Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Đối t−ợng, mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3 Tóm tắt nội dung luận văn 2
Bia là một loại nước giải khát lâu đời, được sản xuất qua quá trình lên men từ malt, nước, hoa houblon và nấm men Với hương thơm đặc trưng và vị đắng của hoa houblon, bia trở thành sản phẩm không thể thiếu trong lĩnh vực giải khát Khác với các loại nước giải khát khác, bia có chứa lượng cồn thấp (3%-5%), và hương vị của nó được hình thành từ các hợp chất chiết xuất trong quá trình lên men Bia không chỉ giúp giảm cơn khát nhanh chóng nhờ CO2 mà còn chứa chất kích thích giúp tăng cường tiêu hóa Về mặt dinh dưỡng, bia cung cấp nhiều vitamin như B1, B2 và axit amin cần thiết cho cơ thể.
Trải qua hàng nghìn năm, công nghệ sản xuất bia đã phát triển mạnh mẽ nhờ vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ sinh học và thực phẩm Ngành sản xuất bia hiện nay được xem là một ngành công nghiệp thương mại quan trọng, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho nhiều quốc gia trên thế giới.
Việt Nam có khí hậu nóng ẩm, dẫn đến nhu cầu cao về bia và nước giải khát Trong 15 năm qua, ngành công nghiệp bia trong nước đã có những bước đột phá đáng kể, tập trung vào nâng cao chất lượng và sản lượng Các cải tiến chủ yếu bao gồm việc sử dụng nguyên liệu thay thế và nghiên cứu công nghệ lên men bia nồng độ cao, nhằm nâng cao hiệu suất trích ly nguyên liệu, cải thiện chất lượng dịch đường, tăng hiệu suất lên men và rút ngắn chu kỳ sản xuất.
Công ty Cổ phần bia Ninh Bình đang đối mặt với những thách thức trong sản xuất bia, bao gồm việc sử dụng gạo làm nguyên liệu chính, thời gian lên men và tàng trữ ngắn, cùng với hệ thống thiết bị chưa đồng bộ Một số thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài kết hợp với máy nghiền gạo và malt sản xuất trong nước dẫn đến năng suất và chất lượng bia chưa đạt yêu cầu Để cải thiện năng suất, chất lượng và giảm giá thành sản phẩm, việc nghiên cứu và cải tiến thiết bị trong dây chuyền sản xuất là rất cần thiết Do đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia nhằm nâng cao năng suất và chất lượng của Công ty Cổ phần bia Ninh Bình”.
1.2 Đối t−ợng, mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Cải tiến thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia là cần thiết để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu hiện tại của Công ty Cổ phần Bia Ninh Bình Việc này không chỉ giúp cải thiện quy trình sản xuất mà còn đảm bảo sự cạnh tranh trên thị trường.
- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao năng suất và chất l−ợng và hạ giá thành sản phẩm
- Kết quả của đề tài góp phần thúc đẩy nền công nghiệp sản xuất bia phát triển
1.3 Tóm tắt nội dung luận văn
Nội dung luận văn gồm:
Ch−ơng 1: Tổng quan nghiên cứu
Ch−ơng 2: Tính toán kiểm tra các thông số công nghệ của một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất bia
Ch−ơng 3: Tính toán cân bằng nhiệt một số quá trình
Chương 4: Đề xuất đóng góp ý kiến hoàn thiện dây chuyền sản xuất bia Kết luận và kiến nghị
Ch−ơng 1 Tổng quan nghiên cứu
1.1 Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới
Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới cho thấy rằng ở các nước công nghiệp phát triển, bia được coi là một loại nước giải khát phổ biến, trong khi ở các nước đang phát triển như Việt Nam, bia vẫn được xem là một sản phẩm xa xỉ do nền công nghiệp bia còn non trẻ Tuy nhiên, trong những năm gần đây, bia đang dần trở nên phổ biến hơn với sản lượng tiêu thụ ngày càng tăng.
Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới sản xuất bia với sản lượng lớn, ví dụ như Mỹ và CHLB Đức mỗi nước sản xuất dưới 10 tỉ lít/năm, trong khi Trung Quốc đạt khoảng 7 tỉ lít/năm.
Theo thống kê, mức tiêu thụ bia bình quân ở một số nước công nghiệp tiên tiến như Cộng Hoà Czech - Slovakia đạt 150 lít/người/năm, CHLB Đức 147 lít/người/năm, và Đan Mạch 125 lít/người/năm Trong khi đó, các nước lân cận như Singapore và Philippines chỉ đạt 18 lít và 20 lít/người/năm Hầu hết các quốc gia trên thế giới hiện nay đều sử dụng dây chuyền sản xuất hiện đại từ Nhật Bản, Đức và Ba Lan, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Châu á
Châu Á, với dân số đông nhất thế giới, là khu vực tiềm năng nhưng mức sống và thu nhập trung bình của người dân vẫn còn thấp.
Trong những năm gần đây, sản lượng tiêu thụ bia ở khu vực Châu Á đã tăng nhanh chóng, với dự báo rằng bia Châu Á sẽ giữ vị trí dẫn đầu trên thị trường toàn cầu Trong khi đó, Châu Âu có sự chững lại trong tăng trưởng, chỉ đạt mức tăng trung bình 4,4%/năm từ năm 1989 đến 1993 Ngược lại, nhiều nước Châu Á có mức tiêu thụ bia trên đầu người thấp đã ghi nhận mức tăng trung bình 6,5%/năm Đặc biệt, Thái Lan dẫn đầu với mức tăng 26,5%/năm, tiếp theo là Philippines 22,2%, Malaysia 21,7% và Indonesia 17,7%, cho thấy tốc độ tăng trưởng mạnh mẽ trong khu vực này.
Thị trường bia Nhật Bản hiện chiếm 66% thị trường bia khu vực, với giá trị lên tới 30,9 tỷ USD Vào năm 1939, sản lượng bia của Nhật Bản chỉ đạt 30 triệu lít, tương đương với mức tiêu thụ bia bình quân đầu người hiện nay ở Việt Nam Đến năm 1960, sản lượng bia đã vượt qua 100 triệu lít, và đến năm 1991, mức tiêu thụ bình quân đầu người đạt 55,6 lít/người/năm.
