Lập luận kinh tế
Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới và tại Việt Nam
Bia là một trong những loại đồ uống phổ biến nhất trên thế giới, với sản lượng tiêu thụ ngày càng tăng Các quốc gia phát triển như Đức, Đan Mạch, Ba Lan và Mỹ có ngành công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh mẽ, với sản lượng bia của Đức và Mỹ đạt tới 10 tỷ lít mỗi năm Công nghệ sản xuất bia từ những quốc gia này đã thâm nhập vào nhiều thị trường toàn cầu, bao gồm cả Việt Nam Mức tiêu thụ bình quân ở các nước này khá cao, khoảng 100 lít/người/năm.
Các nước Á Đông hiện có mức tiêu thụ bia bình quân khoảng 20 lít/người/năm, ngoại trừ Nhật Bản với 50 lít/người/năm Tuy nhiên, thị trường bia ở khu vực này rất lớn, với sản lượng bia của Trung Quốc và Nhật Bản gần bằng sản lượng của Đức và Mỹ Tại Việt Nam, bia xuất hiện từ đầu thế kỷ XX và với điều kiện khí hậu nhiệt đới cùng sự nâng cao đời sống vật chất và tinh thần, ngành công nghiệp bia đã phát triển mạnh mẽ Theo thống kê, tốc độ tiêu thụ bia của người Việt Nam trong 10 năm qua đã tăng hơn 200%, với sản lượng bia trong nước đạt 1,29 tỷ lít vào năm 2003.
Từ năm 2008, sản lượng tiêu thụ bia tại Việt Nam đã vượt mốc 2 tỷ lít và đến năm 2012, con số này gần đạt 3 tỷ lít Theo Euromonitor International, Việt Nam hiện là nước tiêu thụ bia hàng đầu Đông Nam Á và đứng thứ ba châu Á, chỉ sau Nhật Bản và Trung Quốc, đồng thời nằm trong top 25 quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất thế giới với mức tăng trưởng 15% mỗi năm Trung bình, mỗi người dân Việt Nam tiêu thụ từ 28 đến 30 lít bia trong năm qua Dự báo đến năm 2015, sản lượng bia của Việt Nam sẽ đạt 4,2 – 4,4 tỷ lít, tương đương với 45 – 47 lít/người/năm, và trong vòng 10 năm tới, con số này có thể tăng lên 60 – 70 lít/người/năm.
Từ những ngày đầu chỉ có hai nhà máy bia lớn là Hà Nội và Sài Gòn, hiện nay, theo Bộ Kế hoạch và Đầu tư, cả nước đã có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia trải dài khắp các tỉnh, thành, với số lượng vẫn tiếp tục tăng Trong số đó, hơn 20 nhà máy có công suất trên 20 triệu lít và 15 nhà máy có công suất lớn hơn 15 triệu lít.
Có 268 cơ sở sản xuất với công suất dưới 1 triệu lít mỗi năm Những nhà máy này đã áp dụng nhiều tiến bộ trong khoa học công nghệ và lắp đặt thiết bị hiện đại để nâng cao hiệu quả sản xuất.
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 5 đang nỗ lực cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm để đáp ứng ngày càng cao nhu cầu của người tiêu dùng về cả số lượng lẫn chất lượng.
Trong bối cảnh kinh tế khó khăn, doanh số bán hàng của các hãng bia nổi tiếng toàn cầu giảm, nhưng tại Việt Nam, doanh số vẫn tăng mạnh Điều này cho thấy nhu cầu tiêu thụ bia ở Việt Nam rất cao, trong khi các nhà máy và cơ sở sản xuất vẫn chưa đáp ứng đủ về chất lượng và số lượng Vì vậy, ngành công nghiệp bia tại Việt Nam có nhiều tiềm năng phát triển.
