năm 2005 xây dựng mới một nhà máy thuộc công ty bia Hà Nội với năng suất 100 triệu lít/ năm và có khả năng mở rộng vào những năm tiếp theo. Đối với các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài tập trung khai thác đủ công suất thiết kế. - Trong đó bia Việt Nam phải giữ vai trò chủ chốt trong việc nâng uy tín chất lượng thương hiệu bia Việt Nam, đảm bảo sản xuất và tiêu thụ đạt tỷ trọng từ 60%-70% thị phần trong nước và hướng tới suất khẩu. Sản lượng sản xuất nghành bia Chỉ tiêu Năm 2005(triệu lít) Năm 2010(triệu lít) 1 Công ty bia Sài Gòn Công ty bia Hà Nội Các nhà máy khác 2 Liên doanh và 100% vốn nước ngoài 3 Địa phương và các thành phố. Địa phương Các thành phần kinh tế khác 350 100 100 350 200 100 780 200 150 400 270 150 Nhu cầu vốn đầu tư Chỉ tiêu Năm 2005 2010 Công ty bia Sài Gòn Công ty bia Hà Nội Các nhà máy khác 2730 1680 700 3780 2100 1400 I.3. Chọn địa điểm và năng suất xây dựng nhà máy. Các nguyên tắc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy: + Gần vùng nguyên liệu và nhiên liệu. + Thuận lợi về giao thông thuỷ, bộ để vận chuyển nguyên liệu, vật liệu và sản phẩm. + Gần nguồn cung cấp nước, có hệ thống thoát nước hợp lý để không ảnh hưởng đến môi trường, đến sức khỏe của người dân trong vùng. + Gần nơi đông dân cư để có nguồn nhân lực dồi dào, tiêu thụ sản phẩm thuận lợi. + Địa hình bằng phẳng, điạ chất ổn định, không có chấn động. + Đủ diện tích bố trí thiết bị và khu vực trong nhà máy, sản xuất, giao thông nội bộ thuận tiện, có đất dự trữ cho mở rộng sản xuất. Từ các nguyên tắc trên, em lựa chọn địa điểm xây dựngnhà máy nằm trong khu công nghiệp Tiên Sơn- Bắc Ninh. Địa điểm này đáp ứng được các nhu cầu trên phương diện sau: I.3.1. Giao thông Khu công nghiệp Tiên Sơn – Bắc Ninh nằm sát quốc lộ 1 và quốc lộ 5, nên thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu, nhiên liệu, cũng như việc vận chuyển sản phẩm đi tiêu thụ, vì vậy vậy viêc tiêu thụ bia không chỉ gói gọn tại chỗ mà có thể tiêu thụ ở các vùng lân cận. I.3.2. Nguồn cung cấp nguyên liệu Nguyên liệu chính là malt vàng nhập từ úc về thông qua công ty nhập khẩu malt. Ngoài ra có thể nhập thêm malt tại nhà máy sản xuất malt trong khu công nghiệp Tiên Sơn nhằm giảm chi phí. Hoa houblon được nhập bằng đường thuỷ, từ các cảng biển theo đường quốc lộ đến thẳng nhà máy ở dạng chế phẩm thương mại: cao hoa và hoa viên. Nguyên liệu thay thế được sử dụng là gạo. Gạo được thu mua từ các địa phương như Nam Đinh, Thái Bình. I.3.3. Đầu ra Với dân cư đông đúc trong tỉnh và các tỉnh lân cận đều có số dân từ một triệu người trở lên thì sản phẩm được dành để phục vụ cho đông đảo người dân trong vùng. Mặt khác dân cư đông còn là điều kiện thuận lợi để lựa chọn, đào tạo nguồn nhân lực có đầy đủ kỹ năng thao tác thực hành, rành về trình độ chuyên môn, đáp ứng được yêu cầu sản xuất. I.3.4 Nguồn cung cấp điện, nhiệt, lạnh: Sử dụng mạng lưới điện quốc gia thông qua nguồn cung cấp điện của tỉnh và qua trạm hạ áp của nhà máy. Nhà máy có bộ phận trống cháy, nổ, bình cứu hoả, cửa thoát hiểm, máy phát điện công suất vừa đủ (theo phần tính điện) để phục vụ cho nhà máy không bị gián đoạn sản xuất. Nhiệt sử dụng trong nhà máy phát đi từ lò hơi chạy bằng nguyên liệu than. Có hai lò hơi làm việc đồng thời. Người vận hành lò hơi phải có trình độ chuyên môn cao, phải thường xuyên kỉêm tra, bảo dưỡng thiết bị, sửa chữa và thay thế phụ tùng ngay khi cần thiết. Nhà máy sử dụng máy lạnh, tác nhân làm lạnh cho thiết bị là glycol, tác nhân chạy máy làm lạnh là khí Freon 22. I.3.5. Nguồn cấp thoát nước. Nhà máy sử dụng nước lấy từ giếng khoan trong nhà máy đã qua xử lý đạt yêu cầu kỹ thuật hoặc mua nước của khu công nghiệp. Nước thải sau khi sử dụng cho công đoạn vệ sinh thiết bị, rửa chai, rửa phân xuởng, dụng cụ thao tác…được đưa qua bộ phận sử lý nước thải trước khi thải ra ngoài sông, cống rãnh. Nước ngưng được đem sử lý và dùng cho nồi hơi. PHẦN II: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I. NGUYÊN LIỆU Muốn bia có chất lượng tốt đáp ứng được yêu cầu của người tiêu dùng thì đầu tiên là vấn đề nguyên liệu phải đạt được những yêu cầu nhất định. I.1 Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất các bia. Malt đại mạch chính là hạt đại mạch được nảy mầm trong điêu kịên nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, sau đó được sấy khô, tách rễ, làm sạch để chuyển chúng thành sản phẩm bền vững dễ dàng cho việc vận chuyển, bảo quản và loại trừ khả năng xâm nhập và phát triển của vi sinh vật. Do tính chất và tầm quan trọng của malt trong công nghệ sản xuất bia mà malt cần đạt được những chỉ tiêu về chất lượng nhất định mới được lựa chọn để sản xuất bia. - Chỉ tiêu cảm quan + Về màu sắc: có màu vàng sáng. + Mùi: có mùi thơm tự nhiên, đặc trưng của malt, không có mùi lạ. + Vị: có vị ngọt dịu nhẹ. + Độ sạch của malt là tỷ lệ các tạp chất, hạt vỡ gãy chứa trong đó. Tỷ lệ cho phép là 0,5% hạt gãy, vỡ và 1% là các tạp chất khác. Chỉ tiêu vật lý: +Khối lượng tuyệt đối: Là khối lượng của 1000 hạt không lựa chọn chỉ số này dao động trong khoảng 29 ¸ 38 g. + Hình thái vết cắt của malt là mức độ trắng đục hoặc trắng trong của phần nội nhũ: Đối với malt vàng số hạt trắng đục 94%. Chỉ tiêu hoá học : + Thuỷ phần: 7% + Chất hoà tan: 70 ¸ 79% + Hàm lượng tinh bột: 56 ¸58% chất khô + Protit : 8 ¸ 10% chất khô +Saccharoza: 5% +Đường khử: 4% chất khô +Cellulo: 6% chất khô I.2 Hoa hounblon Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản, đứng vị trí thứ 2 ( sau malt đại mạch ), của công nghệ sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khă năng tạo bọt và giữ bọt của bia, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Hoa houblon có thành phần hoá học: Nước: 11 ¸ 13% Chất đắng: 15 ¸ 21% CK Polyphenol: 6 ¸9% CK Protein: 15 ¸ 21% Xenluloza: 12 ¸ 14% Chất khoáng: 5 ¸8% Các chất khác: 26 ¸28% Trong các cấu tử trên đây thì có giá trị nhất là chất đắng, tiếp đến tinh dầu thơm và thứ 3 là polyphenol. Vai trò của chất đắng trong công nghệ sản xuất bia là rất to lớn. Chúng làm cho bia có vị đắng dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia. Khi đã hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, các chất đắng là những chất có hoạt tính sinh học cao, tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt rất lâu. Với một nồng độ khá thấp, các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất mạnh sự phát triển của vi sinh vật. Vì vậy chúng có tính kháng khuẩn cao và nhờ đó làm tăng độ bền sinh học của bia thành phẩm. Tinh dầu thơm: là cấu tử rất có giá trị của hoa houblon. Tinh dầu thơm của hoa houblon hoà tan vào dịch đường tồn tại trong bia và tạo ra cho nó một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu. Tinh dầu thơm là nhân tố quyết định hương thơm của bia vàng. Polyphenol: giá trị công nghệ lớn nhất của polyphenol là chúng được dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protid cao phân tử ra khỏi dịch đường, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia. Chính vì các yếu tố trên mà hoa houblon là nguyên liệu không thể thay thế trong công nghệ sản xuất bia. I.3 Gạo Ngoài đại mạch, trong công nghệ sản xuất bia để giảm giá thành sản phẩm, người ta đã đưa một số nguyên liệu khác vào thay thế, người ta thường sử dụng các nguyên liệu dạng hạt chưa nảy mầm. Nước ta là một nước nông nghiệp trồng lúa nước nên nguồn gạo của chúng ta rất phong phú va giá thành rẻ vì vậy ta chọn gạo làm nguyên liệu thay thế, Thành phần của gạo đưa vào sử dụng: Độ ẩm: w = 12 ¸ 14% Tinh bột: 75 ¸ 80% chất khô Protein: 6,5 ¸ 7,5% chất khô Các thành phần khác tương đương đại mạch. I.4 Nước Trong công nghệ sản xuất bia nước chiếm 80 ¸ 90% trong bia. Với một tỷ lệ lớn như vậy, ta có quyền nói rằng nước là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia. Vì vậy nước đưa vào sản xuất bia phải đạt được những yêu cầu nhất định. Nước thực chất là một dung dịch loãng của các muối ở dạng ion. Nhóm cation thì chiếm nhiều nhất là Ca2+, Mg2+, H+, Na+, K+, Mn2+,… nhóm anion chủ yếu là OH-, HCO3-, CO32-, SO42-…. Hàm lượng các muối trong nước khác nhau nên ảnh hưỏng của chúng đối với tiến trình công nghệ khác nhau. Trong nước có Fe làm bia tanh, Mn làm bia đắng, Ca, Mg, Na làm bia có vị chát. Các loại muối hoà tan trong nước tạo cho nước có độ cứng. Trong nước nếu có muối bicacbonat thì ảnh hưởng bất lợi cho bia vì chúng làm giảm độ chua định phân của dịch cháo khi chúng tác dụng với các muối photphat của malt: 2KH2PO4 + 2Na2HCO3 ----> K2PO4 + Na2HPO4 + H2O + CO2 làm cho pH của dịch cháo tăng, khả năng hoạt động của Enzim sẽ bị giảm và do đó hiệu suất thuỷ phân cũng giảm theo. Muối sunphat của Canxi lại làm tăng độ chua định phân của dịch cháo, tác động này rất có lợi cho quá trình đường hoá. Nước dùng để nấu phải là nước trung bình hoặc nước mềm. Nước cần phải xử lý để đạt các tiêu chuân sau: Tiêu chuẩn vật lý: trong suốt, không mùi, không vị. Tiêu chuẩn vi sinh vật: chỉ số E.coli là 3 (số tế bào E.coli cho phép trong 1lít nước). Tiêu chuẩn hoá học: Ca2+ 5 – 6 đến 200 – 250 mg/l Mg2+ 3 – 4 đến 80 – 100 mg/l Na+ 15 – 20 mg/l theo Na2O Fe2+ 0,2 – 0,5 mg/l Mn2+ < 0,05 mg/l Cl < 75 – 150 mg/l CO32- <50 mg/l Kim loại nặng: không có Khi nước không đạt tiêu chuẩn để sản xuất bia thì phải xử lý. Xử lý nước bao gồm: Lắng trong và lọc, làm mềm nước và cải tạo thành phần sinh học và hoá học của nước. Làm mềm nước: loại bỏ các muối bicacbonat và cacbonả ra khỏi nước hoặc chuyển chúng sang một dạng khác không nguy hại đến tiến trình công nghệ sau này. Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion và phương pháp trung hoà. Cải tạo thành phần sinh học của nước, diệt vi sinh vật có trong nước để cho nước sạch về phương diện sinh học. I.5 Chủng nấm men Trong lên men bia thường sử dụng 2 loài nấm men sau: Saccharomyces cerevisiae: Là nấm men nổi, phân bố chủ yếu ở các lớp chất lỏng trên bề mặt của môi trường. Trong suốt thời gian lên men và thậm chí quá trình đã kết thúc tế bào vẫn cứ trôi lơ lửng trong bia non, khả năng kết lắng của chúng rất kém. Mặt khác chúng chỉ hấp thụ và lên men được 1/3 Rafinoza. Saccharomyces carlbergensis Là nấm men chìm thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp hơn. Chúng phân bố chủ yếu ở tầng sâu của dịch đường trong thiết bị lên men. Trong quá trình lên men chúng có thiên hướng chìm sâu và kết lắng xuống đáy thùng. Khi quá trình lên men chính kết thúc thì phần lớn lượng sinh khối đã bị kết lắng. Ở nhiệt độ 0oC, nấm men chìm vẫn có khả năng lên men, trong khi đó chỉ cần nhiệt độ thấp hơn 10oC một chút, loài nấm men nổi đã trở thành vô hoạt. Hơn nữa nấm men chìm có khả năng hấp thụ toàn bộ phân tử đường Rafinoza. Từ hai loại nấm men trên ta thấy nấm men chìm có nhiều đặc tính ưu việt hơn nấm men nổi. Vậy trong công nghiệp sản xuất bia chúng ta chọn chủng nấm men Saccharomyces carlbergensis. II. CHỌN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT  Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Lắng xoáy Cặn Làm lạnh nhanh, bổ sung O2 Nén Xử lý Không khí Nấm men Nhân giống Lên men chính CO2 Thu hồi xử lý Lên men phụ Lọc trong Bổ sung CO2 Chiết chai Thanh trùng Dán nhãn Xếp két Men sữa Xử lý Malt Nghiền Gạo Hồ hoá Rửa bã Bã Nghiền Đường hoá Lọc dịch đường Bã Nấu hoa Hoa Malt lót 10% II.1 Máy nghiền nguyên liệu II.1.1 Nghiền malt Mục đích của quá trình nghiền malt là đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào nội nhũ nhanh hơn và triệt để hơn. Hạt được nghiền càng nhỏ thì càng tạo điều kiện tốt cho các enzim phát huy hiệu lực, tuy nhiên nếu nghiền nhỏ cả vỏ malt thì một số thành phần của vỏ sẽ hoà tan vào dịch đường lam cho bia có vị đắng và chát khó chịu, mặt khác nó còn ảnh