Công nghiệp bia Trung Quốc đã trở thành động lực chính thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp bia tại Châu Á Từ năm 1980 đến 1993, sản lượng bia của Trung Quốc đã tăng mạnh từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tương đương với mức tăng 17 lần Trong giai đoạn từ 1981 đến 1987, ngành này ghi nhận mức tăng trưởng trên 30% mỗi năm, và từ năm 1988, tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm vẫn duy trì trên 20%.
Tình Hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam 4 1 Hiện trạng về năng lực sản xuất 5 2 Hiệu quả kinh tế 5
Chủng loại bia 6 1.2.4 Định hướng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam đến năm 2010 6 1.3 Các điều kiện của Công ty cổ phần bia Ninh bình 7 1.3.1 Điều kiện tự nhiên x hội 8 1.3.2 Nguồn nhân lực 8 1.3.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu 8 1.4 Quy trình công nghệ sản xuất bia của công ty cổ phần bia
Tại Việt Nam, bia được sản xuất chủ yếu dưới ba dạng: bia lon, bia chai và bia hơi Tỷ lệ sản xuất các loại bia này thay đổi theo mùa và phụ thuộc vào nhu cầu cũng như thị hiếu của người tiêu dùng Chẳng hạn, vào năm 1995, tỷ lệ sản xuất bia của một số nhà máy lớn đã có sự khác biệt rõ rệt.
- Công ty bia Sài Gòn tỷ lệ bia chai là chủ yếu chiếm 65%, còn bia lon chiếm 30,5% và bia hơi chiếm 3,5%
- Công ty bia Hà Nội tỷ lệ bia chai và bia lon là chủ yếu chiếm 60,4% và bia hơi chiếm 39,6%
- Các nhà máy bia địa phương và các cơ sở bia tư nhân thì tỷ lệ bia hơi chiếm chủ yếu
Bia hơi có giá thành rẻ, phù hợp với túi tiền của nhiều tầng lớp dân cư trong xã hội Nhờ vào việc đáp ứng nhu cầu tiêu thụ tại chỗ, thị trường bia hơi vẫn còn rất lớn.
1.2.4 Định hướng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam đến năm 2010
Việt Nam là một nước đang phát triển với nền kinh tế tăng trưởng hàng năm từ 8-10%, dẫn đến mức thu nhập và đời sống của người dân ngày càng được nâng cao Nhu cầu sử dụng bia vì vậy cũng rất lớn, khi bia không còn là sản phẩm xa xỉ mà trở thành nước giải khát phổ biến cho mọi tầng lớp Sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp bia trong những năm gần đây được thúc đẩy bởi sự ổn định chính trị và chính sách thông thoáng của nhà nước, thu hút đầu tư nước ngoài Điều này không chỉ tạo ra công ăn việc làm mà còn cải thiện đời sống nhân dân, góp phần vào sự phát triển kinh tế, khiến bia trở nên thông dụng trong mỗi gia đình.
Truyền thống văn hóa dân tộc và lối sống có ảnh hưởng lớn đến mức tiêu thụ bia - rượu Ở những quốc gia có cộng đồng Hồi giáo, việc cấm uống bia - rượu dẫn đến mức tiêu thụ bình quân đầu người thấp Ngược lại, Việt Nam không bị ảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia, tạo điều kiện cho thị trường bia - rượu phát triển mạnh mẽ.
Mục tiêu của hiệp hội bia và nước giải khát nước ta phấn đấu đến năm
2010 lượng bia tiêu thụ tính theo đầu người là 20 lít/người/năm và đến năm
2020 lượng tiêu thụ đó sẽ là 25 lít/người/năm
1.3 Các điều kiện của Công ty cổ phần bia Ninh bình
Qua phân tích tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới và tại Việt Nam, Công ty cổ phần bia Ninh Bình nhận thấy thị trường kinh doanh sản xuất bia vẫn còn tiềm năng lớn Trong những năm gần đây, công ty đã ghi nhận mức tăng trưởng liên tục, với tỷ lệ trung bình từ 20% đến 30% mỗi năm Sản phẩm của Công ty cổ phần bia Ninh Bình ngày càng được thị trường chấp nhận và tiêu thụ tăng lên.
Công ty cổ phần bia Ninh Bình hiện đang gặp khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu thị trường do năng lực sản xuất không đủ Sự gia tăng công suất đột biến và hệ thống thiết bị không đồng bộ đã dẫn đến tình trạng máy móc xuống cấp nghiêm trọng, với nhiều thiết bị chưa được kiểm tra, sửa chữa lớn từ khi bắt đầu sản xuất Một số hạng mục công trình, như máy nghiền malt, đang trong tình trạng quá tải, ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm Để khắc phục tình hình này, công ty đã xây dựng kế hoạch đầu tư cải tiến thiết bị nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và phát triển sản phẩm mới phù hợp với nhu cầu người tiêu dùng.
1.3.1 Điều kiện tự nhiên xã hội
Thành phố Ninh Bình, nằm ở trung tâm tỉnh Ninh Bình, có vị trí chiến lược về kinh tế và giao thông nhờ vào quốc lộ 1A, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thông thương và vận chuyển nguyên vật liệu đến nhà máy Với cơ sở hạ tầng phát triển, giao thông thuận tiện, thị trường tiêu thụ rộng lớn và nguồn lao động dồi dào, Ninh Bình là địa điểm lý tưởng cho ngành công nghiệp sản xuất bia.
Sử dụng lực lượng lao động địa phương giúp giải quyết vấn đề việc làm và tận dụng nguồn nhân công sẵn có, đồng thời giảm bớt lo ngại về chỗ ở cho người lao động.
1.3.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu
Nguyên liệu chính để sản xuất bia bao gồm malt đại mạch, hoa houblon và gạo Hoa houblon được nhập khẩu từ Pháp, Đức hoặc Úc, trong khi malt đại mạch hiện nay có thể nhập từ Úc hoặc từ nhà máy malt mới xây dựng ở Bắc Ninh, giúp giảm giá thành sản phẩm Gạo được cung cấp từ tỉnh nhà và công ty lương thực Miền Bắc.
1.4 Quy trình công nghệ sản xuất bia của công ty cổ phần bia ninh b×nh
Thành phần hoá học và dinh d−ỡng của bia 9
Bia là một loại nước giải khát có ga, được sản xuất chủ yếu từ hai nguyên liệu chính là malt đại mạch và hoa houblon, bên cạnh đó còn có thể sử dụng các nguyên liệu thay thế như gạo.
Thành phần hóa học của bia rất đa dạng và phức tạp, chủ yếu phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu và đặc điểm của quy trình sản xuất.
Thông th−ờng bao gồm có các thành phần sau:
+ Etanol : bia chai: 4,5-6%, bia hơi: 2,5ữ3%
Bia là một loại nước giải khát có bọt, mang vị đắng dễ chịu từ hoa houblon và chứa hàm lượng cồn thấp Các chất hoà tan trong bia chỉ chiếm khoảng 5,5% đến 10,5% tùy thuộc vào từng loại, nhưng hầu hết đều được cơ thể hấp thụ tốt.
Bia cung cấp năng lượng đáng kể cho cơ thể, với mỗi lít bia chứa từ 400 đến 600 kcal Trong khi đó, nhu cầu năng lượng hàng ngày của một người trưởng thành thường dao động từ 3000 đến 3500 kcal.
Trong bia còn chứa nhiều khoáng chất đặc biệt là Ca, P và Mg L−ợng
Ca cần thiết cho cơ thể là 900 mg, trong khi đó cứ 1 lít bia có thể cung cấp cho cơ thể 20% l−ợng Ca.
Thành phần và các chỉ tiêu của nguyên liệu 10
Để sản xuất bia đạt tiêu chuẩn và được thị trường chấp nhận, nguyên liệu đầu vào, đặc biệt là malt đại mạch, cần phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.
Malt đại mạch là nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất bia, được tạo ra từ hạt đại mạch nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cụ thể Sau khi nảy mầm, malt được sấy khô đến độ ẩm phù hợp, sau đó tiến hành tách mầm và làm sạch.
Hình 1-1 Cấu tạo hạt đại mạch a – mặt cắt dọc
1 - vỏ trấu; 2 - vỏ quả; 3 - vỏ hạt; 4 - lớp alơron; 5 - nội nhũ; 6 - ngù; 7 - phôi lá;
8 - phôi thân; 9 - phôi rễ; 10 - lớp tế bào bao; b – mặt cắt ngang
1, 2, 3, 4 - vỏ; 5 - lớp alơron; 6 - phôi; 7 - tế bào bao; 8 - ngù; 9 - nội nhũ
Sau quá trình nảy mầm, hạt malt đại mạch tạo ra và tích tụ một lượng lớn enzym, giúp chuyển đổi tinh bột và prôtít thành đường peptit, polypeptit và các axit amin Những chất này đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của nấm men và ảnh hưởng đến chất lượng bia.
Malt đại mạch là nguyên liệu chính trong sản xuất bia, cung cấp các chất chiết và dịch đường cần thiết cho quá trình lên men, đồng thời tạo hương vị và bọt cho sản phẩm cuối Có nhiều loại malt khác nhau, mỗi loại được sử dụng để sản xuất các loại bia riêng biệt, chẳng hạn như malt vàng cho bia vàng và malt đen cho bia đen.
Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng malt chủ yếu dựa vào hoạt động của enzyme amylaza, đặc biệt là khả năng đường hóa Bên cạnh đó, malt sử dụng trong sản xuất bia cần đáp ứng các tiêu chí cảm quan như mùi vị, độ ẩm, dung trọng và hàm lượng đường.
Yêu cầu về chất l−ợng của malt:
- Màu sắc: Có màu vàng t−ơi vỏ phải óng ánh
- Kích thước, hình dáng: Tương tự như hạt malt đại mạch khô, kích thước đồng đều
Malt có mùi thơm đặc trưng, không có vị lạ; nếu có mùi chua hoặc mốc, điều này cho thấy malt đã bị ẩm Đối với malt vàng, hương vị sẽ mang đến cảm giác ngọt dịu.
Độ sạch của hoa Houblon yêu cầu không có tạp chất, với tỷ lệ hạt gãy và hạt vỡ tối đa là 0,5% Hạt bị bệnh không được vượt quá 1%, trong khi tỷ lệ hạt không nảy mần tối đa là 5%.
Hoa houblon là nguyên liệu quan trọng thứ hai trong sản xuất bia, mang lại vị đặc trưng và hương thơm hài hòa cho sản phẩm Nó không chỉ giúp bia ổn định bọt mà còn giữ cho bọt bia lâu tan Bên cạnh đó, hoa houblon chứa các chất sát khuẩn, tăng cường độ bền cho bia Tại Việt Nam, hoa houblon được nhập khẩu dưới ba dạng chế phẩm: hoa cánh, hoa viên và cao hoa.
Yêu cầu về chất l−ợng của hoa cánh
- Màu sắc: Cánh hoa có màu vàng đục, hơi xanh, không có màu nâu hoặc sẫm đen
- Mùi: Có mùi thơm đặc tr−ng
- Tạp chất: Không lẫn tạp chất, không lẫn nhiều lá và cánh hoa
Hoa houblon sau khi nhập khẩu về nước cần được bảo quản trong kho lạnh và khô ráo để tránh tiếp xúc với ôxy và không khí ẩm Độ ẩm lý tưởng cho hoa houblon là từ 8 đến 10%, và nhiệt độ bảo quản nên duy trì ở mức -5 độ C.
Hoa viên: Thu đ−ợc từ cánh hoa sấy khô, nghiền nhỏ và đùn thành viên, đ−ợc bảo quản trong túi giấy bạc, màu sắc có màu xanh non
Cao hoa được tạo ra bằng cách trích ly các chất đắng và thơm từ hoa bằng cồn hoặc CO2 lỏng, sau đó cô đặc thành cao Sản phẩm có màu vàng xanh xẫm, dẻo và có thể được bảo quản trong hộp thép không gỉ, giữ được chất lượng trong 3 đến 4 năm, thuận lợi cho quá trình vận chuyển.