hưởng tới quá trình lọc dịch đường, các cấu tử của vỏ trấu có khích thước quá bé thì khả năng lọc kém hơn, các mương dẫn bị tắc, kết quả dẫn đến là hiệu quả của quá trình lọc kém. Vậy xu thế trong quá trình nghiền là nội nhũ càng nhỏ càng tốt, còn lớp vỏ càng bảo toàn nguyên vẹn bao nhiêu thì càng tốt bấy nhiêu. Có 3 phương pháp nghiền malt: + Nghiền khô: Malt được đưa vào nghiền trực tiếp. Ưu điểm: Tiến hành đơn giản, tiết kiệm vốn đầu tư. Nhược: vỏ malt nát không tốt cho vị của bia và quá trình lọc trong dịch đường. + Nghiền ẩm: Malt trước khi nghiền được phun ẩm bổ sung bằng nước nóng. Ưu điểm: vỏ malt được bảo toàn phần nào trạng thái nên bảo đảm được chất lượng bia. Nhược điểm: Tiến hành phức tạp hơn so với nghiền khô, vốn đầu tư cao hơn. +Nghiền ướt: Malt được nghiền cùng với nước theo tỷ lệ phối trộn nhất định ( thường phối trộn theo tỷ lệ đưa vào đường hoá). Ưu điểm: lớp vỏ đã được hút nước sẽ trở nên rất dai vì vậy chế độ nghiền này vỏ trấu gần như được giữ nguyên vẹn. Nhược điểm: Đòi hỏi máy móc phức tạp, kỹ thuật cao, vốn đầu tư. Từ những ưu, nhược điểm của các phương pháp em chọn nghiền ướt phù hợp với yêu cầu trong công nghệ sản xuất bia. II.1.2 Nghiền gạo Gạo có đăc điểm là cấu trúc tinh bột của chúng còn rất cứng, ở trạng thái như vậy chúng rất khó bị thuỷ phân. Để đạt được mục tiêu cuối cùng là chích ly được nhiều nhất chất hoà tan từ nguyên liệu, biện pháp hữu hiệu nhất là chúng phải được nghiền nhỏ mịn, sau đó phải xử lý ở nhiệt độ cao, làm cho tinh bột chín thì quá trình thuỷ phân sau đó mới triệt để. Có 2 loại máy nghiền là máy nghiền trục và máy nghiền búa. Nhưng chúng ta chọn máy nghiền búa, vì máy nghiền búa nghiền nguyên liệu cho độ mịn tốt hơn máy nghiền trục. II.2 Nấu và đường hoá nguyên liệu Các phương pháp đường hoá nguyên liệu: có 3 phương pháp Phương pháp đường hoá phân đoạn Phương pháp này bột malt được trộn lẫn với nước ở thiết bị phối trộn. Sau đó bơm một phần dịch đặc ở đáy thiết bị phối trộn sang thiết bị đường hoá. Phần này bao gồm chủ yếu là các cấu tử thuộc pha rắn và được gọi đoạn nhất. Đoạn nhất này sẽ được đường hoá qua các giai đoạn nhiệt độ thích hợp và cuối cùng là đun sôi, sau thời gian sôi cần thiết để bột chín, khối cháo của đoạn nhất được bơm quay trở về nồi phối trộn. Khi đó nhiệt độ của toàn khối cháo sẽ tăng lên. Bơm tiếp một phần bã kết lắng ở nồi phối trộn sang nồi đường hoá. Phần cháo đặc bơm sang la đoạn nhì. Đoạn nhì này sẽ được đường hoá tương tư như đoạn nhất. Phương pháp đường hoá phân đoạn này căn cứ vào số phân đoạn thực hiện trong quá trình đường hoá người ta có : Phương pháp đường hoá nhất phân đoạn, nhị phân đoạn, tam phân đoạn. Ưu điểm của phương pháp đường hoá phân đoạn: Hiệu suất đường hoá cao. Nhược điểm: Tốn vốn đầu tư thiết bị, tốn thời gian, tốn năng lượng, hơn nữa chỉ sử dụng phương pháp này khi nguyên liệu toàn là malt. Phương pháp đường hoá toàn khối Sử dụng phương pháp này, toàn bộ khối dịch bột được đường hoá bằng cách nâng dần nhiệt độ tư khoảng 400C đến 780C qua các giai đoạn nhiệt độ thích hợp cho các enzim hoạt động trong quá trình đường hoá rồi sau đó đem đi lọc bã. Hoặc sau khi phối trộn với nước, thì khối dịch có nhiệt độ 720C – 730C, cả khối cháo để yên cho nhiệt độ giảm dần đến khi đường hoá kết thúc thì đem lọc. Ưu điểm: tốn ít thời gian, ít năng lượng, thiết bị gọn nhẹ. Nhược điểm: hiệu suất đường hoá không cao, độ bền của bia thấp, và phương pháp này cũng chỉ áp dụng cho nguyên liệu toàn bộ là malt. Trên cơ sở phương pháp phân đoạn, khi sử dụng nguyên liệu thay thế nước ta có phương pháp đun riêng phần nguyên liệu II.3 Lọc bã malt Sau khi đường hoá kết thúc, thành phần cơ học của cháo malt bao gồm 2 hợp phần: pha rắn và pha lỏng. Thành phần của pha rắn bao gồm các cấu tử không hoà tan của bột nghiền ( cám, tinh bột chưa thuỷ phân, vỏ trấu, các thành phần li ti khác...). Pha lỏng bao gồm nước và các hợp chất thấp phân tử được trích ly từ malt, gạo, hoà tan vào trong đó. Pha rắn được gọi là bã malt, pha lỏng được gọi là dịch đường. Mục đích của quá trình lọc bã malt là tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để tiếp tục các bước tiếp theo của tiến trình công nghệ. Còn pha rắn không cần cho tiến trình công nghệ phải loại bỏ. Có 2 thiết bị hay dùng trong lọc trong dịch đường - Máy lọc khung bản Gồm một dãy các khung và bản cùng kích thước xếp liền nhau, giữa khung và bản có căng vải lọc. Nguyên tắc làm việc: Cháo malt dưới tác dụng của áp lực bơm được đưa vào khoảng rỗng của khung, phần dịch sẽ chui qua lớp vải lọc sang các rãnh của bản rồi ra ngoài, phần bã malt sẽ được giữ lại thành lớp bã trong khung. Ưu điểm: bề mặt lọc trên 1 đơn vị diên tích sản xuất lớn, tốc độ lọc nhanh do hiệu số áp suất lớn. Nhược điểm: dịch đường tiếp xúc nhiều với oxy, hao phí lao động cơ bắp nhiều, không cơ giới hoá được. Thiết bị lọc đáy bằng Là một thùng hình trụ chế tạo bằng thép không gỉ có 2 đáy: đáy thật và đáy giả cách nhau khoảng 10 – 15 cm. Đáy giả bao gồm nhiều mảnh ghép thường có hình rẻ quạt. Và có hệ thống lưỡi dao để cạo và đảo lớp bã lọc. Nguyên tắc lọc ở đây là sử dụng sự chênh lệch áp suất ở phía trên và phía dưới màng lọc, dịch đường sẽ tự chảy qua lớp lọc để ra ngoài. Màng lọc ở đây được tạo ra là sự kết lắng bã malt. Ưu điểm: Thiết bị lọc kín nên dịch đường không bị tiếp xúc nhiều với với oxy, việc vệ sinh dễ dàng, có thể cơ giới hoá. Nhược điểm: Thời gian lọc kéo dài, diện tích sản xuất lớn, khó tăng năng suất. Từ những ưu, nhược điểm của 2 thiết bị lọc ta chọn thiết bị lọc đáy bằng, như vậy chất lượng dịch đường của ta sẽ tốt hơn. II.4 Nấu dịch đường với hoa houblon Sử dụng thiết bị nấu hoa dạng trao đổi nhiệt gián tiếp bằng hệ thống ống chùm trung tâm. Tác nhân là hơi nước bão hòa. Ưu điểm: khả năng trao đổi nhiệt lớn cho toàn bộ khối dịch, không cần sử dụng cánh khuấy. Nhược điểm: Khó vệ sinh hệ thống ống chùm sau mỗi mẻ nấu. II.5 Lên men bia Lên men bia là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Có 2 phương pháp lên men là lên men hiện đại và lên men cổ điển - lên men cổ điển: có đặc điểm chính là hai quá trình lên men chính và lên men phụ tiến hành trong các thiết bị riêng biệt. Ưu điểm: Phương pháp lên men cổ điển cho sản phẩm có chất lượng cao. Nhược điểm: Tốn diện tích mặt bằng, làm lạnh toàn bộ mặt bằng lên men nên hệ thống làm lạnh lớn, tốn chi phí đầu tư, thời gian lên men dài, việc chuyển dịch lên men từ khu lên men chính sang khu lên men phụ sẽ gây tổn thất và dễ nhiễm tạp. Lên men gia tốc: Với phương pháp này quá trình lên men chính và lên men phụ được tiến hành trong cùng một thiết bị hình trụ, đáy côn, có hệ thống áo lạnh bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ của quá trình lên menvà có thể làm lạnh cục bộ. Ưu điểm: Thời gian lên men nhanh, thiết bị lên men gọn, không tốn thiết bị, không tốn lạnh như lên men cổ điển, không tốn diện tích mặt bằng phân xưởng, có thể đặt ở ngoài trời, ít bị nhiễm tạp. Nhược điểm: Thời gian lên men nhanh làm giảm chất lượng bia, chất lượng của sản phẩm chỉ có thể tiệm cận với sản phẩm từ phương pháp lên men cổ điển. Vậy từ hai phương pháp lên men trên ta thấy phương pháp lên men gia tốc cho ta năng suất và hiệu suất cao hơn, tốn ít chi phí về lao động, thiết bị, năng lượng... mà chất lượng bia vẫn đảm bảo được, không khác xa nhiều so với lên men cổ điển. Vậy ta chọn phương pháp lên men hiện đại. Với nấm men chìm như ta đã chọn chủng ở trên.Và phương thức lên men gián đoạn vì thiết bị đơn giản dễ chế tạo, khi bị nhiễm thì dễ xử lý. III. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ III.1 Nghiền nguyên liệu III.1.1 Nghiền malt Malt được chứa trong các bao polyetylen khối lượng 50kg được đưa đến và đổ vào phễu chứa malt chưa nghiền, từ đây malt sẽ được gầu tải vận chuyển lên phễu có đặt cân điện tử định lượng để cân malt, khi lượng malt đã đủ theo định lượng ban đầu thì việc vận chuyển malt lên phễu này được dừng lại và lúc này malt từ phễu này chuyển vào phễu chứa malt của máy nghiền bằng gầu tải, malt trước khi vào nghiền sẽ được phối trộn với nước ở 450C theo tỷ lệ malt : nước là 1 : 5 Sau khi nghiền dịch malt sẽ được bơm pittong bơm vào nồi đường hoá. III.1.2 Nghiền gạo Tương tự như malt, gạo được chứa trong các bao polyetylen khối lượng 50kg, gạo sẽ được đổ vào phễu chứa gạo chưa nghiền từ đây gạo sẽ được gầu tải chuyển vào phễu chứa gạo chưa nghiền của máy nghiền và đi vào máy nghiền. Sau khi nghiền, bột gạo được chứa ở phễu chứa gạo đã nghiền và từ đây bột gạo được gầu tải chuyển lên phễu có đặt cân điện tử định lượng để cân lượng bột gạo cần thiết cho mẻ nấu. Và để vận chuyển bột gạo vào nồi nấu ta dùng vít tải. III.2 Quá trình hồ hoá Trước khi tiến hành hồ hoá thì tiến hành vệ sinh nồi nấu bằng nước nóng. Sau đó mới đưa bột gạo đã được hoà trộn với nước 450C theo tỷ lệ bột gạo : nước là 1 :5 đồng thời bật cánh khuấy cho toàn bộ lượng bột hoà tan đều vào nước và trong quá trình hồ hoá không bị vón hoặc cháy két, đồng thời tăng cường quá trình truyền nhiệt. Trong nồi hồ hoá bổ sung thêm 1 lượng malt chiếm 10% nguyên liệu thay thế, việc bổ sung malt lót để nhờ hoạt động của hệ enzim có trong malt thuỷ phân 1 phần tinh bột làm loãng dịch hồ hoá, giảm độ nhớt của cháo gạo. Ngoài ra trong nồi hồ hoá ta còn cho thêm enzim Termamyl và CaSO4, hạ pH của dịch xuống 6 – 6,5 bằng cách bổ sung axit H3PO4. Ta giữ nhiệt độ 450C trong 10 phút, đây là nhiệt độ thích hợp cho nhóm proteaza hoạt động. Sau đó mở van cấp hơi để hơi để nâng nhiệt độ của khối dịch lên 900C, thời gian nâng 10C/1phút, giữ ở nhiệt độ 900C trong 20phút. Ta để ở nhiệt độ 900C là vì nhiệt độ hồ hoá của gạo là 860C còn nhiệt để enzim Termamyl thichs hợp hoạt động là 940C nên 900C là mức giữa.Sau đó nâng nhiệt độ đến 1000C để đun sôi khối dịch trong 30 phút để tinh bột chín hoàn toàn tạo điều kiện cho quá trình đường hoá tiếp theo được dễ dàng. Khi cháo chín thì ngừng cấp hơi rồi bơm sang nồi đường hoá. III.3 Quá trình đường hoá Mục đích của quá trình đường hoá: tạo điều kiện về nhiệt độ và pH của môi trường thích hợp để hệ enzim có trong malt và enzim bổ sung phân cắt protein, amyloza, dextrin bậc cao... thành các hợp chất hoà tan vào nước trở thành chất chiết của dịch đường. Cách tiến hành: Trong thời gian nấu cháo, tính toán thời điểm nghiền malt để sao cho khi nghiền xong, chuyển malt vào nồi đường hoáđược 20 phút thì cháo sôi được 30 phút. Khi bơm dịch malt vào nồi hồ hoá xong thì bổ sung H3PO4 để hạ pH của nồi đường hoá xuống 5,3 – 5,4 đây là pH thích hợp cho quá trình thuỷ phân. Sau khi malt có thời gian ngâm ủ được 20 phút, bơm dịch cháo từ nồi hồ hoá sang sao cho nhiệt độ trong nồi đường hoá lúc này khoảng 520C – 530C và duy trì ở nhiệt độ này 20 phút. Đây là nhiệt độ thích hợp cho enzim proteaza hoạt động mạnh nhất nhằm thuỷ phân protein thành các axit amin, các hợp chất thấp phân tử, những thành phần này trong quá trình công nghệ sẽ góp phần tạo melanoit, tạo bọt và giữ bọt cho bia làm cho bia có hương vị đậm đà màu sắc đặc trưng, ngoài ra nó còn là nguồn dinh dưỡng cho nấm men hoạt động. Sau đó cấp hơi để nâng nhiệt độ toàn bộ khối dịch lên 63 ¸ 64oC, giữ ở nhiệt độ này 40 phút, nhiệt độ này thích hợp cho enzim β- amylaza hoạt động thuỷ phân tinh bột thành maltoza và dextrin phân tử lượng lớn. Sau đó tiếp tục cấp hơi nâng nhiệt độ khối dịch lên 73oC, giữ ở nhiệt độ này đến khi dường hoá xong (để biết quá trình đường hoá đã kết thúc chưa dùng phương pháp thử màu bằng iôt, khi dịch đem thử không làm đổi màu iôt thì quá trình đường hoá kết thúc), ở 73oC là nhiệt độ thích hợp cho enzim α – amylaza hoạt động, α – amylaza sẽ phân cắt tinh bột và các dextrin cao phân tử thành glucoza, dextrin