Nước là nguyên liệu chính trong sản xuất bia, chiếm tới 87-90% thành phần Do đó, tính chất và thành phần của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ và chất lượng sản phẩm Chất lượng nước sử dụng cần khác biệt so với nước sinh hoạt, và yêu cầu về chất lượng nước sẽ thay đổi tùy theo từng công đoạn trong quá trình sản xuất.
Nước dùng để sản xuất bia cần phải trong suốt và không có mùi vị lạ Độ cứng cao với hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ lớn, tồn tại dưới dạng muối carbonat và bicacbonat, có thể ảnh hưởng đến chất lượng bia Sắt là nguyên tố chính tác động đến chất lượng, gây đục sản phẩm và giảm độ bền của keo do xúc tác phản ứng oxi hóa Các nguyên tố vi lượng trong nước cũng cần được kiểm soát để đảm bảo sự phát triển của nấm men Để giảm giá thành và cải thiện hương vị, trong quá trình sản xuất, người ta thường trộn lẫn đại mạch chưa nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác làm nguyên liệu thay thế.
Nước ta là một quốc gia nông nghiệp, vì vậy gạo trở thành loại nông sản phổ biến và có giá thành khá rẻ Do đó, gạo thường được sử dụng làm nguyên liệu thay thế trong nhiều món ăn.
Các chỉ tiêu cảm quan của gạo bao gồm sự đồng nhất về kích thước và màu sắc, không có hạt bị mốc hay mối mọt, không có mùi hôi và không lẫn cát sạn Chỉ số này đảm bảo chất lượng gạo đạt tiêu chuẩn cao Sản phẩm cũng có thể sử dụng enzyme Termamyl 120L để cải thiện quy trình chế biến.
Chế phẩm enzim Termamyl 120L là một sản phẩm dạng lỏng chứa α-amylaza, được sản xuất từ vi khuẩn Bacilislichenifomis của công ty Novo Đan Mạch Enzim này có khả năng chịu nhiệt lên tới 102°C và xúc tác quá trình thủy phân liên kết α-1,4 glucozit một cách ngẫu nhiên, giúp tinh bột nhanh chóng chuyển hóa thành các dextrin có phân tử lượng thấp, hòa tan trong nước và làm giảm độ nhớt của tinh bột đã được hồ hóa.
Nguyên liệu phụ trợ trong sản xuất bia chủ yếu là axit, bột trợ lọc, nấm men, chất tẩy rửa…
Axit có thể dùng là H 3 PO 4 để điều chỉnh PH của dung dịch PH theo yêu cÇu
Các chất dùng cho vệ sinh nh−: NHO 3 , NaOH, HCl
Bột trợ lọc: Sử dụng bột trợ lọc Diatomit.
Dây chuyền sản xuất 14
Dây chuyền sản xuất bia bao gồm 3 phân x−ởng chính là: phân x−ởng nấu, phân x−ởng lên men, phân x−ởng hoàn thiện sản phẩm a) Phân x−ởng nấu
Trong sản xuất bia công đoạn nấu và đ−ờng hoá rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình lên men và đường hoá sau này
- Mục đích của quá trình nấu
Là chiết đ−ợc tối đa các chất có thể hoà tan vào trong các nguyên liệu và loại bỏ các chất không hoà tan ra ngoài
Phương pháp đường hóa sử dụng kỹ thuật đun sôi từng phần, trong đó malt được trộn với nước để tạo thành hồ malt, sau đó chia thành các phần để đường hóa và đun sôi Ưu điểm của phương pháp này là tăng hiệu suất chiết xuất nhờ duy trì nhiệt độ thích hợp cho enzym hoạt động, cung cấp môi trường dinh dưỡng đầy đủ cho nấm men phát triển, đồng thời tạo sự hài hòa giữa các thành phần trong bia Phương pháp này cũng có thể áp dụng cho các nguyên liệu thay thế.
Nhược điểm của phương pháp này là việc đun sôi nhiều lần có thể làm cho các chất không có lợi xâm nhập vào dịch, ảnh hưởng đến chất lượng bia Nếu không kiểm soát nhiệt độ, có thể dẫn đến việc hình thành các sản phẩm có màu sẫm, làm giảm chất lượng cảm quan của bia Thêm vào đó, phương pháp này tiêu tốn nhiều hơi, thiết bị và đầu tư ban đầu.
Lọc ép khung bản là quá trình sử dụng lực từ bơm để đẩy dịch qua lớp vải lọc, giữ lại phần b Phương pháp này có nhiều ưu điểm như lọc nhanh, hiệu suất thu hồi cao, năng suất lớn, tiết kiệm nước rửa b và chiếm ít diện tích.
Nhược điểm của quy trình sản xuất bia bao gồm khó khăn trong việc mở rộng năng suất, do khi lọc dịch đường tiếp xúc với ôxy, tanin sẽ bị ôxy hóa, dẫn đến bia có vị đắng Hơn nữa, lớp vải lọc nhanh chóng hỏng hóc, gây ra chi phí thay thế cao Điều này cũng khiến công nhân gặp khó khăn trong quá trình vận hành.
Phương pháp lên men sử dụng chủng Saccharomyces carlsbergensis trong thiết bị lên men gia tốc hình trụ đáy côn cho phép quá trình lên men diễn ra hiệu quả Phương thức này áp dụng hình thức lên men gián đoạn, không cần thực hiện lên men sơ bộ, giúp tối ưu hóa thời gian và chất lượng sản phẩm.
Lên men gia tốc, hay còn gọi là lên men hiện đại, thực hiện quá trình lên men chính và phụ trong cùng một thiết bị hình trụ đáy côn, được trang bị hệ thống áo lạnh bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ cho hai quá trình này Nhiệt độ lên men chính dao động từ 12 đến 14 độ C, trong khi nhiệt độ lên men phụ từ 0 đến 2 độ C Phương pháp này mang lại ưu điểm vượt trội với thời gian lên men nhanh hơn so với phương pháp cổ điển, đồng thời thiết bị lên men gọn nhẹ, tiết kiệm diện tích mặt bằng.
Nh−ợc điểm: Thời gian lên men nhanh làm chất l−ợng bia có giảm tuy nhiên không khác xa nhiều so với lên men cổ điển
Lên men gián đoạn là phương pháp trong đó nguyên liệu được đưa vào từng mẻ và sản phẩm cũng được thu hoạch theo từng mẻ Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng thiết bị đơn giản, dễ chế tạo và khi xảy ra nhiễm khuẩn, việc xử lý cũng trở nên dễ dàng hơn.
Nh−ợc điểm: Năng suất thấp.
Sơ đồ công nghệ 16
Hình 1-2 Sơ đồ công nghệ
Thuyết minh dây chuyền công nghệ 17
Malt và gạo được nghiền bằng máy nghiền búa, với malt được xử lý trước và gạo được cân cho từng mẻ nấu trước khi nghiền Quá trình hồ hoá là bước tiếp theo trong quy trình sản xuất.
Để tiến hành hồ hóa, bơm nước có nhiệt độ 35°C vào nồi với tỷ lệ nước và gạo là 5:1 Sau đó, bật cánh khuấy và cho toàn bộ lượng bột gạo (chiếm 30% nguyên liệu) cùng 5% malt lót vào Việc thêm malt lót giúp làm long dịch hồ hóa, giảm bề mặt lớp keo, ngăn chặn hiện tượng vón cục, đảm bảo tinh bột không bị sống và tránh hiện tượng sinh nhiệt cục bộ gây cháy khét.
Cho toàn bộ lượng chế phẩm Tecmamyl 120L vào, chiếm 0,1% so với lượng nguyên liệu thay thế, H3PO4, để điều chỉnh pH về 4-5 Khuấy đều trong 5 phút để tạo thành khối đồng nhất hòa quyện trong nước.
Mở van hơi cấp nhiệt để nâng nhiệt độ khối dịch lên 52°C và giữ trong 15 phút, giúp hạt tinh bột hút nước và trương nở Sau đó, tiếp tục nâng nhiệt độ lên 86°C và giữ ở mức này trong 30 phút để quá trình hồ hóa bột gạo diễn ra Nhiệt độ 86°C là điểm hồ hóa tinh bột, nơi tinh bột chuyển từ trạng thái không hòa tan sang hòa tan, tạo điều kiện cho enzyme dễ dàng phân tách các liên kết glucozit trong hạt tinh bột.
Nâng tiếp nhiệt độ khối dịch lên nhiệt độ sôi, ta giữ khối dịch sôi trong
40 phút để làm chín nốt phần bột gạo còn lại tạo thuận lợi cho quá trình đường hoá sau này
Sau đó chuyển dịch cháo sang nồi đường hoá làm hai lần bằng thiết bị bơm ly tâm c) Quá trình đ−ờng hoá
Trong quá trình đun sôi nồi hồ hóa, cần chuẩn bị nồi đường hóa bằng cách cho nước vào nồi theo tỷ lệ 1:5 với malt.
Ngâm malt ở nhiệt độ 35°C giúp kích hoạt các enzyme tự nhiên trong malt, đặc biệt là enzyme hexmixelluloza và enzyme β-glucanaza, nhằm thủy phân vỏ glucan và protein phức tạp bao quanh phân tử tinh bột Trong quá trình này, cánh khuấy hoạt động liên tục để đảm bảo sự đồng nhất.
Sau khi tiến hành ngâm malt trong vòng 30 phút ta tiến hành đ−ờng hoá bằng ph−ơng pháp nâng nhiệt từ từ theo 3 giai đoạn:
Bơm một phần dịch cháo vào nồi đường hóa, điều chỉnh nhiệt độ đạt 50-52 độ C và giữ trong 30 phút để thực hiện giai đoạn đạm hóa Nhiệt độ này tối ưu cho enzim proteaza hoạt động mạnh, giúp thủy phân protein thành axit amin và peptit, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho nấm men Thành phần này chiếm 5-7% tổng số chất hòa tan trong dung dịch đường, không chỉ tạo hương vị đậm đà cho bia mà còn tham gia vào quá trình tạo và giữ bọt cho sản phẩm.
Bơm phần dịch cháo còn lại vào nồi đường hoá và cấp hơi để nâng nhiệt độ lên 62-65°C, giữ nhiệt độ này trong 30 phút Giai đoạn này được gọi là đường hoá 1, nơi enzim β amylaza hoạt động thuỷ phân tinh bột, tạo ra các đường có khả năng lên men chủ yếu là đường maltoza.
Nâng nhiệt độ lên 75°C và giữ trong 30 phút để thực hiện giai đoạn đồng hóa 2, giúp enzyme α-amilaza hoạt động hiệu quả trong quá trình thủy phân tinh bột, tạo ra các loại đường không có khả năng lên men.
Sau đó nâng nhiệt độ lên 78 0 C rồi bơm sang nồi lọc đáy bằng
Hình 1-3 Cấu tạo của nồi đ−ờng hoá
1 - ống thoát hơi; 2- cánh khuấy; 3 - hộp giảm tốc; 4 - van tháo dịch; 5- bơm dịch;
Van hơi, van giảm áp, và van đuổi không khí là những thiết bị quan trọng trong hệ thống phân phối hơi Áp kế và nhiệt kế giúp theo dõi áp suất và nhiệt độ, đảm bảo hoạt động hiệu quả của đường ống dẫn dịch từ nồi phối trộn Ngoài ra, ký đồ nhiệt và lọc trong dịch đường cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng và hiệu suất của quá trình sản xuất.