thấp phân tử… Cuối cùng sau khi đường hoá xong, nâng nhiệt độ khối dịch lên 78oC rồi bơm đi lọc III.4 Lọc dịch đường Mục đích của quá trình lọc dịch đường là: Hỗn hợp sau đường hoá bao gồm 2 pha rắn lỏng. Pha lỏng bao gồm nước và các chất hoà tan trong nó: các loại đường, các hợp chất chứa Nitơ thấp phân tử, các dextrin bậc thấp, các chất vô cơ. Pha lỏng này sẽ đi tiếp qui trình công nghệ để tạo ra bia. Pha rắn bao gồm: vỏ trấu, cám, tinh bột chưa thuỷ phân, những hạt li ti khác không cần thiết cho tiến trình công nghệ cần loại bỏ.Vậy quá trình lọc bã malt là tách pha rắn khỏi hỗn hợp để thu nhận dịch đường có thaqnhf phần chưa ổn định để đi tiếp các bước của tiến trình công nghệ. Tiến hành quá trình lọc: Trước khi bơm dịch đường sang nồi lọc thì thiết bị lọc phải được rửa sạch bằng nước sôi. Sau đó bơm nước 800C vào thùng ngập đáy giả khoảng 3 ¸5 cm. Hạ dao cào xuống mức thấp nhất, bơm cháo malt vào nồi lọc, cho hệ thống dao cào quay với tốc độ 15 ¸ 25 vòng/phút để giàn đều bã lên mặt đáy giả. Khi bơm hết cháo vào nồi thì dừng quay hệ thống dao cào và nâng chúng lên ở vị trí cao nhất. Để yên khối cháo 10 ¸ 15 phút, phần bã cháo hình thành lớp lọc: lớp 1 là vỏ trấu lớn, lớp 2 là vỏ trấu cộng tấm, lớp 3 là cặn mịn. Sau khi hình thành lớp lọc mở van xả dịch, trong khoảng 10 ¸ 15 phút đầu dịch chạy ra còn đục ta đem bơm hồi lưu về thùng lọc. Khi dịch đường thoát ra đạt độ trong cần thiết thì bơm sang nồi hoa houblon. Trong thời gian đầu tốc độ lọc rất nhanh, nhưng khi các mương mao dẫn đã bị lấp bởi các cặn nhỏ li ti thì tốc độ lọc giảm hẳn. Trong Trường hợp như vậy ta hạ thấp dao cào xuống ở mức thấp nhất cho quay 1 ¸ 2 vòng rồi sau đó lại tiếp tục lọc. Bơm dịch đường ra ngoài đến khi dịch đường còn sấp mặt bã thì ngừng bơm dịch và chuyển sang quá trình rửa bã để tránh hiện tượng bọt khí xâm nhập vào bã. Tiến hành rửa 3 lần. Hạ dao cào xuống mức thấp nhất, cho nước rửa bã ở nhiệt độ 800C cho dao cào quay để làm lại lớp lọc. Sau đó dừng quay và cho lên ở vị trí cao nhất để yên khối bã trong 10 ¸ 15 phút, và tiến hành lọc, quá trình lọc như ban đầu. Khi kết thúc quá trình rửa bã thì hàm lượng chất hoà tan trong dịch rửa không quá 0,8% khối lượng, khi đó mở van xả bã, hạ dao cào xuống mức thấp nhất và hạ dao gạt bã xuống sát đáy giả và cho quay để đẩy bã ra ngoài. III.5 Nấu dịch đường với hoa houblon Mục đích của quá trình : Trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa Nitơ và các thành phần khác của hoa vào dịch đường để tạo cho bia có hương vị đặc trưng. Polyphenol, chất đắng phản ứng với đạm khả kết tạo thành phức chất màng nhày kết lắng kéo theo các phần tử li ti khác của dịch đường kết tủa làm cho dịch đường trong và tăng độ bền keo của bia. Tạo melanoid: cải thiện tính chất cảm quan của dịch đường, tăng độ màu của dịch đường. Polyphenol, chất đắng là những chất có sức căng bề mặt lớn, chúng tham gia vào quá trình tạo bọt và giữ bọt cho bia. Quá trình đun hoa đưa dịch đường đến nồng độ cần thiết. Quá trình đun hoa còn mang lại mang lại những khả năng thanh trùng dịch đường tiêu diệt các vi sinh vật tạp nhiễm. Cách tiến hành: Dịch đường sau khi lọc được bơm vào thùng đun hoa thì tiến hành mở van xả cấp hơi để nhiệt độ của dịch đường không hạ xuống dưới 700C. Lúc đầu lượng dịch còn ít nên ta mở van bé để đảm bảo dịch đường luôn đạt trên 700C. khi lượng dịch tăng dần thì lượng hơi cấp vào cũng mạnh dần lên. Sau khi quá trình rửa bã kết thúc thì tiến hành đun sôI dịch đường và đồng thời nạp 1/3 hoa. Sau tiếp tục đun sôI dịch đường khoảng 60 phút thì nạp 1/3 hoa và đun sôI 30 phút và sau đó cho tiếp 1/3 hoa đun sôI 15 phút thì kết thúc quá trình đun hoa. III.6. Lắng trong dịch đường Mục đích: Quá trình lắng là làm nguội sơ bộ dịch đường và lắng phần của dịch đường houblon hoá. Cách tiến hành: Dịch đường sau đun hoa, được bơm vào thùng theo phương pháp tiếp tuyến tạo thành dòng xoáy vào tâm thùng và lắng xuống đáy thùng . Sau khoảng 30 phút khi cặn đã bị nén chặt xuống đáy và nhiệt độ của dịch đường hạ xuống khoảng 80oC thì dịch được đưa đi làm lạnh nhanh, còn cặn lắng bị nén chặt ở đáy thùng được dội nước và cho xả ra ngoài. III.7. Làm lạnh nhanh Sau khi lắng dịch đường, ta phải dưa về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men. Làm lạnh nhanh còn tránh vi sinh vật nhiễm vào dịch đường lên men và tách cặn min. dịch đường được làm lạnh nhanh bằng máy lạnh nhanh kiểu tấm bản có cấu tạo là những tấm bản gấp sóng. Các tấm bản có hình chữ nhật, có 4 tai ở 4 góc. Trên mỗi tai đục một lỗ tròn. Với cấu tạo của từng bản như vậy khi lắp chúng lên khung chúng sẽ tạo thành 4 mương dẫn, từng mương dẫn người ta sẽ cho dịch đường vào máy, dịch đường ra khỏi máy, tác nhân lạnh vào máy, tác nhân lạnh ra khỏi máy. tác nhân lạnh và dịch đường đi ngược chiều nhau. Ta sử dụng tác nhân lạnh là nước 2oC. Dịch đường sau lạnh nhanh có nhiệt độ là 10oC. III.8. Sục khí và cấp nấm men Mục đích: Hòa trộn nấm men với dịch đường đồng thời cấp thêm một lượng O2 để nấm men có thể sinh trưởng, phát triển trong quá trình lên men. Quá trình cấp nấm men và sục khí diễn ra như sau: Dịch đường sau khi qua thiết bị lạnh nhanh đã có nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men chính (12¸15oC) được bơm qua thiết bị sục khí. Không khí từ xưởng khí nén được đưa qua một hệ thống lọc khí để loại bỏ tạp chất và được xé nhỏ thành nhiều dòng khí vào hòa trộn với dịch đường. Lượng khí sục khoảng 15 lít không khí/phút, thời gian sục 40¸50 phút, đảm bảo hàm lượng O2 hòa tan trong dịch khoảng 6 mg/lít. Nấm men được nuôi trong thùng nhân men giống cấp 1, cấp 2 hoặc thùng thu hồi men sữa. Dịch đường sau khi sục khí sẽ hòa trộn với dịch nấm men trên đường ống bơm tới các tank lên men. Lượng nấm men hòa trộn cỡ khoảng 10% thể tích so với tổng lượng dịch đường đưa đi lên men. III.9. Nhân giống nấm men Men giống sử dụng thuộc chủng nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis. Men giống sử dụng có thể nhân từ chủng thuần khiết hoặc tái sử dụng men sữa. • Nhân giống từ chủng thuần khiết: Quá trình này tiến hành theo hai giai đoạn: giai đoạn nhân trong phòng thí nghiệm và giai đoạn nhân trong điều kiện sản xuất. Lượng men giống sử dụng chiếm khoảng 10% so với lượng dịch đường đem đi lên men. - Nhân trong phòng thí nghiệm: cấy chuyển liên tiếp từ ống thạch nghiêng à ống 10ml à bình tam giác 100ml à bình 1 lít à bình 10 lít. Môi trường nhân giống thường là dịch chiết từ malt, với môi trường 10 lít có thể lấy từ dịch đường hóa. - Nhân trong điều kiện sản xuất: môi trường nhân giống lấy trực tiếp từ dịch đường hóa. Có thể tiến hành sục khí vô trùng trong quá trình nhân. • Tái sử dụng men sữa: Sau khi lên men chính, người ta tiến hành tháo sữa men. Thông thường, cứ 1000 lít dịch đường cho khoảng 20 lít dịch sinh khối nấm men sệt, độ ẩm 85¸88%. Dịch này được chia thành 3 lớp: lớp dưới cùng là lớp cặn bẩn và lớp trên cùng là lớp tế bào chết thường dùng làm thức ăn gia súc, chỉ có lớp giữa có màu trắng ngà là nấm men sạch, có thể tái sử dụng. Số lần tái sử dụng men sữa khoảng 5¸7 lần, tùy thuộc chất lượng nấm men. - Rửa men: Dịch bã men thu được sau lên men chính được lọc và rửa nhiều lần bằng nước vô trùng ở 1¸2oC để loại bỏ cặn bẩn và xác nấm men cho tới khi đạt yêu cầu. Sữa men sạch được kiểm tra để xác định chất lượng, hoạt lực, sau đó bảo quản trong nước lạnh ở nhiệt độ 0oC. - Hoạt hóa: Trước khi sử dụng, để nấm men phát triển tốt cần phải tiến hành hoạt hóa giống bằng cách: nuôi cấy nấm men trong dịch đường mới với tỷ lệ dịch đường : men sữa bằng 4 : 1, sục không khí vô trùng vào dịch, đồng thời tăng dần nhiệt độ tới gần bằng nhiệt độ lên men. Khi có nhiều tế bào phát triển và độ cồn đạt 0,3% thì kết thúc quá trình hoạt hóa. III.10. Lên men Quá trình lên men chia làm 2 giai đoạn: lên men chính và lên men phụ. a. Lên men chính Mục đích: Chuyển đường trong dịch đã được houblon hóa thành rượu, CO2, glyxerin, rượu bậc cao, axit hữu cơ, este... dưới tác dụng của nấm men. Quá trình lên men chính diễn ra như sau: Bơm dịch đường đã được cấp O2, hòa trộn với nấm men và làm lạnh tới nhiệt độ 10¸12oC vào thùng lên men. Trong những ngày đầu, do nấm men hô hấp phát triển sinh khối, nhiệt độ dịch lên men có thể lên tới 14¸15oC. Do đó, cần hạ nhiệt độ xuống khoảng 10¸12oC bằng cách mở các van cấp lạnh và duy trì ở nhiệt độ này. Trong quá trình lên men chính, CO2 luôn được tạo thành. Do đó, phải tiến hành thu hồi để đảm bảo áp suất trong thùng lên men luôn giữ ở khoảng 0,7¸0,8 kg/cm2. Thời gian lên men chính khoảng 5¸7 ngày, tới khi khoảng 2/3 lượng chất khô của dịch đường được tiêu thụ. Kết thúc quá trình lên men chính, hạ nhiệt độ xuống khoảng 5oC rồi tiến hành tách sữa men. Sau đó, hạ tiếp nhiệt độ xuống 2oC, chỉnh áp suất khoảng 1 kg/cm2 rồi tiến hành lên men phụ. b. Lên men phụ Mục đích: ổn định các thành phần của bia, tăng độ bền keo của bia, hình thành các sản phẩm phụ tạo hương vị hài hòa cho bia, tạo bọt, ức chế vi sinh vật có hại phát triển... Quá trình lên men phụ diễn ra như sau: Điều chỉnh nhiệt độ khoảng 0¸2oC, áp suất khoảng 1 kg/cm2. Duy trì nhiệt độ và áp suất trong suốt quá trình lên men phụ, cấp lạnh hoặc thu hồi CO2 khi cần thiết. Thời gian lên men phụ khoảng 10¸20 ngày. Nói chung, thời gian lên men phụ và tàng trữ càng dài chất lượng bia càng tốt, nhưng không quá 120 ngày. III.11. Lọc bia Mục đích: Bia sau khi lên men đã được làm trong tự nhiên (nhờ quá trình lắng khi lên men phụ) nhưng chưa đạt mức độ cần thiết. Do đó, cần phải lọc tiếp để loại bỏ hoàn toàn cặn, kết tủa... , tăng độ bền của bia, tăng giá trị cảm quan, ổn định các thành phần cơ học... Quá trình lọc gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tạo màng lọc và giai đoạn lọc. Giai đoạn tạo màng lọc: hòa bột diatomit vào cùng một lượng bia (tỷ lệ bột : bia = 1 : 8) trong thùng khuấy rồi bơm vào thiết bị lọc để tạo màng lọc. Bơm tuần hoàn lượng bia này cho tới khi bia ra có độ trong cần thiết thì khóa van thùng chứa bột trợ lọc. Giai đoạn lọc: bơm bia vào để tiến hành lọc. Trong quá trình lọc, cần liên tục bổ sung bột trợ lọc bằng bơm định mức. Ngoài ra, có thể bổ sung các chất chống keo tụ, chất kết tủa protit còn sót... Bia sau lọc được bơm sang các tank chứa bia trong để ổn định và bão hòa CO2. III.12. Tàng trữ, ổn định bia và bão hòa CO2 Mục đích: Tăng chất lượng cảm quan của bia, chống oxy hóa, chống kết lắng, tăng thời gian bảo quản bia, ổn định các thành phần trong bia... Quá trình tàng trữ, ổn định bia và bão hòa CO2 diễn ra như sau: Bơm một lượng CO2 vào trước để đẩy hết không khí có trong tank ra ngoài, tránh không để bia bị oxy hóa do tiếp xúc với O2. Sau đó, bơm bia đã lọc vào tank từ dưới lên. Khi đã bơm hết bia, tiến hành bão hòa CO2 cho tới khi hàm lượng CO2 trong bia đạt 4,5¸5 g/lít. Trong quá trình tàng trữ bia, duy trì áp suất trong tank ở »1,8 kg/cm2 và thu hồi CO2 khi cần thiết. III.13. Hoàn thiện sản phẩm Bia chai Bia sau một thời gian tàng trữ được bơm sang phân xưởng chiết chai để nạp vào các chai. Hệ thống chiết chai gồm một số công đoạn chính sau: • Rửa chai: chai được ngâm trong nước nóng trước, kế tiếp được rửa bằng xút nóng, sau đó qua giàn phun nước, hệ thống thổi khí làm khô rồi đi vào bộ phận soi chai. • Chiết chai: quá trình chiết chai cũng tuân theo nguyên tắc chiết đẳng áp. Sau khi chiết, bia được đưa sang máy dập nút rồi chuyển sang hệ thống thanh trùng. • Thanh trùng: mục đích của quá trình này là nhằm diệt nấm men còn sót để nâng cao độ bền sinh học của bia. Thiết bị thanh trùng thường có nhiều khoang, mỗi khoang phun nước nóng ở một nhiệt độ khác nhau (34oC à 40oC à 62oC à 65oC à 40oC à 34oC ). Nhiệt độ tối đa để thanh trùng khoảng 