Quá trình lọc ở đây dùng thiết bị lọc là máy lọc ép khung bản
Dùng lực của bơm để đẩy phần dịch qua lớp vải lọc còn phần b đ−ợc giữ lại
Tr−ớc khi lọc ta cho n−ớc nóng ở 80 0 C đi vào máy lọc và giữ yên trong
Sau 30 phút, tháo nước và bơm cháo malt vào các khoảng trống giữa các đĩa, áp suất tăng dần lên 0,2-0,3 at để phân bố cháo malt đều Cùng lúc, cho cháo malt vào từ hai đầu và cánh khuấy trong nồi hồ hóa hoạt động liên tục Sau 20-25 phút, cháo malt sẽ đầy các khoảng trống, với dung tích 100 lít chứa 75-80 kg b malt Khi dịch đường chảy hết, tiến hành rửa b malt bằng nước ở nhiệt độ 80°C, áp suất tăng lên 0,5-0,6 at Sau khi rửa xong, vải lọc được tháo ra, b malt dồn lại trong máng dưới máy lọc, và vít tải đưa b malt ra ngoài Thời gian rửa b malt mất 1-1,5 giờ, trong khi toàn bộ quá trình lọc kéo dài khoảng 4 giờ.
Hình 1-4 Máy lọc ép khung bản
Khung và bản là các thành phần chính trong hệ thống, bao gồm các ống dẫn dịch cháo và đường ống cạnh trên, cạnh dưới Dịch cháo được bơm từ nồi đường hóa qua các ống dẫn nước để rửa bồn chứa Hệ thống cũng có van nước cho đường ống cạnh trên và dưới, cùng với van xả dịch và máng dẫn dịch Van vạn năng, vít tải đẩy bồn chứa, bơm thủy lực và hộp dầu cũng đóng vai trò quan trọng Cuối cùng, quá trình đun sôi dịch đường với hoa Houblon là bước cần thiết trong quy trình sản xuất.
Sau khi bơm dịch đường vào thùng lọc từ thiết bị đun hoa, dịch lọc được nâng nhiệt độ lên 75-78°C và giữ trong 10 phút để amylaza hoá đường còn lại Sau đó, đun sôi trong khoảng 10 phút và thêm cao hoa với tỷ lệ 200g/hl để tạo vị đắng cho bia, đồng thời giúp các polyphenol trong cao hoa kết hợp với các chất keo, prôtit tạo thành phức chất lắng.
1 - áo hơi; 2 - van tháo dịch; 3 - cánh khuấy; 4 - hộp giảm tốc; 5 - ống thoát hơi;
6 - cửa quan sát; 7 - áp kế hơi; 8 - đ−ờng ống dẫn dịch vào nồi; 9 - ống dẫn hơi;
Sau khi đun sôi trong 30 phút, cho 2/3 lượng hoa viên vào giỏ và thả vào nồi để tạo vị đắng cho bia Polyphenol trong cao hoa kết hợp với các chất keo và prôtit, tạo thành phức chất dễ kết lắng và tạo màu cho bia Cuối cùng, thêm lượng hoa viên còn lại vào giỏ và cho vào nồi 10-15 phút trước khi kết thúc quá trình đun sôi để tạo hương cho bia, đồng thời giảm thiểu lượng bã hoa trong dịch, giúp dễ dàng hơn trong công đoạn lọc.
Tổng thời gian đun khoảng 1,5ữgiờ f) Quá trình lắng xoáy và làm nguội sơ bộ
Dịch đựơc bơm vào thùng theo phương pháp tiếp tuyến tạo dòng xoáy
Dưới tác động của lực hướng tâm, các cặn lắng và chất không hòa tan có khối lượng lớn sẽ bị cuốn vào giữa tâm thùng và lắng xuống đáy thùng.
Hệ thống xử lý nguyên liệu 36
Máy nghiền gạo 36
L−ợng gạo cần nghiền trong ngày là: 6108kg
Thời gian nghiền là 6h/ ngày
Năng suất yêu cầu: Q = 6108 : 6 = 1018kg/h
Số l−ợng máy cần dùng: M = G: (N x T)a08 : (1018 x 6) = 1
Trong đó: N: năng suất của máy
T: thời gian làm việc (6h/ngày) G: khối l−ợng gạo cần nghiền trong ngày
Số l−ợng1 máy loại nghiền búa có công suất 1200kg/h, công suất động cơ 6 kW.
Máy nghiền malt 36
L−ợng Malt cần nghiền trong ngày là: 14244kg
Thời gian nghiền là 8h / ngày
Năng suất yêu cầu: Q = 14244 : 8 = 1780kg/h
Số l−ợng máy cần dùng: M=G:(N x T)244 : (1780 x 8) = 1
Trong đó: N - năng suất của máy
T - thời gian làm việc (8h/ngày)
G - khối l−ợng gạo cần nghiền trong ngày
Số l−ợng 1 máy loại nghiền búa có công suất 2000kg/h, công suất động cơ 11kW.
Tính toán hệ thống thiết bị phân x−ởng nấu 37
Công suất nhà nấu 37
Sản lượng tiêu thụ nước giải khát, đặc biệt là bia, không ổn định mà phụ thuộc vào mùa Theo thống kê, để đạt sản lượng 10 triệu lít/năm, tiêu thụ được phân bố theo tháng, với khoảng 70% công suất trung bình trong các tháng mùa mưa (tháng 10, 11 và tháng 3 sau Tết Nguyên Đán), tương ứng với công suất 7 triệu lít/năm.
Công suất một mẻ nấu 37
Thời gian sản xuất thực tế: 300 ngày
Hệ số giảm thể tích dịch nấu từ 100 0 C xuống 20 0 C là 0,96
Hệ số nấu: Hệ 4 nồi
Trong một ngày, số mẻ nấu tối đa là 5 mẻ Tuy nhiên, mỗi tuần sẽ có một ngày dành cho việc vệ sinh, trong ngày đó chỉ có thể nấu được 3 mẻ Do đó, số mẻ nấu bình quân cao nhất trong một ngày sẽ là 4 mẻ.
( 5 mẻ/ngày x 6 ngày + 3 mẻ/ngày x 1 ngày ) / 7 ngày = 4,7mẻ/ngày Công suất một mẻ nấu:
Tính nồi hồ hoá 37
L−ợng malt đem ngâm là 10% so với l−ợng malt lót ngâm cho một mẻ là:
Khi nghiền tổn thất là 0,5%, vậy l−ợng bột gạo còn lại cho vào nồi hồ hoá là:
1249 0,995 = 1242kg N−ớc cho vào ngâm malt lót theo tỉ lệ: N−ớc/ malt = 5/1 Vậy l−ợng n−ớc cho vào nồi hồ hoá là:
5.(1242 + 124) = 6830kg Khối l−ợng hỗn hợp trong nồi hồ hoá:
6830 + 124 + 1242 = 8196kg Hỗn hợp malt n−ớc có khối l−ợng riêng: P = 1,08kg/lít Vậy thể tích hồn hợp là:
Hệ số sử dụng là 0,8 Vậy thể tích xử dụng của nồi nấu là:
Nồi nấu gạo là thiết bị 2 vỏ đáy côn, thân hình trụ đường kính D, chiều cao phần trụ H, chiều cao đáy h2, chiều cao phần đỉnh h1: h1 = 0,2 D,
H = 0,6 D h2 = 0,15 D Vật liệu chế tạo: Inox SUS 304
Thể tích nồi đ−ợc tính theo công thức:
Nồi hồ hoá có kích th−ớc:
- Các thông số kỹ thuật của nồi hồ hoá
Kiểu 2 vỏ, vật liệu Inox SUS304 áp suất làm việc: 4kg/cm 2 , áp suất thử: 6kg/cm 2
Diện tích trao đổi nhiệt: 6,27m 2 (đ−ợc tính ở phần tính cân bằng nhiệt) + Th©n trô: Φ = 2500mm, H = 500mm, S = 3,5mm Riêng phần vành d−ới của thân trụ bằng thép Inox 6mm
Nắp nồi có độ côn ở đỉnh là 130 độ với đường kính Φ = 2500mm, chiều cao H = 500mm và độ dày S = 4,5mm Nắp được thiết kế với cửa người chui có đường kính Φ = 450mm, cấu trúc kín, phía trên cửa có kính quan sát Ngoài ra, nắp còn có ống sinh khí với đường kính Φ = 300mm, độ dày S = 2mm và chiều dài L = 6000mm.
+ Đáy nồi: Độ côn ở đỉnh 144 0 Φ = 2500mm, H = 400mm, S = 6mm
Hệ thống khuấy, truyền động từ bên dưới, cánh khuấy bằng Inox Động cơ điện: 3,7kW, tốc độ tỷ số truyền 1/45: 30v/ph
Bộ chèn kín: ống lót ổ trục bằng đồng thau, phớt chèn bằng amiăng chì chịu nhiệt
Bảo ôn nồi được thiết kế với phần thân và đáy dày 100mm, sử dụng bông thủy tinh chất lượng cao để cách nhiệt hiệu quả Bên ngoài, lớp vỏ được làm từ tôn Inox dày 2mm, đảm bảo độ bền và an toàn cho sản phẩm.
Tính nồi đ−ờng hoá 40
L−ợng malt đem ngâm là 10% so với l−ợng gạo vậy l−ợng malt lót ngâm cho một mẻ là:
1249 0,995 0,1 = 124kg Khi nghiền tổn thất là 0,5%, vậy l−ợng bột malt còn lại cho vào nồi đ−ờng hoá là:
( 3270 0,995 ) - 124 = 3129kg N−ớc cho vào ngâm malt lót theo tỉ lệ: n−ớc/malt = 5/1 Vậy l−ợng n−ớc cho vào nồi đ−ờng hoá là:
5 3129 = 15648kg Khối l−ợng hỗn hợp trong nồi đ−ờng hoá (cả dịch từ nồi hồ hoá chuyển sang):
8196 + 3129 + 15648 = 26973kg Hỗn hợp malt n−ớc có khối l−ợng riêng: p = 1,08kg/lít Vậy thể tích hỗn hợp là:
Hệ số sử dụng là 0,8 Vậy thể tích sử dụng của nồi đ−ờng hoá là:
Nồi đường hóa là thiết bị có cấu trúc 2 vỏ với đáy côn và thân hình trụ, có đường kính D Chiều cao của phần hình trụ là H = 0,6D, chiều cao đáy là h2 = 0,15D, và chiều cao phần đỉnh là h1 = 0,2D Thiết bị này được chế tạo từ vật liệu Inox SUS304, đảm bảo độ bền và an toàn trong quá trình sử dụng.
Thể tích nối đ−ợc tính theo công thức:
Nồi đ−ờng hoá có kích th−ớc:
- Các thông số kỹ thuật của nồi đ−ờng hoá
Kiểu 2 vỏ, vật liệu Inox SUS304 áp suất làm việc: 4kg/cm 2 , áp suất thử: 6kg/cm 2
Diện tích trao đổi nhiệt: 16,7 m 2 (đ−ợc tính ở phần tính cân bằng nhiệt) Chiều cao tổng: 3610mm
+ Th©n trô: Φ = 3800mm, H = 2280mm, S = 3,5mm Riêng phần vành d−ới của thân trụ bằng thép Inox 6mm
Nắp nồi có độ côn ở đỉnh 130° với đường kính Φ = 3800mm, chiều cao H = 760mm và độ dày S = 6mm Nắp được trang bị cửa người chui có đường kính Φ = 450mm, cấu trúc kín, kèm theo kính quan sát phía trên Ngoài ra, nắp còn có ống sinh khí với đường kính Φ = 300mm, độ dày S = 2mm và chiều dài L = 6000mm.
+ Đáy nồi: Độ côn ở đỉnh 144 0 Φ = 3800mm, H = 5700mm, S = 8mm
Hệ thống khuấy, truyền động từ bên dưới, cánh khuấy bằng Inox Động cơ điện: 5,5kW, tốc độ 1450v/ph
Hộp giảm tốc 1 tốc độ tỷ số truyền 1/50: 29v/ph
Bộ chèn kín: ống lót ổ trục bằng đồng thau, phớt chèn bằng amiăng chì chịu nhiệt
Bảo ôn của nồi được thiết kế với phần thân và đáy dày 100mm, sử dụng bông thủy tinh chất lượng cao để cách nhiệt hiệu quả Bên ngoài, lớp vỏ được làm bằng tôn Inox dày 2mm, đảm bảo độ bền và tính năng cách nhiệt tối ưu.