65oC. Quá trình thanh trùng cần đảm bảo nhiệt độ của chai đi vào và đi ra khỏi thiết bị là bằng nhau, đồng thời không quá chênh lệch so với nhiệt độ môi trường. Bia sau thanh trùng sẽ theo băng tải vào bộ phận dán nhãn, sau đó được xếp vào két và xếp vào kho hoặc đưa ngay đến các nơi tiêu thụ. 4Một số tiêu chuẩn đánh giá bia thành phẩm • Các chỉ tiêu cảm quan: Độ bọt: khi rót bia ra cốc, bia phải có bọt trắng mịn, từ đáy cốc luôn có các bọt khí li ti nổi dần lên bề mặt. Chiều cao lớp bọt > 2cm, thời gian hết bọt > 2 phút. Mùi và vị: bia phải có vị đắng đặc trưng, hương thơm nhẹ, không quá nhạt, không có vị lạ. Màu sắc và độ trong: bia có màu vàng sáng đặc trưng, trong suốt, không được có cặn bẩn. • Các chỉ tiêu hóa học: Độ cồn: 4,6 ± 0,2. Độ đường sót: 1¸2%. Hàm lượng CO2: 4,5¸5 g/lít. Hàm lượng diaxetyl: £ 0,2 mg/lít. Chất khoáng: 0,14¸0,38%. Đạm tổng: 3,5¸5 g/lít Este: 15¸50 mg/lít. Aldehit: 10¸15 mg/lít. PHẦN III: TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM A. Kế hoạch sản xuất của nhà máy Giả thiết 1 năm nhà máy sản xuất 300 ngày, những ngày còn lại là thời gian nghỉ để sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, máy móc và vệ sinh nhà xưởng ... Mỗi năm chia ra là 4 quý, mỗi quí 3 tháng, mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất 4 mẻ. Bia sản xuất quanh năm nhưng sản lượng bia nhiều hay ít phụ thuộc vào thời tiết trong năm: mùa nóng hay mùa lạnh. Kế hoạch sản xuất theo các quý như sau: Quý I(1 - 3) II(4 - 6) III(7 - 9) IV(10 - 12) 3.5 triệu lít 6 triệu lít 6 triệu lít 4.5 triệu lít Năng suất: 20 triệu lít / năm Sản phẩm : Bia chai từ dịch đường 11.70Bx Lựa chọn phương án sản xuất: Dùng 1 dây truyền làm việc trong phân xưởng nấu. Sau 4 mẻ nấu của mỗi ngày đem lên men một lần vào một thùng lên men. Tính toán cân bằng vật liệu và kích thước thiết bị theo hai quý II và III là hai quý có sản lượng cao nhất. Mỗi quý có 3 tháng, vậy sản lượng một tháng là: 6 . 106 : 3 = 2 x 106 lít/tháng Năng suất một ngày: 2 x 106 : 25 = 80000 lít / ngày Nhà máy sản xuất một ngày 4 mẻ Năng suất một mẻ là : 80000 : 4 = 20000 lít / mẻ Các chỉ số yêu cầu đối vái nguyên liệu chính cho sản xuất bia là: Malt có độ ẩm W = 7%, hiệu suất hoà tan là 75% so với chất khô. Gạo có độ ẩm W = 14%, hiệu suất hoà tan là 85% so với chất khô. Tỷ lệ nguyên liệu: malt là 75%, gạo là 25%. Tổn thất khi nghiền cả malt và gạo là 0.5%. B. Cân bằng sản phẩm cho 1000l bia chai 1. quá trình chiết bia tổn thất 3% ượng bia đã bão hoà CO2: 1000 : (1 – 0,03) = 1030,9 lít 2. Quá trình sục CO2 tổn thất 0,5%, thể tích bia trước bão hoà CO2: 1030,9 : (1 – 0,005) = 1036,1 lít 3. Quá trình lọc bia tổn thất 1%. Lượng bia trước khi lọc: 1036,1 : (1 – 0,01) = 1046,6 lít 4. Quá trình lên men chính và phụ tổn thất 4% nên dịch đường đưa đi lên men là: 1046,6 : (1 – 0,04) = 1090,2 lít 5. Quá trình lắng trong và lạnh nhanh tổn thất 3% dịch. Lượng dịch đưa vào làm lạnh là: 1090,2 : (1 – 0,03) = 1123,9 lít 6.Quá trình lắng và làm lạnh thể tích dịch co 4% nên thể tích dịch đường sau đun hoa là: 1123,9 : (1 – 0,04) = 1170,7 lít 7. Tại 200C dịch đường 11,70Bx có d = 1,047 kg/l nên khối lượng dịch sau nấu hoa là: 1123,9 x 1,047 = 1176,7 kg Dịch đường có nồng độ 11.70Bx nên lượng chất chiết là: 1176,7 x 0,117 = 137,7 kg 8. Quá trình nấu và lọc tổn thất chất chiết là 1,5% nên lượng chất chiết cần thiết là: 137,7 : (1 – 0,015) = 139,8 kg 9. Tính khối lượng malt & gạo: M là khối lượng malt cần dùng, lượng chất chiết có trong malt là: M x 0,995 x 0,93 x 0,75 = 0,694 M (kg) Lượng gạo cần thiết là: M/3 (kg) Lượng chất chiết thu được từ gạo là: M/3 x 0,995 x 0,86 x 0,85 = 0,242 M (kg) Tổng lượng chất chiết là: 0,694M + 0,242M = 139,8 (kg) Þ lượng malt là: M = 149,36 (kg) Þ lượng gạo là: M/3 = 49,79(kg) 10. Tính lượng men. Thể tích len giống bằng 10% thể tích dịch trước lên men: 1090,2 x 0,1 = 109,02 (lít) Thể tích men sữa bằng 1% thể tích dịch trước lên men: 0,01 x 1090,2 = 10,9 (lít) 11. Tính lượng bã malt và gạo: Tổng lượng chât khô của malt và gạo: 149,36 x 0,995 x 0,93 + 49,79 x 0,995 x 0,84 = 179,82 (kg) Ta có: tổng lượng bã khô: 179,82 – 139,8 = 40,02 (kg) Bã ẩm thuỷ phần 80% nên lượng bã ẩm là: 40,02 : 0,2 = 200,1(kg) Lượng nước trong bã: 200,1 – 40,02 = 160,08 (kg) tương đương 160,08l 12. Tính lượng nước nấu và rửa bã. Nồi hồ hoá: lượng malt lót 10% so với lượng gạo. Nguyên liệu/ nước = 1/5 →Nước cho vào: (49,79 x 0,995) x (1 + 0,1) x 5 = 272,5 (lít) Nước có sãn trong gạo và 10% malt lót: 49,79 x 0,995 x 0.14 + 49,79 x 0,995 x 0,1 x 0,07 = 7,3 kg tương đương 7,3l Tổng lượng dịch hồ hoá: (49,79 x 0,995 + 49,79 x 0,995 x 0,1) x 6 = 326,97 kg Sau đun bay hơi 5% nên dịch sau đun có khối lượng: 326,97 x (1 – 0,05) = 310,6 kg Nồi đường hoá: malt/ nước = 1/4. Nước thêm vào: (149,36 x 0,995 – 49,79 x 0,995 x 0,1) x 4 = 574,64 lít Nước có sẵn: (149,36 x 0,995 – 49,79 x 0,995 x 0,1) x 0,07 = 10,06kg tương đương 10,06l Tổng lượng dịch đem đường hoá: 310,6 + (149,36 x 0,995 – 49,79 x 0,995 x 0,1) x 5 = 1028,9 kg Sau đường hoá bay hơi 4%, vây tổng lượng dịch sau đường hoá: 1028,9 x 0,96 = 987,74 kg Lượng nước trong dịch trước khi lọc: 987,74 – 179,82 = 807,92 kg tương đương 807,92l Lượng nước trong dịch sau đun hoa: 1170,7 x (1 – 0,12) = 1030,2 kg Trong quá trình đun hoa, lượng nước bay hơi 10% so với tổng lượng dịch trước khi đun. Lượng nước trong dịch trước đun hoa: 1030,2 + 1170,7 x 0,1 = 1147,27 kg tương đương 1147,27l Vnước rửa bã + Vnước trong dịch trước lọc = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nấu hoa Þ Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nấu hoa - Vnước trong dịch trước lọc = 1147,27 + 160,08 – 807,92 = 499,43 (lít) 13. Tính các nguyên liệu khác. Lượng hoa houblon cần dùng tính theo tỉ lệ 2g hoa cánh/lít bia hơi: 2 ´ 1000 = 2000 (g) = 2 (kg) Dùng 30% cao hoa, 70% hoa viên vì lượng cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh & 1kg hoa viên tương đương với 1,4kg hoa cánh. Lượng cao hoa là: Lượng hoa viên là: 14. Tính các sản phẩm phụ. Bã hoa có độ ẩm 85%, lượng chất khô không hoà tan trong hoa là 60%: Lượng bã hoa: 2 x 0,6 x100 : 15 = 8 (kg) Cặn lắng bằng 1,75% nguyên liệu, độ ẩm 80%: Tổng nguyên liệu sản xuất 1000l bia hơi: 149,36 + 49,79 = 199,15 kg Lượng cặn lắng có độ ẩm 80%: 199,15 x 1,75 : 100 = 3,485 kg Sữa men: cứ 1000l bia cho 20l sữa men w=85%, trong đó 50% được tái sử dụng Lượng CO2: C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 180g 92g 88g Khối lượng dịch trước lên men là: 1090,2 ´ 1,047 = 1141,44 (kg) Lượng chất chiết trong dịch lên men 11,70Bx: 1141,44 ´ 0,117 = 133,55 (kg) Coi toàn bộ lượng đường trong chất chiết là đường glucoza với hiệu suất lên men là 70%, khối lượng CO2 thoát ra là: CO2 hoà tan vào bia non 2g/l nên khối lượng CO2 hoà tan là: 2 ´ 1036,1 = 2072,2(g) = 2,0722 kg Khối lượng CO2 thoát ra thu hồi được 70% khối lượng CO2 thoát ra: 70% ´ (45,7 – 2,0722) = 30,54 (kg) Khối lượng riêng của CO2 ở 20°C là 1,832 kg/m³, thể tích CO2 thu hồi được là: Độ bão hoà CO2 trong bia là 4,5g/l bia non nên lượng CO2 cần bổ sung là: 1030.9 ´ 4,5 – 2 ´ 1036,1 = 2566.85 (g) = 2,567 kg Thể tích CO2 bổ sung là: Tính lượng bột lọc 1000 lít bia cần dùng 700g bột lọc. bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm bia chai Hạng mục Đơn vị 1000l bia 20000l/mẻ 80000l/ngày 20triệu l/năm Malt Kg 149,36 2987,2 11948,8 2987200 Gạo Kg 49,79 995,8 3983,2 995800 Cao hoa Kg 0,1 2 8 2000 Hoa viên Kg 1 20 80 20000 Men giống L 109,02 2180,4 8721,6 2180400 Men sữa L 10,9 218 872 218000 Dịch nóng L 1170,7 23414 93656 23414000 Dịch lạnh L 1090,2 21804 87216 21804000 Bia non L 1046,6 20932 83728 20932000 Bia đã lọc L 1036,1 20722 82888 20722000 Bia bão hoà L 1030,9 20618 82472 20618000 Bã ẩm Kg 200,1 kg 4002 16008 4002000 Bã hoa Kg Cặn lắng Kg 3.485 69.7 278.8 69700 Sữa men L 20 400 1600 400000 CO2 thu hồi M3 16.67 333.4 1333.6 333400 CO2 bổ sung M3 1.4 28 112 28000 Nước nấu L 272.5 5450 21800 5450000 Nước đường hoá L 574.64 11492.8 45971.2 11492800 Nước rửa bã L 499.43 9988.6 39954.4 9988600 Bột lọc kg 0,7 14 56 14000 PHẦN IV:TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ IV.1. Thiết bị trong phân xưởng nghiền IV.1.1. Cân nguyên liệu Lượng gạo cần dùng trong một ngày là 3983,2 kg. Trong một mẻ là: 995.8kg Lượng malt cần dùng trong một ngàylà 11948,8 kg.Trong một mẻ là 2987,2kg Vậy chọn cân có mã cân là 2000kg Cân hoa dùng cân đĩa có mã cân là 10kg IV.1.2.Chọn máy nghiền malt Là loại máy nghiền malt ướt gồm 2 cặp trục. Malt được gầu tải vận chuyển lên cân sau đó lại tiếp tục vận chuyển sang nghiền, trong quá trình nghiền có phun nước → sữa malt. Thiết bị có hai silo, 1để chứa khi cân,1 để chứa trước khi nghiền. Chọn máy năng suất nghiền 3 tấn/giờ, được nhập khẩu từ CHLB Đức. IV.1.3. Chọn máy nghiền gạo Là máy ngiền búa, chọn máy dựa trên năng suất nghiền của máy. Lượng gạo cần nghiền trong mỗi ngày là: 3983,2kg, nghiền khô cho cả ngày sản xuất. Chọn máy nghiền có công suất 1000kg/h. IV.1.4. Thùng chứa malt trước khi nghiền Cứ 1000kg malt có thể tích 1,3 m3 nên lượng malt 1 mẻ có thể tích Vmalt = = 3,88 (m3) Hệ số đổ đầy thùng là 0,9. Thể tích của thùng là: Vt= = 4,3 (m3) Chọn thùng thân trụ đáy côn, góc đáy côn là 45o, đường kính D, chiều cao trụ H = 0,6D, chiều cao đáy côn h = 0,5D . Thể tích thùng : Vt= = 0,602D D = = 1,93 (m) Chọn thùng chứa bột malt có các thông số sau: +Đường kính D = 2000 mm +Chiều cao trụ H = 1200 mm +Chiều cao đáy côn h = 1000 mm IV.1.5. Thùng chứa bột gạo Khối lượng gạo dùng cho một mẻ nấu là: 995,8kg/mẻ. Vì 1000kg bột gạo có thể tích là 0,75 m3 nên thể tích khối bột gạo của một mẻ nghiền với tổn thất nghiền 0,5% là. Vbột == 0,74 m3 Hệ số sử dụng thùng là 0,9 nên thể tích thùng là: = 0,83 (m3) Chọn thùng chứa hình trụ đáy côn, đường kính D, chiều cao trụ H = 0,6D, chiều cao đáy h = 0,5D thể tích thùng là: Vt= D= Chọn thùng chứa bột gạo có các thông số là: + Đường kính D = 1200 mm + Chiều cao trụ H =720 mm + Chiều cao đáy h = 600 mm IV.2. Thiết bị trong phân xưởng nấu IV.2.1. Nồi hồ hoá Lượng nguyên liệu đưa vào nồi nấu gạo, gồm có bột gạo và malt lót bằng 10% lượng bột gạo, là: Lượng nước đưa vào nồi hồ hoá (tỷ lệ nước: nguyên liệu = 5:1) là: 5 x (995,8 x 0,995 + 0,1 x995,8 x 0,995) = 5449,5 kg Tổng khối lượng dịch hồ hoá là: 6(995.8=6539.4 kg Khối lượng riêng của dịch là 1080 (kg/m3) Vậy thể tích dịch nấu là: Vd= Hệ số chứa của nồi nấu là: 0,75. Thể tích thực của nồi là: Vt = Ta chọn nồi hai vỏ, thân trụ, đường kính D, chiều cao trụ H = 0,6D, chiều cao đáy h = 0,2D, chiều cao nắp h2 = 0,15D. Thể tích của nồi là: Vt = D = Vậy ta chọn đường kính nồi là: D = 2400 mm. Lớp vỏ áo hơi dầy100mm. Đường kính ngoài: Dn = 2400 + 2 x 100 = 2600 (mm) Chiều cao trụ H = 2400 x 0,6 = 1440(mm) Chiều cao đáy h1 = 2400 x 0,2 = 480 mm Chiều cao nắp h2=2400 x 0,15 = 360 mm Chọn cánh khuấy cong, đường kính cánh khuấy là: 2400 – 600 = 1800 (mm) Động cơ cánh khuấy 8 kw Số vòng quay: 30 vòng/phút. ● Tính diện tích truyền nhiệt: Cứ 1m3 bề mặt dịch cần 0,7 m2 bề mặt truyền nhiệt. Vậy bề mặt truyền nhiệt là. F = 0,7 Vdịch = 0,7x6,055 = 4.2385 m2 Đặc tính kỹ thuật của nồi như sau: V = 8,07 m3 Bề dầy thành thiết bị 10mm. IV.2.2 Tính và chọn nồi đường hoá. Khối lượng malt dùng cho một mẻ đường hoá 2987.2kg sau nấu cháo tổn thất là 5% do bay hơi nước khối lượng dịch cháo chuyển sang nồi đường hoá là: 6539.4 x 95%=6212.43(kg) Khối lượng dịch malt là: (2987.2 x 0.995 – 995.8 x0.1 x 0.995) x 5 = 14365.9 kg Tổng lượng dịch trong nồi đường hoá là: 6212.43 + 14365.9 = 20578.33 (kg) Khối lượng riêng d = 1,08kg/l nên thể tích của dịch đường hoá: Vd = Hệ số sử dụng nồi là Vt= Chọn các thông số kích thước tương tự như nồi hồ hoá: H=0,6D; h1=0,2D; h2=0,15D. Vt= D= Chọn đường kính trong Dt = 3,4m Đường kính ngoài Dn= 3,4 + 2 x 0,1 = 3,6m Chiều cao trụ H = 0,6Dt = 2.04m Chiều cao đáy h1 = 0,2Dt = 0,68m Chiều cao nắp h2 = 0,15Dt = 0,51m Đường kính cánh khuấy cong d = 2.8m Số vòng quay cánh khuấy 30 vòng/phút. ●Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi: Cứ 1 m3 dịch cần 0,7m2 bề mặt truyền nhiệt. Vậy bề mặt truyền nhiệt là: F = Vdịchx0,7 = 19.05 x 0,7 = 13.3351 (m2) Vậy đặc tính kỹ thuật của nồi đường hoá như sau: V = 25,8125 (m3) Bề dầy thành thiết bị 10mm Diện tích truyền nhiệt thực là 13.3351 (m2) IV.2.3. Thiết bị lọc đáy bằng Cứ 1kg nguyên liệu sẽ cho từ 1.8 ¸ 2.2 (lít) bã ẩm, chọn thể tích của bã từ 1kg nguyên liệu là 2 lít. Nguyên liệu cho một mẻ nấu là 3983 kg. Vậy thể tích của bã ẩm là: 3983 x 2 = 7966 lít = 7.966 m3 Để đảm bảo lọc tốt thì chiều cao lớp lọc là h = 400 ¸ 600mm. Chọn h = 500mm thì diện tích đáy thùng lọc là: S = Đường kính thùng lọc là: Chọn đường kính thùng lọc là 4.5 (m) + Tính chiều cao thùng. Lượng dịch đường hoá sau một mẻ đường hoá: Vd = 19.05(m3) Chiều cao của lớp dịch trong thùng Hd là: Hệ số đổ đầy thùng 0.7 nên thể tích của thùng lọc là: Chiều cao trụ của thùng lọc là: Vì đáy thực và đáy giả cách nhau 20 – 25cm. Chọn 20cm nên chiều cao trụ thực là: 1.7 + 0.2 = 1.9 (m) Chiều cao nắp thùng lọc h2 = 0.15D = 0.675 (m) Nồi hai vỏ để cung cấp hơi, giữ nhiệt độ dịch đường luôn mức 75C0 trong suốt quá trình lọc và rửa bã. Đường kính ngoài. Dn = 4.5 + 2x0.1 = 4.7(m) Thùng có hệ thống dao cào và đảo lớp lọc, đáy bằng có kích thuỷ lực để điều chỉnh nâng lên hạ xuống nó có thể quay quanh trục để đảo bã và dàn đều lớp bã sau khi đảo, tốc độ quay 16 vòng/phút, công suất động cơ 3Kw. Đáy giả có độ rộng khe là 0.7mm IV.2.4. Thùng chứa bã malt và gạo. Thể tích bã của một mẻ nấu là 7.966 (m3) Hệ số đổ đầy thùng là 0.9 nên thể tích thực của thùng chứa là: Chọn thùng thân trụ đáy côn, góc đáy côn là 450C, đường kính D, chiều cao trụ H = 0.6D. Thể tích thùng. Vt= = D = H = 0.6xD = 0.6x2.45 = 1.47 m Thùng chứa bã được cho một mẻ, yêu cầu bã được lấy hết sau một mẻ. IV.2.4. Tính và chọn nồi nấu hoa Theo phần tính cân bằng sản phẩm thể tích dịch nóng sau nấu hoa một mẻ là: 23414(lít) Quá trình nấu hoa tổn thất 10%. Thể tích dịch trước nấu hoa một mẻ: Hệ số sử dụng nồi là 0.7nờn thể tớch thực của nồi là: Chọn H= D, h1= 0.2D, h2 = 0.15D. Vì thể tích thùng: Vt = = 0.93D3 Vt = 32.5(m3) D = Vậy chọn đường kính trong của nồi là Dt = 3.3m Đường kính ngoài Dn = Dt + 2 x 0.005 = 3.31m Chiều cao trụ H = 1.0D = 3.3m Chiều cao đáy: h1 = 0.2Dt = 0.66m Chiều cao nắp: h2 = 0.15Dt = 0.495m Bề dầy vỏ thiết bị: 5mm, cửa quan sát 300mm Ngoài ra còn có nhiệt kế, đèn chiếu sáng. ● Tính bề mặt truyền nhiệt của nồi đun hoa. Tỷ lệ giữa diện tích bề mặt truyền nhiệt với một đơn vị thể tích dịch là 0.8m2/m3 dịch. Vậy ta có: F = 0.8 x Vd = 0.8 x 26.015 = 20.812 (m2) Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm có ống tuần hoàn trung tâm. Chọn ống truyền nhiệt có đường kính d = 50mm. Số hình lục giác là 5 nên số ống là: 3 x 52 + 3 x 5 + 1 = 91 ống Đường kính chùm ống: D = t( b - 1 ) + 5d t- khoảng giữa hai tâm ống: t = (1.2 - 1.5)d b- số ống bố trí trên đường xuyên tâm của hình lục giác. D = 1,2d( b-1) + 5d = 1.2 x 0.05 x 10 + 5 x 0.05 = 0.85m Chiều dài của toàn bộ các ống truyền nhiệt: L = Chiều dài của một ống: 1 = Chọn nồi nấu hoa là thiết bị bằng thép không rỉ, thân hình trụ nắp chóp, đáy hình chỏm cầu, có cửa để cho hoa. IV.2.5. Tính thùng lắng xoáy. Thể tích dịch nóng đem đi lắng trong và làm nguội sơ bộ là: 23414 (l) Hệ số sử dụng thựng lắng xoáy là: 0.75 Chọn thùng lắng xoáy thân trụ, đáy nghiêng 20, đường kính D, chiều cao trụ H = 0.8D, chiều cao đỉnh h2 = 0.15D. Thể tích thùng là: Vt= D= Chọn đường kính thùng lắng xoáy là: D = 3.6m Chiều cao phần trụ H = 2.88m Chiều cao phần đỉnh h2 = 0.15D = 0.54m Lớp vỏ dầy 5mm. Vật liệu chế tạo là thép không rỉ, ống thông hơi đường kính 200mm. Có tất cả 4 van, hai van ở thân trụ, một van ở cuối góc nghiêng 20 của đáy và một van cốc xả cặn nóng. IV.2.6. Máy làm lạnh nhanh Chọn thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản một cấp dùng tác nhân làm lạnh là nước 20C. Lượng dịch cần làm lạnh trong một mẻ là: 21804 lít. Thời gian làm lạnh là 1giờ, hệ số sử dụng là 80%. Năng suất máy 21804/ 0.8 = 27255 (l/h) = 27,255 m3. Chọn máy làm lạnh dạng tấm bản: Năng suất 28m3/h Nhiệt độ dịch vào 800C Nhiệt độ dịch ra 100C – 120C Nhiệt độ nước vào 20C Nhiệt độ nước ra 60 – 700C IV.2.7. Tính và chọn nồi đun nước nóng. Nước nóng dùng để rửa bã và vệ sinh thiết bị. Nước rửa bã 9988.6 lít/mẻ. Nước vệ sinh nồi nấu: 300 lít. Nước vệ sinh nồi đường hoá: 300 lít. Nước vệ sinh nồi lọc đáy bằng: 600 lít. Nước vệ sinh nồi nấu hoa: 400 lít. Nước vệ sinh thùng lắng xoáy: 300 lít. Do đó thể tích nước nóng cần dùng cho một mẻ nấu là: 9988.6 + 300 +300 + 600 +400 + 300 = 11888.6 lít/mẻ Hệ số sử dụng của thùng là nên thể tích thực của thùng là: Chọn thùng hai vỏ, H= 1.2D, đáy h1 = 0,2D, nắp h2=0,15D. Vt = = 1.085D3 Vt = 14.86(m3) D = Chọn đường kính trong là: 2.4 m Đường kính ngoài là: Dn = 2.4 + 2 x 0.06 = 2.52m H = 1,2D = 1.2 x 2.4 = 2.88m. h1 = 0,2D = 0,48m h2 = 0,15D = 0,36m Bề dầy của vỏ ngoài là 5mm, bề dầy của vỏ trong là 5mm. + Tính bề mặt truyền nhiệt. Cứ 1m3 dịch cần 0,7m2 bề mặt truyền nhiệt. Vậy bề mặt truyền nhiệt là: F = 0,7 x Vd = 0,7 x 11.888 = 8.3216m2 Khoảng cách giữa hai vỏ có bề rộng 50 mm Bề dầy của thép chọn: S = 5mm. Chọn phương thức truyền nhiệt: dựng phương thức ống ruột gà, đặt trực tiếp trong nồi nấu để tăng bề mặt truyền nhiệt. IV.2.8. Tính và chọn hệ thống CIP CIP gồm có 3 thùng: 1 thựng chứa NaOH 2% 1 thựng chứa HNO3 0,1% 1 thựng chứa nước Javen Mỗi mẻ nấu vệ sinh với chất lỏng CIP bằng 5% thể tích nồi nấu. Có 4 mẻ nấu 1 ngày, tuy nhiên ta tính cho một mẻ nấu vì thùng nấu hoa lớn nhất nên ta tính thể tích mỗi thùng CIP là theo thể tích thùng nấu hoa. Vt(thùng nấu hoa) = 32.5m3 Hệ số sử dụng thựng CIP là 0,9 thể tích của mỗi thùng CIP: Chọn cấu tạo của thùng: thân trụ cao H = D, đáy chỏm cầu h = 0,15D, nắp bằng, có các van cấp dịch, van hồi dịch, cửa đưa hoá chất vào. Các thùng CIP có thể tích và kích thước như nhau. Vậy đường kính thùng chọn là D = 1,3m Chiều cao trụ H = D = 1,3m Chiều cao đáy h1 = 0,15D = 0.195m Nhược điểm: không tự động hoá, phải pha hoá chất theo mẻ. Ưu điểm: Thiết bị không cồng kềnh, dễ vận hành thao tác. IV.2.9. Chọn bơm + Bơm cho các nồi nấu gồm 6 bơm. Tính năng suất bơm theo thể tích dịch đường cần chuyển sang nồi lắng xoáy từ nồi nấu hoa. Thể tích dịch sau nấu hoa: 23414(lít) = 23.414 (m3). Thời gian bơm dịch là 30 phút, hệ số sử dụng của bơm là 0,8. Năng suất bơm: N=== 58.535 (m3/h) chọn bơm ly tâm cố định, năng suất chung là 60 (m3/h) + Bơm cho hệ thống cip: Dùng bơm di động, số lượng 2 chiếc, bơm lần lượt từng dung dịch vệ sinh vào thùng sau thời gian ngâm thì bơm về thùng hồi cip Năng suất bơm: N == 4.5 (m3/h) Năng suất bơm di động là: 5 (m3/h) IV. 3. Tính và chọn thiết bị trong phân xưởng lên men IV. 3.1. Tính và chọn thùng lên men Thể tích hữu ích của thùng lên men bằng lượng dịch đường chứa trong thùng. Ở đây ta chọn lượng dịch đường cho cả ngày sản suất. Vd = 87216 (lít ) = 87.216 m3 Vd > 50 m3 nên chọn tỷ lệ H/D = 4(H là chiều cao phần trụ). Thùng lên men có kích thước sau: đường kính trong D h1: chiều cao phần đáy côn góc 600 h1 = Hệ số đổ đầy thùng là 0,8 vậy thể tích thực của thùng lên men là: Thể tích cả thùng tính theo công thức: Þ Chọn đường kính thùng D = 3.2m. Chiều cao trụ H = 4D = 12.8m. Chiều cao nắp h1 = 0,1D = 0.32m. Chiều cao đáy h2 = 2.77 m. Chiều cao thùng lên men: thùng lên men đặt cách nền 1m, vậy chiều cao thùng tính từ nền nhà là: Ht = 1 + h1 + H + h2 = 1 + 2.77 + 12.8 + 0,32 = 16.89(m). Diện tích bề mặt truyền nhiệt: cứ 1m3 dịch cần 0,7 m2 mặt truyền nhiêt: F = 0,7V = 0,7 ´87.216 = 61.05 (m2) + Tính số thùng lên men : Số lượng thùng lên men được tính theo công thức sau : N = thùng T: chu kỳ lên men (ngày). Chọn thời gian lên men chính : 7 ngày Thời gian lên men phụ : 14 ngày . Chu kỳ lên men: T = 21 (ngày) Mỗi thùng lên men chứa lượng dịch lên men bằng lượng dịch đường nấu được trong 1 ngày nên Vt = V số thùng lên men là : N = T +1 = 22 (thùng ). Chọn số thùng dự trữ là 1 nên tổng số thùng lên men là 23. IV.3.2 Tính và chọn thiết bị gây men. a.Tính thùng gây men giống cấp II Có: V2hi = V2hi = < 20m3 nên chọn H = D. Chọn thùng có đáy và nắp hình chỏm cầu để tạo điều kiện cho men phân tán đều trong dịch. Chiều cao đáy h1= 0,2D, chiều cao nắp h2= 0,15D. Thể tích thùng là: Vt= = 0.93D3 Hệ số đổ đầy thùng là 0.75 Chọn đường kính trong là D = 2m Chiều cao thân trụ H = 2m Chiều cao đáy h1 = 0,2D = 0,2 x 2 = 0,4m Chiều cao nắp h2 = 0.15D = 0.15 x 2 = 0.3m Đường kính ngoài Dn = 2 + 2 x 0.05 + 4 x 0.005 = 2.12m b.Tính thùng gây men giống cấp I. Vhi1 = Thể tích của thùng là: Chọn tỷ lệ H = D, h1 = 0.2D, h2 = 0.15D thì: Vt= = 0.93D3 Chọn đường kính trong của thùng cấp I là: D = 1,6m Đường kính ngoài Dn = 1,6 + 2 x 0,05 + 4 x 0,005 = 1,72m Chiều cao trụ H = D = 1,6m Chiều cao đỏy h1 = 0,2D = 0,32m Chiều cao nắp h2 = 0,15D = 0,24m IV.3.3.Thùng rửa men và bảo quản men dùng lại. Chọn thùng : Sau khi lên men nấm men có thể bị nhiễm tạp nên cần phải xử lý bằng axít H3PO4 0,6% hoặc bằng kiềm nhẹ, do vậy: vật liệu làm bằng thép không rỉ chịu được độ PH dao động từ 4 : 8. Kích thước thân trụ (đường kính D, chiều cao H=D), đáy hình côn. Chiều cao đáy h1= 0,2D, chiều cao nắp h2 = 0,15D Tính toán Lượng men thu được thường vào khoảng 2% so với dịch lên men. Dịch lên men của một thùng 87,216 m3 Lượng men cặn của một thùng là : 2% x 87,216 = 1,744 (m3) Thùng rửa men chứa 40% men , còn lại là nước vô trùng Vt = = 4,36 (m3) Thể tích thùng: Vt = Vt= 0,898D3 D = = 1,693 m Chọn D = 1,7(m). Vậy D = H = 1,7 (m), h1 = 0,34m, h2 = 0,255m. Thùng đặt cách mặt đất 0,8m nên chiều cao thùng là Ht = 0,8 + 1,7 + 0,34 + 0,255 = 3,095 (m) Vậy thụng số của thựng: V = 4,36(m3) H = D = 1.7 (m) Để đảm bảo chất lượng của nấm men em chọn chu kỳ tái sử dụng là 7 lần đồng thời luôn phải kiểm tra nghiêm ngặt độ nhiễm tạp và hoạt tính của giống. IV.3.4. Chọn máy lọc bia. Thời gian lọc bia mỗi ca là 4h, lọc trong 2 ca. Lượng bia trong một tank lên men là: 83,728m3 . Hệ số sử dụng máy là = 0.8. Năng suất lọc: N = = 13,0825 (m3/h) Chọn máy lọc có năng suất 15(m3/h) IV.3.5 . Thùng chứa bia và bão hoà CO2 sau khi lọc. Trước tiên để có CO2 dùng để bão hoà thì: Thu hồi CO2 Mục đích: Thu và sử lý CO2 để được CO2 tinh khiết nhằm phục vụ cho việc bão hoà CO2 sau này cho bia thành phẩm, CO2 có tính ứng dụng cao trong sản xuất các loại đồ uống có ga. Nếu lượng CO2 sử dụng trong nhà máy không hết thì có thể bán CO2 ra thị trường, CO2 là sản phẩm phụ được tạo ra trong quá trình lên men bia. - Thùng chứa bia có thể tích bằng 1/3 thùng lên men, đáy và nắp hình chỏm cầu. Chiều cao phần trụ H = 1,5D, chiều cao nắp h2 = 0.15D, chiều cao đáy h1 = 0.2D. Hiệu suất sử dụng là 0,8. Vt = = 36,34 m3 Thể tích chứa bia: V = 36,34 x 0,8 = 29,072 (m3) Vt = Vt = 1,32D3 D = = = 3,019 m. Đường kính trong của thùng chứa bia là: D = 3m. H = 1,5D = 4,5m h1 = 0,2D = 0,6m h2 = 0,15D = 0,45m Khoảng cách từ đáy thiết bị tới nền nhà là 0,8m. Vậy chiều cao của thùng chứa tính từ nền nhà là: Ht = H + h1 + h2 + 0,8 = 4,5 + 0,6 + 0,45 + 0,8 = 6,35 (m). Chọn tác nhân làm lạnh là glycol, thời gian bão hoà CO2 từ 60 đến 90 phút. Nhiệt độ của thùng khoảng 0 – 10C Thiết bị làm việc phải chịu áp cao 4 – 5 kg/cm2 Chọn 4 thùng chứa bia IV.4. Tính và chọn thiết bị trong phân xưởng chiết chai. 1. Máy rửa chai Sử dụng máy rửa chai MOG 31 A. Đặc tính kỹ thuật của