Tính thiết bị lọc dịch đ−ờng 42
Dùng nồi lọc để dịch đường, thể tích khối dịch đường đem lọc mỗi mẻ là thể tích dịch sau khi đ−ờng hoá: 24975lít
Hệ số chứa đầy thùng là 0,7 Vậy thể tích sử dụng của nồi lọc là:
Nồi lọc là thiết bị có thiết kế một vỏ với đáy phẳng, thân hình trụ có đường kính D và chiều cao H Chiều cao phần đỉnh h1 được xác định là 0,15D, trong khi chiều cao toàn bộ nồi lọc là H = 0,4D Vật liệu chế tạo nồi lọc được sử dụng là Inox SUS304.
Thể tích nồi đ−ợc tính theo công thức:
Nồi lọc có kích th−ớc:
- Các thông số kỹ thuật của nồi lọc
Kiểu 1 vỏ, vật liệu Inox SUS304
Th©n trô có đường kính Φ = 4800mm, chiều cao H = 1900mm và độ dày S = 4mm Nắp nồi có độ côn ở đỉnh là 130 độ, với đường kính Φ = 4800mm, chiều cao H = 720mm và độ dày S = 7mm Nắp được thiết kế với cửa người chui có đường kính Φ = 450mm, cấu trúc kín, phía trên cửa có kính quan sát, và ở đỉnh nắp có ống sinh khí với đường kính Φ = 300mm, độ dày S = 2mm và chiều dài L = 6000mm.
+ Đáy nồi: Dạng phẳng Φ = 4800mm, S = 8mm
Hệ thống đảo gạt với truyền động từ bên dưới có cánh đảo gạt đảm bảo việc xới đều và gạt b hiệu quả Động cơ điện có công suất 7,5kW hỗ trợ hoạt động của hệ thống này.
Hộp giảm tốc 1 tốc độ tỷ số truyền 1/60: 10v/ph
+ Trục thẳng đứng bằng thép không rỉ, đường kính Φ79,4mm dài 2,016 m
Hệ thống cánh đảo gạt b được thiết kế đặc biệt với một chiều quay của động cơ thực hiện chức năng cắt đảo b, trong khi chiều ngược lại giúp gạt b Hệ thống này bao gồm 15 lưỡi cắt làm từ thép không gỉ và 2 lưỡi gạt b bằng đồng đỏ.
+ Mặt sàng: Đ−ợc chế tạo bằng thép không rỉ, đ−ợc ghép lại thành từ nhiÒu tÊm
+ Thiết bị rảy nước: Cấu tạo đặc biệt, lắp ở tâm nồi, với ống nước vòng tròn và các đầu phun đặc biệt bằng thép không rỉ
+ Thiết bị làm sạch phía d−ới l−ới lọc lắng: Bao gồm 16 đầu phun dẹp làm bằng thép không rỉ, 2 van điều chỉnh lắp trên đ−ờng ống cấp n−ớc chính
Bộ chèn kín: ống lót ổ trục bằng đồng thau, phớt chèn bằng amiăng chì chịu nhiệt
+ Bảo ôn: Bảo ôn phần thân nồi dày 100 mm bằng bông thuỷ tinh chất l−ợng cao, bên ngoài lớp vỏ cách nhiệt là lớp tôn Inox dày 2mm.
Tính nồi nấu hoa 44
Thể tích nồi nấu hoa cần đủ để chứa dung dịch sau khi lọc và rửa, nhưng hệ số đổ đầy nồi lại thấp do hiện tượng phồng lên khi sôi ở nhiệt độ cao Vì vậy, thể tích nồi nấu hoa được chọn bằng 1,2 lần thể tích nồi đường hoá.
31,2 1,2 = 37,4m 3 Nồi nấu hoa là thiết bị 2 vỏ đáy côn, thân hình trụ đường kính D, chiều cao phần hình trụ H, chiều cao đáy h 2 , chiều cao phần đỉnh h 1 : h 1 = 0,2D,
H = 0,6D, h 2 = 0,15D Vật liệu chế tạo: Inox SUS304
Thể tích nồi đ−ợc tính theo công thức:
Nồi nấu hoa có kích th−ớc:
- Các thông số kỹ thuật của nồi nấu hoa
Kiểu vỏ, vật liệu Inox SUS304 áp suất làm việc: 4kg/cm 2 , áp suất thử: 6kg/cm 2
Diện tích trao đổi nhiệt: 14m 2 (đ−ợc tính ở phần tính cân bằng nhiệt) Chiều cao tổng: 3800mm
Thùng trô có đường kính Φ 4000mm, chiều cao H 2400mm, và độ dày S 4mm Nắp nồi có độ côn ở đỉnh 130 độ, với đường kính Φ 4000mm, chiều cao H 800mm, và độ dày S 6mm Nắp còn được trang bị cửa người chui với đường kính Φ 450mm, cấu trúc kín, phía trên có kính quan sát, và ở đỉnh nắp có ống thoát hơi với đường kính Φ 300mm, chiều dài L 6000mm.
+ Đáy nồi: Độ côn ở đỉnh 144 0 Φ = 4000mm, H = 600mm, S = 8mm + Thiết bị cấp nhiệt kiểu ống chùm thẳng đứng
Kết cấu dạng chùm ống 2 đầu là mặt sàng, thân trụ bao bọc lấy chùm èng
Số ống trao đổi nhiệt: 94 ống Đ−ờng kính ống: Φ = 42 x 2,5 chiều dài ống L = 1140mm
Diện tích trao đổi nhiệt: 14m 2
Bảo ôn nồi được thiết kế với phần thân và đáy dày 100mm, sử dụng bông thủy tinh chất lượng cao Bên ngoài, lớp vỏ cách nhiệt được làm từ tôn Inox dày 2mm, đảm bảo hiệu quả cách nhiệt tối ưu.