máy: + Công suất 12000 chai/h . + Thời gian xử lý tổng cộng 15 phút + Hơi khởi động (p = 2,5 bar): 430 kg/h + Hơi làm việc (p = 0,4 bar ): 410 kg/h + Nước (p = 1,5 bar): 4,8 m3/h. + Điện lắp đặt 30 kw Kích thước thiết bị + Dài 8451 mm + Rộng 2800 mm + Cao 2550 mm +Trọng lượng máy 10900 kg 2. Máy chiết chai đẳng áp BF_ 36.1 Các dữ liệu kỹ thuật: Số van chiết : 36 Số đầu đóng dập nút :8 Đường kính chai: từ 65 : 73 mm . Kích thước máy: Mặt trước 2215 mm Rộng 2040 mm Cao 2330 mm Trọng lượng xấp xỉ bằng 3840 kg Điện liên kết 380 v , 50 Hz Áp suất khí: 3 bar Điện lắp đặt: 3Kw 3. Hệ thống thanh trùng chai Thiết bị thanh trùng Thông số kỹ thuật Diện tích: 18m x 2,5m. Công suất 10000 chai/h Đường kính chai bằng 65-73 m Chu trình thanh trùng: 60 phút Nhiệt độ đầu vào 50C Nhiệt độ đầu ra 250C Thanh trùng trong 10 phút tại nhiệt độ 620C Điện áp lắp đặt: 20Kw Mức tiêu thụ nước: 6-8 m3/h 4. Máy dán nhãn Sử dụng máy kiểu quay với ổ nhãn cố định ROTIX69 Các thông số kỹ thuật của máy như sau : Năng suất: 3000 – 9000 chai/h Loại nhãn: nhãn thân Đường kính chai: 65 – 73 mm Kích thước nhãn: 40 – 180 mm Động cơ điện chính: 2,2 kw Khí nén tiêu thụ (điều kiện p = 3 bar ): 6 m3 Chiều cao băng tải: 1000 – 1100 (mm) Trọng lượng máy 990 (kg) Bơm chân không GKW2,2 KW (60 m 3/h ) Kích thước máy: Chiều dài 3300 mm Chiều rộng 1145 mm Chiều cao 1250 – 1400 mm 5.Các thiết bị vận chuyển Các thiết bị vận chuyển bao gồm: 4 gầu tải vận chuyển tại nhà nghiền, một vít tải để đổ nguyên liệu vào nồi nấu. Bảng tóm tắt thiết bị: STT Tên thiết bị Số lượng Kích thước(m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 22 23 24 25 26 27 Máy nghiền malt Máy nghiền gạo Thùng chứa malt trước khi nghiền Thùng chứa bột gạo Nồi hồ hoá Nồi đường hoá Nồi lọc đáy bằng Thùng chứa bã malt và gạo Nồi nấu hoa Thùng lắng xoáy Máy làm lạnh nhanh Nồi đun nước nóng Thùng CIP Thùng lên men Thiết bị gây men giống cấp II Thiết bị gây men giống cấp I Thựng rửa men và bảo quản men dùng lại Máy lọc khung bản Thùng chứa bia và bão hoà CO2 sau lọc Máy rửa chai Máy chiết chai Hệ thống thanh trùng Máy dán nhãn Thiết bị vận chuyển Máy bắn ngày tháng 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 23 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 D = 2; H = 1,2; h1 = 1 D = 1.2; H = 0,72; h1 = 0.6 Dt=2,4; Dn=2,6; H=1,44; h1=0,48; h2= 0,36 Dt=3,4;Dn=3,6; H = 2; h1=0,68; h2= 0,51 D =4,5; H = 1,9; D= 2,45; H = 1,47 D=3,3; H = 3,3; h1=0.7; h2= 0.5 D= 3,6; H = 2,88; h2= 0,54 D= 2,4; H = 2,9; h1=0,48; h2= 0,36 D = 1,3; H = 1,3; h1= 0,2 D= 3,2; H =12,8; h1=0.32 ; h2= 2,77 D= 2; H = 2; h1=0.4; h2= 0,3 Dt= 1,6; H = 1,6; h1=0,32; h2= 0,24 D = 1,6; H = 1,6; h1= 0,34; h2= 0,25 D= 3; H = 4,5; h1=0,6; h2= 0,45 8,451 x 2,8 x 2,55 2,215 x 2,04 x 2,33 18 x 2,5 x 1,8 3,3 x 1,145 x 1,4 PHẦN V: TÍNH XÂY DỰNG 1. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy Việc lựa chọn địa điểm để xây dựng nhà máy là một nhiệm vụ hết sức quan trọng, thậm chí nó quyết định đến sự sống còn của nhà máy. Công việc này rất phức tạp nên phải thật cận trọng và tỉ mỉ, đòi hỏi phải có sự tham gia của nhiều ngành như: kỹ sư kiến trúc, kỹ sư xây dựng, kỹ sư địa chất, kỹ sư công nghệ, kỹ sư kinh tế... Với đề tài “ Thiết kế nhà máy sản xuất bia chai năng suất 20 triệu lít/năm”, em quyết định đặt nhà máy tại khu công nghiệp Tiên Sơn- Bắc Ninh. Đây là khu công nghiệp mới được đầu tư xây dựng và là khu công nghiệp trọng điểm của tỉnh. Việc đặt nhà máy ở đây có nhiều thuận lợi như sau: Về nguyên liệu: Malt có thể nhập từ nước ngoài hay nhập trực tiếp từ nhà máy sản xuất malt tại khu công nghiệp Tiên Sơn. Gạo thu mua trực tiếp tại các khu vực lân cận hoặc ngay tại tỉnh nhà. Các nguyên liệu khác như chế phẩm enzyme, hoa houblon nhập từ nước ngoài về. Về năng lượng: Sử dụng mạng điện lưới quốc gia chạy qua khu công nghiệp, có sử dụng trạm biến áp. Để tạo hơi cho quá trình nấu, sử dụng than thu mua từ Quảng Ninh và vận chuyển bằng đường sắt về ga Yên Viên rồi vận chuyển bằng đường bộ tới nhà máy. Nguồn nước sử dụng cho các công đoạn sản xuất và sinh hoạt được lấy từ nguồn nước của khu công nghiệp, xong phải qua khâu xử lý để đảm bảo chất lượng đạt yêu cầu. Vật liệu xây dựng: Các vật liệu như đá, vôi, ximăng, sắt thép, tấm lợp sử dụng ngay tại tỉnh nhà vừa rẻ vừa vận chuyển dể dàng tốn ít thời gian, dể cơ động. Về giao thông: Khu công nghiệp Tiên Sơn nằm gần quốc lộ 1B và quốc lộ 5 nên thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu cũng như sản phẩm đi tiêu thụ. Khả năng tiêu thụ sản phẩm: Bắc Ninh là một tỉnh khoảng 1 triệu dân, đời sống người dân nơi đây ngày càng được cải thiện, nên nhu cầu ngày càng lớn. Vì vậy, nhu cầu về đồ giải khát là rất lớn. Từ đây, sản phẩm có thể được vận chuyển đến các quận, huyện trong tỉnh hoặc có thể vận chuyển sang các tỉnh, thành phố lân cận như: Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Giang và cả Hà Nội bằng đường bộ . Nguồn nhân công: ở đây nguồn nhân công khá dồi dào, đảm bảo cung ứng đầy đủ cho việc xây dựng và vận hành máy móc. Các sản phẩm phụ như bã malt có thể bán cho các hộ chăn nuôi trong khu vực hoặc bán cho các công ty thức ăn gia súc. Về việc đảm bảo vệ sinh công nghiệp: Để không ảnh hưởng đến môi trường, đến sức khoẻ người lao động, đến khu vực sinh sống của người dân, thì ngoài việc khu công nghiệp này đặt xa khu dân cư. Nhà máy còn tiến hành trồng cây xanh xung quanh nhà máy để hạn chế tác hại từ nhà máy hoặc từ khu vực khác ảnh hưởng đến môi nhà máy. Nước thải thì được xử lý một cách nghiêm ngặt, đúng tiêu chuẩn công nghiệp. Tóm lại, với những ưu thế như trên. Việc xây dựng nhà máy sản xuất bia hơi tại khu công nghiệp Tiên Sơn là hoàn toàn hợp lý và chắc chắn đem lại hiệu quả kinh tế cao. 2. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 2.1. Xác định kích thước các hạng mục công trình Kho nguyên liệu: Lượng nguyên liệu sử dụng tối đa trong một ngày là: 15932 kg Xây dựng nhà kho nguyên liệu dùng để chứa trong một tháng (25 ngày sản xuất). Vậy lượng nguyên liệu cần dự trữ trong một tháng là: 15932 x 25 = 398300(kg) Malt và gạo được đóng trong các bao 50 (kg), cứ 1m2 diện tích nhà kho chứa được 2 bao. Các bao xếp thành 10 chồng. Vậy mỗi m2 xếp được một lượng nguyên liệu là: 2 x 10 x 50 = 1000 (kg) Hệ số sử dụng của kho là 0,7. Vậy diện tích thực của nhà kho là: = 569 m2 Diện tích mở rộng chiếm 20% diện tích kho, nên diện tích thiết kế là: 569 + 0,2 x 269 = 682,8 Chọn nhà kho có kích thước như sau: + Chiều rộng: 24(m) + Chiều dài: 30(m) + Diện tích: 720 (m2) Nhà sản xuất chính Nhà sản xuất chính bao gồm 3 khu: khu nghiền nguyên liệu, khu nấu và khu đặt một phần thiết bị của phân xưỏng lên men. Hai khu nấu và nghiền được ngăn cách nhau bởi một bức tường. Các phần được bố trí trong nhà sản xuất chính: STT Tên thiết bị Kích thước (mm) Số lượng 1 Máy nghiền malt 1850 x 1600 x 1650 1 2 Máy nghiền gạo 1290 x 1000 x 1700 1 3 Gầu tải 400 x 400 x 4000 4 4 Nồi hồ hoá D = 2600, H = 2280 1 5 Nồi đường hoá D = 3600, H = 3230 1 6 Thùng lọc bã D = 3400, H = 1985 1 7 Nồi đun hoa D = 3200, H = 3040 1 8 Thùng lắng xoáy D = 2700, H = 3105 1 9 Máy lạnh nhanh 400 x 400 x800 1 10 Máy sục khí 500 x 1000 x 1000 1 11 Thiết bị đun nước nóng D = 2520, H = 3700 1 12 CIP nấu D =1300, H = 1500 4 13 Thùng gây men cấp I D = 1720, H = 2200 1 14 Thùng gây men cấp II D = 2120, H = 2700 1 15 Thùng rửa men cặn D = 1700, H = 3000 1 16 CIP lên men D = 1300, H = 1500 3 17 Máy lọc bia 1 Dựa vào kích thước các thiết bị có thể chọn nhà sản xuất chính có kích thước sau: + Chiều rộng: 30 (m) + Chiều dài: 36(m) + Diện tích: 1080(m2) Khu lên men ở khu lên men này chỉ bố trí các thùng lên men, có tất cả 24 thùng lên men, với đường kính mỗi thùng là 3,2(m). Vậy chọn kích thước khu đặt tank lên men là: + Chiều rộng: 24(m) + Chiều dài: 36 (m) + Diện tích: 864 (m2) Nhà hoàn thiện sản phẩm Nhà hoàn thiện sản phẩm bao gồm các bộ phận như sau: Dây chuyền chiết chai Dựa vào kích thước thiết bị đã tính và các tiêu chuẩn trong xây dựng công nghiệp em chọn nhà hoàn thiện sản phẩm có kích thước như sau: + Chiều rộng: 24(m) + Chiều dài: 36(m) + Diện tích: 864(m2) Kho chứa bia thành phẩm Lượng bia chai sản xuất trong một ngày là 177778 chai Mỗi két chứa được 24 chai nên số két là 7407 két. Thông thường 1m2 xếp được 6 két, két được xép thành 10 chồng. Vậy diện tích chứa bia chai là m2 Hệ số sử dụng kho là 70% và kho chứa lượng bia sản xuất trong 4 ngày. Vậy diện tích kho là: m2 Diện tích mở rộng chiếm 20% diện tích kho nên tổng diện tích kho chứa sản phẩm là: 617,14 x (1 + 0,2) = 805,37 (m2) Chọn kho chứa sản phẩm có kích thước như sau: Chiều dài: 36m Chiều rộng: 24m Diện tích: 864m2 Nhà để xe: Chọn nhà để xe có kích thước như sau: + Chiều rộng: 9 (m) + Chiều dài: 18 (m) + Diện tích: 162 (m2) Gara ôtô: Chọn diện tích Gara ôtô có kích thước sau: + Chiều rộng: 9 (m) + Chiều dài: 30 (m) + Diện tích: 270(m2) Nhà hành chính-phòng họp: Chọn nhà có kích thước như sau: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài:24m + Diện tích: 288m2 Hội trường: Chọn nhà c ó kích thước như sau: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài:24m + Diện tích: 288m2 Bếp-nhà ăn: Chọn nhà có kích thước như sau: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài: 24m + Diện tích: 288m2 Nhà vệ sinh: Chọn nhà vệ sinh có kích thước như sau: + Chiều rộng: 6m + Chiều dài: 9m + Diện tích: 54m2 Trạm biến áp: + Chiều rộng: 6m + Chiều dài: 6m + Diện tích: 36m2 Phân xưởng cấp khí nén và thu hồi CO2: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài: 18m + Diện tích: 216m2 Xưởng cơ điện: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài: 24m + Diện tích: 288m2 Khu chứa bã: + Chiều rộng: 9m + Chiều dài: 12m + Diện tích: 108m2 Khu xử lý nước sạch: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài: 24m + Diện tích: 288m2 Khu xử lý nước thải: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài: 24m + Diện tích: 288m2 Phân xưởng hơi: + Chiều rộng: 9m + Chiều dài: 18m + Diện tích: 162m2 Bãi than: + Chiều rộng: 6m + Chiều dài: 9m + Diện tích: 54m2 Phòng bảo vệ: 2 phòng bảo vệ ở 2 cổng của nhà máy, mỗi phòng kích thước như sau: + Chiều rộng: 6m + Chiều dài: 6m + Diện tích: 2 x 36m2 Nhà giới thiệu sản phẩm: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài: 18m + Diện tích: 216m2 Bãi để vỏ chai: + Chiều rộng: 12m + Chiều dài: 24m + Diện tích: 288m2 Phòng KCS Chiều rộng: 12m Chiều dài: 12m Diện tích: 144 m2 Bảng tổng hợp các hạng mục công trình STT Tên hạng mục Kích thước(m) Diện tích(m2) 1 Phòng bảo vệ 2x(6 x 6) 72 2 Nhà để xe 9 x 18 162 3 Gara ôtô 9 x 30 270 4 Nhà hành chính-phòng họp 12 x 24 288 5 Nhà giới thiệu sản phẩm 12 x 18 216 6 Bếp-nhà ăn 12x 24 288 7 Kho nguyên liệu 24 x 30 720 8 Nhà sản xuất chính 30 x 36 1080 9 Khu lên men 18 x 36 648 10 Nhà hoàn thiện sản phẩm 24 x 36 864 11 Kho chứa thành phẩm 24 x 36 864 12 Bãi để vỏ chai 12x 24 288 13 Khu xử lý nước sạch 12 x 24 288 14 Khu lò hơi 9 x 18 162 15 Khu nén khí và thu hồi CO2 12 x 18 216 16 Khu chứa bã malt 9 x 12 108 17 Khu xử lý nước thải 12 x 24 288 18 Xưởng cơ điện 12 x 24 288 19 Bãi chứa than 6 x 9 54 20 Trạm biến áp 6 x 6 36 21 Nhà vệ sinh 6 x 9 54 22 Phòng KCS 12x12 144 23 Hội trường 12x24 288 Diện tích các hạng mục: 7686 m2 2.2. Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy Khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy, em dựa trên cơ sở là đảm bảo sự thuận lợi trong quá trình sản xuất để đạt được hiệu quả cao nhất. Đồng thời đảm bảo vệ sinh công nghiệp theo đúng tiêu chuẩn công nghiệp, cũng như tạo được thẩm mỹ đẹp và hài hoà không những cho nhà máy mà còn cho cả khu công nghiệp. Hiện nay, tồn tại hai giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy là: giải pháp phân vùng và giải pháp hợp khối. Do đặc thù của nhà máy, em chọn giải pháp phân vùng để thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. Giải pháp này có những ưu điểm sau: + Dễ dàng tạo thành các khu sản xuất độc lập. + Hạn chế sự ảnh hưởng vệ sinh công nghiệp. + Dễ dàng mở rộng nhà máy, khi cần tăng năng suất. + Thích hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam. + Dễ dàng quản lý theo khâu sản xuất. Theo giải pháp thiết kế này, em chia nhà máy thành 3 vùng như sau: Vùng trước nhà máy: Vùng này em bố trí các hạng mục sau: nhà hành chính-hội trường-phòng họp, phòng bảo vệ, gara ôtô, nhà ăn, nhà để xe, trạm y tế, nhà giới thiệu sản phẩm và sân thể thao. Các hạng mục này được bố trí dọc theo chiều dài nhà máy, đầu hướng gió, chiếm diện tích khoảng 7% tổng diện tích nhà máy. Vùng sản xuất: Bao gồm các hạng mục như: kho nguyên liệu, nhà sản xuất chính, khu lên men, nhà hoàn thiện sản phẩm và kho chứa thành phẩm. Các hạng mục bố trí ở giữa nhà máy, sau vùng trước nhà máy, cũng kéo dài dọc theo chiều dài nhà máy. Vùng sau nhà máy: Vùng này bố trí các hạng mục còn lại trong nhà máy bao gồm: kho chứa bock, trạm biến áp, khu nén khí và thu hồi CO2, xưởng cơ điện, nhà vệ sinh, khu chứa bã, khu xử lý nước sạch, khu xử lý nước thải và khu lò hơi. Được bố trí ở sau vùng sản xuất, cuối hướng gió. 2.3. Tính các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Hệ số xây dựng: Kxd Hệ số xây dựng được xác định như sau: Trong đó: A- tổng diện tích xây dựng của nhà máy (m2) B- tổng diện tích xây dựng của sân bãi sản xuất (m2) S- tổng diện tích của toàn nhà máy (m2) Từ tổng mặt bằng của nhà máy ta có: A = 7344(m2) B = 356 (m2) S = 22000 (m2) Vậy: Kxd = = 0,35 Hệ số sử dụng: Ksd Hệ số sử dụng được xác định như sau: Với C là diện tích chiếm đất của đường, mặt bằng hệ thống ống kỹ thuật, hè rãnh thoát nước. Từ mặt bằng nhà máy ta có: C = 7700 (m2) Ksd = = 0,7 Từ kết quả thu được, nhận thấy việc thiết kế xây dựng nhà máy như trên là hoàn toàn hợp lý, phù hợp với chỉ tiêu thiết kế của các nhà máy trong công nghệ thực phẩm. 3. Thiết kế nhà sản xuất chính Việc thiết kế nhà sản xuất là rất quan trọng, phải phù hợp với công nghệ, độ bền, an toàn và thẩm mỹ. Bởi tất cả những điều này đều ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới hiệu quả của quá trình sản xuất. Theo phần tính kích thước các hạng mục công trình, nhà sản xuất chính có kích thước như sau: Rộng: 30(m) Dài: 36(m) Chọn khung nhà cho phân xưởng sản xuất chính là khung thép mô phỏng Zamil Steel do chúng có cấu tạo đơn giản, dể cơ động, rút ngắn thời gian thi công, mở rộng phân xưởng một cách dễ dàng và cường độ chịu lực nén, uốn, kéo lớn. Dựa trên đặc điểm sản xuất, vận chuyển và tính kinh tế, em chọn nhà một nhịp 30m, bước cột 6m, có mở rộng hệ thống lưới cột chống gió. Cả phân xưởng được chia thành các khu vực sau: Khu nghiền được đặt ở bên phải và được ngăn cách với các khu khác bằng một bức tường, chiếm một diện tích là 144(m2). Khu nấu được đặt ở phía trong cùng và có thêm một sàn thao tác cao 3,3(m), chiếm diện tích 216(m2). Khu cuối cùng là nhân men, CIP nấu và thùng nước nóng, nước lạnh được đặt phía trước, thùng chứa bia bão hoà. Các thiết bị trong phân xưởng được bố trí theo dãy, dọc theo chiều dài phân xưởng. Hệ thống giao thông có thể hoạt động theo cả chiều ngang lẫn chiều dọc. Từ cách bố trí thiết bị, chiều cao thiết bị và khoảng không gian cho thao tác thiết bị, cũng như đặc điểm vận chuyển trong phân xưởng. Em chọn chiều cao nhà là 10m, không sử dụng cầu trục và không có kết cấu cửa mái. Ngoài ra, thiết kế phân xưởng không thể thiếu được việc lựa chọn các kết cấu sau: Kết cấu bao che: bao gồm tường, cửa sổ, tấm che mưa nắng, của đi và hệ thống thoát nước mái. Dựa trên cơ sở công nghiệp sản xuất cũng như đặc điểm sản xuất, em lựa chọn kết cấu bao che như sau: Tường: dùng loại tường gạch, dày 220mm. Do chịu lực tốt, dễ thi công, đơn giản, cách âm, cách nhiệt tốt. Cửa sổ: chọn loại cửa sổ quay theo trục ngang ở giữa,do chúng cấu tạo đơn giản, dễ đóng mở, che mưa tương đối tốt, có thể hứng gió xuống thấp để làm mát nơi làm việc của công nhân. Kích thước của cửa sổ là 3000 x 3000mm. Tấm che mưa, nắng: dùng tấm che ngang bêtông cột thép loại tấm che ngang đặc, loại này che năng, che mưa tốt. Cửa đi: sử dụng loại cửa mở 2 cánh, kích thước cửa: cao 4000mm và rộng 3000mm. Mái: chọn mái hai dốc, với độ dốc i = 1/10, cấu tạo của mái bao gồm: + tấm lợp kim loại phía trên cùng. + lớp cách nhiệt phía dưới. + tiếp đến là loại xà gồ C200. + hệ thống dầm mái phía dưới cùng. Hệ thống thoát nước mái: dùng loại thoát nước mái bao che bằng tường gạch, dày 220mm. Kết cấu sàn, nền, móng, dầm, cầu thang: Nền: cấu tạo của nền bao gồm + gạch lát nền dày 20mm. + bêtông nền chống thấm, dày 100mm. + lớp đất dầm chắc, dày 200mm. + đất tự nhiên. Sàn: dùng sàn bằng thép dày 20mm. Dầm: dùng hai loại dầm là dầm chính và dầm phụ, dầm chính sử dụng loại I600, còn dầm phụ dùng loại I400. Móng: dùng móng có kích thước như sau: + chiều dài: 1500mm + chiều rộng: 1500mm + cao: 300mm Cầu thang: dùng cầu thang thép chiều cao bậc 200mm, chiều dài 250mm. PHẦN VI: TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG I. Tính hơi v Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng (hoặc hạ) nhiệt độ khối dịch từ t1 lên t2 (hoặc từ t2 xuống t1): Q = G ´ C ´ (t2 - t1) (kcal) Trong đó: G: khối lượng dịch (kg) C: tỷ nhiệt của khối dịch (kcal/kgoC) t2: nhiệt độ cuối của dịch (oC) t1: nhiệt độ đầu của dịch (oC) v Nhiệt lượng cần cung cấp để duy trì ở các nhiệt độ: Q = q ´ w (kcal) Trong đó: q: hàm nhiệt của hơi nước (kcal/kg) w: lượng nước bay hơi (kg) v Lượng hơi cần cung cấp: D = (kg/h) Trong đó: Q: lượng nhiệt cần cung cấp (kcal) 0,96: độ bão hòa của hơi nước t: thời gian cấp nhiệt (h) ih: hàm nhiệt của hơi nước bão hòa (kcal/kg) - ih = 650 (kcal/kg) i: hàm nhiệt của nước ngưng tụ (kcal/kg) - i = 127 (kcal/kg) 1. Lượng hơi cấp cho nồi hồ hóa Trong quá trình hồ hóa có các giai đoạn: nâng nhiệt độ từ 50oC lên 95oC, giữ ở 95oC trong 15 phút, nâng nhiệt độ lên 100oC, giữ ở 100oC trong 30 phút. Trong quá trình này, lượng nước bay hơi 5% so với tổng lượng dịch. Độ ẩm của gạo là 14%, lượng gạo sau nghiền tối đa sử dụng cho một mẻ nấu là 2610(kg). Vậy lượng nước có trong gạo là: 2610 ´ 0,14 = 365.4 (kg) Độ ẩm của malt là 7%, lượng malt lót là 10% so với lượng gạo. Vậy lượng nước có trong malt lót là: 2610 ´ 0,1 ´ 0,07 = 18.27 (kg) Lượng nước cho vào nồi hồ hóa: (2610 + 2610 ´ 0,1) ´ 5 = 14355(kg) Vậy tổng lượng nước ban đầu trong nồi hồ hóa: 14355 + 365.4 + 18.27 = 14738.67 (kg) Tổng lượng hỗn hợp (bột + nước) trong nồi hồ hóa: (2610 + 2610 ´ 0,1) ´ 6 = 17226 (kg) Độ ẩm của dịch cháo: w = » 0,8556 tương ứng 85,56% Tỷ nhiệt của khối dịch C được tính theo công thức: C = + Trong đó: C1: tỷ nhiệt của chất hòa tan - C1 = 0,34 (kcal/kgoC) C2: tỷ nhiệt của nước - C2 = 1 Vậy: C = + » 0,9 (kcal/kgoC) Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ khối dịch từ 50oC lên 100oC: G = 17226 (kg) C = 0,9 (kcal/kgoC) t2 = 100oC t1 = 50oC Q1 = 17226 ´ 0,9 ´ (100 - 50) = 775170 (kcal) Lượng nước bay hơi: w1 = 17226 ´ 0,05 = 861.3 (kg) ở 95oC và áp suất khí quyển, hàm nhiệt của hơi nước (theo Sổ tay hóa công - tập 1) là: 546 (kcal/kg). Vậy: Q2 = 546 ´ 861.3 = 470269.8 (kcal) ở 100oC và áp suất khí quyển, hàm nhiệt của hơi nước (theo Sổ tay hóa công - tập 1) là: 539 (kcal/kg). Vậy: Q3 = 539 ´ 861.3 = 464240.7 (kcal) Lượng nhiệt cấp cho nồi hồ hóa: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 1245439.8 (kcal) Tổn thất nhiệt trong nồi hồ hóa: Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2% Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1% Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho nồi hồ hóa là: Qhh = = 1310989.26 (kcal) Lượng hơi cần cung cấp cho nồi hồ hóa: Dhh = » 2611.12(kg/h) 2. Lượng hơi cấp cho nồi đường hóa Trong quá trình hồ hóa có các giai đoạn: nâng nhiệt độ từ 45oC lên 53oC, giữ ở 53 oC trong 25 phút, nâng nhiệt độ lên 63oC, giữ ở 63oC trong 60 phút, nâng nhiệt độ lên 73oC, giữ ở 73oC trong 15 phút, nâng nhiệt độ lên 78oC. Trong quá trinh này, lượng nước bay hơi 5% so với tổng lượng dịch. Độ ẩm của malt là 7%, lượng malt sau nghiền tối đa dùng cho một mẻ nấu là 6095 (kg), lượng malt dùng làm malt lót bằng 10% so với lượng gạo. Vậy lượng nước có trong malt là: (6095 - 2610´ 0,1) ´ 0,07 = 408.38 (kg) Lượng nước cho vào nồi đường hóa: 29027.5 kg Vậy tổng lượng nước ban đầu trong nồi đường hóa: 408.38 + 29027.5 = 29435.88 (kg) Trong quá trình đun, lượng dịch cháo bay hơi 5%. Vậy lượng dịch cháo bơm sang nồi đường hóa là: 17226 ´ 0,95 = 16364.7 (kg) Lượng nước có trong dịch cháo bơm sang là: 14738.67 ´ 0,95 » 14001.74 (kg) Tổng lượng nước có trong nồi đường hóa sau khi bơm dịch cháo sang: 29435.88 + 14001.74 = 43437.62 (kg) Tổng lượng dịch trong nồi đường hóa sau khi chuyển dịch cháo sang: 16364.7 + (6095 – 2610 ´ 0,1) ´ 6= 51368.7 (kg) Độ ẩm của dịch: w = =0.845 % Tỷ nhiệt của khối dịch C được tính theo công thức: C = + Trong đó: C1: tỷ nhiệt của chất hòa tan - C1 = 0,34 (kcal/kgoC) C2: tỷ nhiệt của nước - C2 = 1 Vậy: C = + » 0,898(kcal/kgoC) Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ khối dịch từ 45oC lên 78oC: G = 51368.7 (kg) C = 0,898 (kcal/kgoC) t2 = 78oC t1 = 45oC Q1 = 51368.7 ´ 0,898 ´ (78 - 45) = 1522260.1 (kcal) Lượng nước bay hơi: w1 = 51368.7 ´ 0,05 = 2568.385 (kg) ở 53oC và áp suất khí quyển, hàm nhiệt của hơi nước (theo Sổ tay hóa công - tập 1) là: 580 (kcal/kg). Vậy: Q2 = 580 ´ 2568.385 =1489663.3 (kcal) ở 63oC và áp suất khí quyển, hàm nhiệt của hơi nước (theo Sổ tay hóa công - tập 1) là: 578 (kcal/kg). Vậy: Q3 = 578 ´ 2568.385 = 1484526.53 (kcal) ở 73oC và áp suất khí quyển, hàm nhiệt của hơi nước (theo Sổ tay hóa công - tập 1) là: 571 (kcal/kg). Vậy: Q4 = 571 ´ 2568.385 = 1466547.835 (kcal) Lượng nhiệt cấp cho nồi đường hóa: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 5962997.765 (kcal) Tổn thất nhiệt trong nồi đường hóa: Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2% Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1% Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho nồi đường hóa là: Qđh = = 6276839.753 (kcal) Lượng hơi cần cung cấp cho nồi đường hóa: Dđh = = 6250.84 (kg/h) 3. Lượng hơi cấp cho nồi nấu hoa Lượng dịch trước đun hoa: 64060 (kg) Lượng nước trong dịch trước đun hoa: 57142.5(lít) tương đương 57142.5 Vậy, độ ẩm của dịch trước đun hoa: w = = 0,892 = 89.2% Tỷ nhiệt của khối dịch C được tính theo công thức: C = + Trong đó: C1: tỷ nhiệt của chất hòa tan - C1 = 0,34 (kcal/kgoC) C2: tỷ nhiệt của nước - C2 = 1 Vậy: C = + = 0,93 (kcal/kgoC) Sau khi lọc, nhiệt độ khối dịch vào khoảng 70oC. Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ khối dịch từ 70oC lên 100oC là: G = 64060 (kg) C = 0,93 (kcal/kgoC) t2 = 100oC t1 = 70oC Q1 = 64060 ´ 0,93 ´ (100 - 70) = 1787274 (kcal) Lượng nước bay hơi: w1 = 64060 ´ 0,1 = 6406 (kg) ở 100oC và áp suất khí quyển, hàm nhiệt của hơi nước (theo Sổ tay hóa công - tập 1) là: 539 (kcal/kg). Vậy: Q2 = 539 ´ 6406 = 3452834 (kcal) Lượng nhiệt cấp cho nồi đường hóa: Q = Q1 + Q2 = 5240108 (kcal) Tổn thất nhiệt trong nồi nấu hoa: Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2% Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1% Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho nồi nấu hoa là: Qnh = » 5.515903.158 (kcal) Lượng hơi cần cung cấp cho nồi nấu hoa: Dnh = » 7324.07 (kg/h) 4. Lượng hơi cấp cho thiết bị đun nóng nước Lượng nước dùng cho một mẻ nấu: 65897.5 (lít) = 65897.5 (kg) Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ nước từ 25oC lên 80oC là: G = 65897.5 (kg) C = 1 (kcal/kgoC) t2 = 80oC t1 = 25oC Q = 65897.5 ´ 1 ´ (80 - 25) = 3624362.5(kcal) Tổn thất nhiệt trong thiết bị: Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2% Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1% Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho thiết bị đun nóng nước là: Qnn = » 3815118.42 (kcal) Lượng hơi cần cung cấp cho thiết bị đun nóng nước: Dnn = » 5065.75 (kg/h) 5. Lượng hơi cấp cho phân xưởng hoàn thiện Năng suất bia tính theo ngày là 200000 (lít/ngày), sử dụng loại chai 500(ml). Vậy số lượng chai cần thanh trùng trong một ngày là: =400000 (chai) Khối lượng của một chai bia là 0,65 (kg/chai). Vậy khối lượng nước dùng để thanh trùng trong một ngày là: 400000 ´ 0,65 = 260000 (kg) Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ nước từ 25oC lên 80oC là: G = 260000 (kg) C = 1 (kcal/kgoC) t2 = 80oC t1 = 25oC Q = 260000 ´ 1 ´ (80 - 25) = 14300000 (kcal) Tổn thất nhiệt trong thiết bị: Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2% Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1% Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp là: Qtt = » 15052631.58 (kcal) Lượng hơi cần cung cấp cho phân xưởng hoàn thiện: Dtt = » 4996.76 (kg/h) Ngoài ra, ta còn cần một lượng hơi để hấp vỏ chai, thanh trùng đường ống, thiết bị... Lượng hơi này vào khoảng 250 (kg hơi/h). v Tổng lượng hơi cần cung cấp Qtổng = Dhh + Dđh + Dnh + Dnn + Dtt + 250 = 26498.54 (kg/h) Ta sử dụng 2 nồi hơi, năng suất mỗi nồi: 14000 (kg hơi/h), áp suất làm việc: 8 at. v Tính lượng nhiên liệu cho nồi hơi Sử dụng than làm nguồn chất đốt cấp nhiệt cho nồi hơi. Nhiệt lượng 1 kg than cung cấp là 6500 (kcal). Lượng nhiên liệu cần dùng được tính theo công thức: M = (kg/h) Trong đó: D: năng suất nồi hơi (kg/h) ih: hàm nhiệt của hơi nước ở áp suất 8 at (kcal/kg) - ih = 662,3 (kcal/kg) i: hàm nhiệt của nước đưa vào (kcal/kg) - i = 40 (kcal/kg) Q: nhiệt lượng của than (kcal/kg) - Q = 6500 (kcal/kg) m: hệ số sử dụng của lò hơi - m = 0,75 Vậy: M = » 1787.1 (kg/h) Hệ số đốt cháy là 90%. Lượng than thực tế cần cung cấp là: = 3971.37 (kg/h) Lượng than cần cung cấp trong một ngày: 3971.37 ´ 24 = 95313 (kg) Lượng than cần cung cấp trong một tháng: 95313´ 25 = 2382824 (kg) Lượng than cần cung cấp trong một năm: 2382823 ´ 12 = 28593.887.18 (kg) = 28594 (tấn) II. Tính lạnh 1. Lượng nhiệt lạnh cấp cho thiết bị lạnh nhanh Thiết bị lạnh nhanh sử dụng nước 2oC để hạ nhiệt độ dịch đường từ 80¸90oC xuống 12¸15oC (nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men chính). Lượng nước dùng để làm lạnh dịch trong mỗi mẻ nấu khoảng 30000 (lít) = 30000 (kg). Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ nước từ 25oC về 2oC là: G = 30000 (kg) C = 1 (kcal/kgoC) t2 = 2oC t1 = 25oC Q = 30000 ´ 1 ´ (25 - 2) = 690000 (kcal) Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ của nước trong 1 ngày: Qln = 690000 ´ 6 = 4140000 (kcal) 2. Lượng nhiệt lạnh cấp cho thiết bị lên men a. Giai đoạn lên men chính Phản ứng xảy ra trong quá trình lên men: C6H12O6 à 2C2H5OH + CO2 + 37,3 (kcal) Cứ 180 g đường khi lên men tỏa ra một lượng nhiệt là 37,3 (kcal). Vậy lượng nhiệt tỏa ra khi lên men 1 (kg) đường là: q = » 207,2 (kcal) Khối lượng dịch đường đưa đi lên men: 223700 ´ 1,047 = 234213.9 (kg) Giả sử trong 1 ngày, lượng đường được lên men là 2% so với lượng dịch đường. Vậy lượng nhiệt lạnh cần cấp để cân bằng với lượng nhiệt sinh ra trong quá trình lên men chính là: Q1 = G ´ q = 234213.9 ´ 0,02 ´ 207,2 » 970582.4 (kcal) Thời gian lên men chính khoảng 7 ngày, do đó, có thể có ngày có 7 tank cùng ở giai đoạn lên men chính. Vậy lượng nhiệt lạnh tối đa cần cấp trong 1 ngày là: Q1 = 970582.4 ´ 7 = 6794076.8 (kcal) v Tổn thất lạnh qua lớp cách nhiệt: Qtt = f ´ K ´ (tng - ttr) (kcal/h) Trong đó: f: diện tích truyền nhiệt (m2) K: hệ số cách nhiệt qua lớp cách nhiệt (kcal/m2oC) - K = 0,3 (kcal/m2oC) tng: nhiệt độ bên ngoài thùng lên men (oC) - tng = 32oC ttr: nhiệt độ bên trong thùng lên men (oC) - ttr = 12oC Coi tổn thất chủ yếu là ở phần trụ dịch của thùng lên men, ta có: f = p ´ D ´ H = 3,14 ´ 3,2 ´ 12,8 » 128,61 (m2) Vậy: Qtt = 128,61 ´ 0,3 ´ (32 - 12) = 771,66 (kcal/h) ; 18519,84 (kcal/ngày) Lượng nhiệt lạnh tổn thất tối đa trong 1 ngày: Q2 = 18519,84 ´7 = 129638,88 (kcal/ngày) v Tổn thất lạnh khi rửa men: Lượng nước dùng để rửa men trong 1 ngày khoảng 2000 (lít).Vậy lượng nhiệt lạnh cung cấp để hạ nhiệt độ nước từ 25oC xuống 1oC là: G = 2000 (kg) C = 1 (kcal/kgoC) t2 = 1oC t1 = 25oC Q3 = 2000 ´ 1 ´ (25 - 1) = 48000 (kcal) v Tổn thất lạnh khi bảo quản sữa men: khoảng 70000 (kcal/ngày) Vậy lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong quá trình lên men chính là: Qlmc = Q1 + Q2 + Q3 = 6794076.8 + 129638,88 + 48000 + 70000 = 7041715.68 (kcal) b. Giai đoạn hạ nhiệt độ xuống lên men phụ Sau giai đoạn lên men chính, bia non có hàm lượng chất khô khoảng 3,5oBx, khối lượng riêng d = 1,0117 (kg/lít), tổn hao khi lên men chính khoảng 4%. Khối lượng bia non cần hạ nhiệt độ là: G = 223700 ´ 0,96´ 1,0117 » 217264.6 (kg) Tỷ nhiệt C được tính theo công thức: C = + Trong đó: C1: tỷ nhiệt của chất hòa tan - C1 = 0,34 (kcal/kgoC) C2: tỷ nhiệt của nước - C2 = 1 Vậy: C = + » 0,98 (kcal/kgoC) Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ bia non từ 12oC xuống 1oC là là: Q4 = G ´ C ´ (t2 - t1) = 217264.6 ´ 0,98 ´ (12 - 1) = 2342112.4 (kcal) Tổn thất nhiệt khoảng 5%, vậy lượng nhiệt lạnh thực tế cần cung cấp là Qhn = » 2465381.44 (kcal) c. Giai đoạn lên men phụ Trên thực tế, cứ 1 lít bia non tổn hao một lượng nhiệt khoảng 0,25 (kcal/ngày). Vậy 1 tank lên men trong giai đoạn lên men phụ 1 ngày cần: Q5 = 223700 ´ 0,96 ´ 0,25 = 53688 (kcal) v Tổn thất lạnh qua lớp cách nhiệt: Qtt = f ´ K ´ (tng - ttr) (kcal/h) Trong đó: f: diện tích truyền nhiệt (m2) K: hệ số cách nhiệt qua lớp cách nhiệt (kcal/m2oC) - K = 0,3 (kcal/m2oC) tng: nhiệt độ bên ngoài thùng lên men (oC) - tng = 32oC ttr: nhiệt độ bên trong thùng lên men (oC) - ttr = 1oC Coi tổn thất chủ yếu là ở phần có dịch của thùng lên men, ta có: f = p ´ D ´ H = 3,14 ´ 3,2 ´ 12,8 » 128,61 (m2) Vậy: Qtt = 128.61 ´ 0,3 ´ (32 - 1) =1196 (kcal/h) Û 28704 (kcal/ngày) Lượng nhiệt lạnh tổn thất tối đa trong 1 ngày: Q6 = 28704 ´ 7 = 200928 (kcal/ngày) Vậy lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong quá trình lên men phụ là: Qlmp = Q5 + Q6 = 53688 + 200928 = 254616 (kcal) 3. Lượng nhiệt lạnh cấp cho thiết bị gây men giống a. Thiết bị gây men giống cấp 2 Lượng dịch đường dùng để gây men giống cấp 2 là: 22400 (lít). Sử dụng dịch đường có nồng độ 12oBx, d = 1,048 (kg/lít). Vậy khối lượng dịch đường là: 22400 ´ 1,048 = 23475.2 (kg) Lượng chất hòa tan có trong dịch đường: 23475.2 ´ 0,117 » 2746.6 (kg) Trong đó, chỉ có 80% là đường có khả năng lên men. Vậy lượng đường có khả năng lên men trong thùng gây giống cấp 2 là: 2746.6 ´ 0,8 = 2197.28 (kg) Như tính toán ở trên ta có, 1 (kg) đường khi lên men tỏa ra 207,2 (kcal). Vậy lượng nhiệt tỏa ra trong thiết bị trong 1 ngày là: Q7 = 2197.28 ´ 207,2 = 455276.42 (kcal) v Tổn thất lạnh qua lớp cách nhiệt: Q8 = f ´ K ´ (tng - ttr) (kcal/h) Trong đó: f: diện tích truyền nhiệt (m2) K: hệ số cách nhiệt qua lớp cách nhiệt (kcal/m2oC) - K = 0,3 (kcal/m2oC) tng: nhiệt độ bên ngoài thùng lên men (oC) - tng = 32oC ttr: nhiệt độ bên trong thùng lên men (oC) - ttr = 14oC Coi tổn thất chủ yếu là ở phần có dịch của thùng lên men, ta có: f = p ´ D ´ H = 3,14 ´ 2 ´ 2 = 12,56 (m2) Vậy: Q8 = 12,56 ´ 0,3 ´ (32 - 14) = 67,824(kcal/h)Û 1627,776(kcal/ngày) Vậy lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong quá trình lên men phụ là: Qgmg2 = Q7 + Q8 = 455276.42 + 1627,776 = 456904.19 (kcal) b. Thiết bị gây men giống cấp 1 Lượng dịch đường dùng để gây men giống cấp1 là: 7466.67(lít). Sử dụng dịch đường có nồng độ 12oBx, d = 1,048 (kg/lít). Vậy khối lượng dịch đường là: 7466.67 ´ 1,048 = 7825.07 (kg) Lượng chất hòa tan có trong dịch đường: 7825.07 ´ 0,117 » 915.53 (kg) Trong đó, chỉ có 80% là đường có khả năng lên men. Vậy lượng đường có khả năng lên men trong thùng gây giống cấp 1 là: 915.53 ´ 0,8 = 732.43 (kg) Như tính toán ở trên ta có, 1 (kg) đường khi lên men tỏa ra 207,2 (kcal). Vậy lượng nhiệt tỏa ra trong thiết bị trong 1 ngày là: Q9 = 732.43 ´ 207,2 =151758.78 (kcal) v Tổn thất lạnh qua lớp cách nhiệt: Q10 = f ´ K ´ (tng - ttr) (kcal/h) Trong đó: f: diện tích truyền nhiệt (m2) K: hệ số cách nhiệt qua lớp cách nhiệt (kcal/m2oC) - K = 0,3 (kcal/m2oC) tng: nhiệt độ bên ngoài thùng lên men (oC) - tng = 32oC ttr: nhiệt độ bên trong thùng lên men (oC) - ttr = 14oC Coi tổn thất chủ yếu là ở phần trụ có dịch của thùng lên men, ta có: f = p ´ D ´ H = 3,14 ´ 1,6 ´ 1,6 » 8,04 (m2) Vậy: Q10 = 8,04 ´ 0,3 ´ (32 - 14) » 43,416(kcal/h) Û1041,984 (kcal/ngày) Vậy lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong quá trình lên men phụ là: Qgmg1 = Q9 + Q10 = 151758.78 + 1041,984 = 152800.77 (kcal) 4. Lượng nhiệt lạnh cung cấp để hạ nhiệt độ bia sau lọc xuống 1oC Sau khi lọc, nhiệt độ bia tăng lên khoảng 5oC, ta hạ nhiệt độ xuống 1oC rồi đưa vào tank tàng trữ và bão hòa CO2. Lượng bia non đưa vào tank tàng trữ là: G = 210400 ´ 1,01 = 212.504 (kg) Tỷ nhiệt C được tính theo công thức: C = + Trong đó: C1: tỷ nhiệt của chất hòa tan - C1 = 0,34 (kcal/kgoC) C2: tỷ nhiệt của nước - C2 = 1 Vậy: C = + » 0,98 (kcal/kgoC) Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ bia non từ 5oC xuống 1oC là là: Q11 = G ´ C ´ (t2 - t1) = 212.504 ´ 0,98 ´ (5 - 1) » 833015.68 (kcal) v Vậy tổng lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong 1 ngày là: Qtổng = Qln + Qlmc + Qhn + Qlmp + Qgmg2 + Qgmg1 + Q11 =4140000 + 7041715.68 + 2465381.44 + 254616 + 456904.19 + 152800.77 + 833015.68 = 15344433.76 (kcal) v Chọn máy lạnh: Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong 1 giờ: Q12 = » 639351.41 (kcal) Tổn hao lạnh cho toàn nhà máy khoảng 10%. Vậy lượng nhiệt lạnh thực tế cần cung cấp là: Q13 = » 710390.45 (kcal) Chọn 2 máy lạnh có các thông số như sau: Năng suất lạnh: 500000 (kcal/h) Công suất động cơ: 75 (kw) III. Tính nước Nhà máy sử dụng nguồn nước giếng khoan, có đưa qua hệ thống xử lý trước khi đưa vào sản xuất, đảm bảo chất lượng nước theo đúng yêu cầu công nghệ. 1. Lượng nước dùng cho phân xưởng nấu Lượng nước dùng cho 1 mẻ nấu: 65897.5 (lít) Lượng nước dùng để vệ sinh thiết bị vào khoảng 10% so với lượng nước dùng cho quá trình nấu. Vậy tổng lượng nước cần cung cấp cho 1 mẻ nấu là: 65897.5 + 6589.75 = 72487.25 (lít) Lượng nước cần cung cấp cho phân xưởng nấu trong 1 ngày: V1 = 72487.25 ´ 6 = 434923.5 (lít) Ngoài ra, như phần tính toán ở trên, lượng nước 2oC cần để làm lạnh trong 1 ngày là: V2 = 30000 (lít) 2. Lượng nước dùng cho phân xưởng lên men Lượng nước dùng để rửa thiết bị lên men lấy bằng 5% thể tích thiết bị. Mỗi ngày ta phải vệ sinh 1 tank, vậy lượng nước cần cung cấp là: V3 = 279700 ´ 0,05 = 13985 (lít) 3. Lượng nước dùng để gây men giống và rửa men Như phần trên đã nói, lượng nước cần dùng để rửa men trong một ngày: khoảng 2000 (lít). Nước dùng để vệ sinh thùng gây men giống cấp 1, cấp 2 lấy bằng 5% so với thể tích thùng: V4 = 0,05 ´ (27970 + 9310) = 1864 (lít) Vậy tổng lượng nước cần cung cấp cho quá trình này trong 1 ngày là: V5 = 2000 + 1864 = 3864 (lít) 4. Lượng nước dùng cho phân xưởng hoàn thiện sản phẩm a. Nước rửa chai Số chai sử dụng trong 1 ngày là 400000 (chai), rửa mỗi chai cần khoảng 1 (lít) nước. Vậy lượng nước rửa chai mỗi ngày là: 400000(lít). Nước dùng để vệ sinh máy chiết chai là 1000 (lít/ngày) Tổng lượng nước dùng cho quá trình chiết chai: V6 =400000 + 1000 =401000 (lít/ngày) b. Nước dùng cho thiết bị thanh trùng Theo như trên đ