Chọn địạ điểm nhà máy
Địa điểm xây dựng nhà máy là khu công nghiệp Tiên Sơn- Bắc Ninh
Vào ngày 18/12/1998, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1129/QĐ-TTg thành lập khu công nghiệp Tiên Sơn, giao Tổng Công ty VIGRACERA làm chủ đầu tư Khu công nghiệp này có diện tích lớn, được đầu tư bài bản và có nhiều tiềm năng phát triển Đồng thời, các khu dân cư và đô thị xung quanh cũng đang được mở rộng gần các nhà máy Việc xây dựng nhà máy bia tại đây không chỉ tạo ra công ăn việc làm cho người lao động mà còn đáp ứng nhu cầu tiêu thụ tại chỗ.
Khu công nghiệp Tiên Sơn có diện tích 350 ha, tọa lạc trong khu vực chiến lược kinh tế Hà Nội – Hải Phòng – Quảng Ninh, với hệ thống giao thông thuận tiện Phía Nam giáp xã Hoàn Sơn và Quốc lộ 1A mới, phía Bắc giáp Quốc lộ 1A cũ và tuyến đường sắt quốc gia, phía Đông giáp kênh thoát nước xã Nội Duệ, và phía Tây giáp xã Đồng Nguyên cùng đường tỉnh lộ 295 Từ khu công nghiệp, dễ dàng di chuyển đến cảng biển Cái Lân (120 km), cảng Hải Phòng (100 km) và sân bay quốc tế Nội Bài (30 km) Địa hình bằng phẳng và điều kiện địa chất ổn định tại khu công nghiệp Tiên Sơn rất phù hợp cho việc xây dựng các nhà máy công nghiệp.
Nguyên liệu
Nguyên liệu chính sản xuất bia là malt Ngoài ra có nguyên liệu thay thế là gạo và một số nguyên liệu phụ trợ khác hoa houblon, nấm men,…
Malt và hoa houblon nhập từ Đức, Pháp Malt nhập theo lô, còn houblon nhập dưới dạng hoa cao, hoa viên.
Khu công nghiệp Tiên Sơn nằm cách cảng biển nước sâu Cái Lân 128km, cảng biển Hải Phòng 122km và cửa khẩu Lạng Sơn 136km, mang lại sự thuận lợi cho việc nhập khẩu malt và hoa houblon về nhà máy.
Gạo là nguyên liệu thay thế có thể được mua từ các tỉnh lân cận như Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định và Thái Bình Giá thành hợp lý và phương tiện vận chuyển bằng ô tô giúp đưa gạo về nhà máy một cách thuận tiện.
Có thể mua men giống ở viện công nghệ thực phẩm rồi tự nhân giống hoặc mua nấm men từ nước ngoài.
Các nguyện liệu khác chủ yếu mua ở công ty hóa chất trong nước.
Vùng tiêu thụ sản phẩm
Khu công nghiệp cách trung tâm Hà Nội 22 km nên rất thuận cho việc cung cấp sản phẩm cho nội thành.
Bia nhà máy sản xuất tại Bắc Ninh cung cấp sản phẩm cho Hà Nội và các tỉnh miền Bắc Sản phẩm được chiết bock và vận chuyển bằng ô tô đến các đại lý chính của nhà máy.
Nguồn cung cấp điện, nước,lạnh
Để đảm bảo hoạt động ổn định cho nhà máy trong khu công nghiệp, việc sử dụng điện lưới 24/24 là cần thiết Tuy nhiên, cần thiết phải lắp đặt thêm một trạm biến thế và máy phát điện dự phòng để đảm bảo nguồn điện liên tục và ổn định.
Nhà máy sử dụng nước từ khu công nghiệp kết hợp với hệ thống giếng khoan, đảm bảo nước được xử lý, lọc và làm mềm để phục vụ cho sản xuất và các hoạt động khác Để đáp ứng các chỉ tiêu công nghệ trong quá trình nấu bia, nước cần được xử lý đúng kỹ thuật trước khi đưa vào sản xuất.
Nhà máy cần lắp đặt hệ thống lạnh, hệ thống thu hồi CO2 và cấp khí nén phù hợp với công suất để đảm bảo đủ lạnh cho hoạt động sản xuất Hệ thống lạnh có thể sử dụng tác nhân lạnh như NH3 hoặc Freon, trong khi chất tải lạnh có thể là glycol hoặc nước muối.
Nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng cho nồi hơi trong nhà máy, phục vụ cho quá trình nấu nguyên liệu và thanh trùng, chủ yếu là than được cung cấp từ các nhà máy lân cận.
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 7
Nguồn nhân lực
Khu công nghiệp gần thành phố Bắc Ninh và Hà Nội sở hữu giao thông thuận tiện, tạo điều kiện thu hút nguồn nhân lực phong phú Bên cạnh đó, khu công nghiệp còn cung cấp chỗ ở cho công nhân, giúp dễ dàng tuyển dụng lao động phổ thông từ các tỉnh lân cận.
Giao thông vận tải
Vị trí của nhà máy nằm sát quốc lộ 1 và gần quốc lộ 5, mang lại lợi thế giao thông thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu Bên cạnh đó, khoảng cách chỉ 100km đến cảng Cái Lân và Hải Phòng cũng giúp việc nhập nguyên liệu phục vụ sản xuất trở nên dễ dàng hơn.
Vệ sinh môt trường và xử lý nước thải
Xây dựng khu xử lý nước để xử lý nước thải tránh gây ô nhiễm môi trường xung quanh.
Lựa chọn dây chuyền công nghệ
Chọn chỉ tiêu chất lượng bia
Tên chỉ tiêu Yêu cầu
Màu sắc Màu vàng rơm, trong sáng, óng ánh.
Vị Có vị đắng dịu của hoa houblon, không có vị lạ.
Mùi Không có mùi lạ, có mùi thơm đặc trưng của malt vàng và hoa houblon Bọt Trắng, mịn xốp, thời gian giữ bọt khoảng 2-3 phút.
1.2 Chỉ tiêu về thành phần hóa học.
Tên chỉ tiêu Mức Độ axit, ml NaOH 1N trung hòa hết
100ml bia hơi đã đuổi hết CO2
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 9
Hàm lượng chất hòa tan ban đầu 10 0 Bx
1.3 Chỉ tiêu vi sinh vật.
Tên chỉ tiêu Giới hạn tối đa
(CFU/ml sản phẩm) Tiêu chuẩn
Tổng số vi sinh vật hiếu khí 10 3 TCVN4884:2005
Tổng số nấm men và nấm mốc 10 2 TCVN 8275-1:2009
Chọn chủng nấm men và phương pháp lên men
Có hai phương pháp lên men chìm và nổi. a Lên men chìm:
Sử dụng chủng men Saccharomyces carlsbergensis, nhiệt độ lên men chính thích hợp
Trong quá trình lên men ở nhiệt độ 12 14 °C, nấm men tồn tại dưới dạng huyền phù trong dịch lên men Cuối quá trình, phần lớn nấm men sẽ lắng xuống đáy thiết bị Ưu điểm của phương pháp này là
▪ Có khả năng lên men ở điều kiện nhiệt độ thấp nên giảm được sự nhiễm tạp, và tạo cho bia chất lượng cao, bền sinh học.
▪ Vào cuối quá trình lên men nó kết lắng xuống dưới đáy,thuận lợi cho việc tách cặn nấm men sau khi lên men chính.
▪ Chủng này còn sử dụng được cả đường rafinoza, làm tăng hiệu suất lên men. b Lên men nổi:
Chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae phát triển tốt ở nhiệt độ lên men từ 14 đến 16 độ C Trong quá trình lên men, nấm men thường kết thành mảng nổi trên bề mặt dịch, gây khó khăn trong việc tách nấm men sau khi quá trình lên men hoàn tất.
Nhược điểm của quá trình lên men là nấm men thường nổi lên trên, gây khó khăn trong việc tách cặn Để khắc phục điều này, chủng nấm men Saccharomyces carlsbergensis được chọn vì nó dễ dàng tách ra khỏi dịch lên men sau khi quá trình kết thúc, đồng thời giúp tránh nhiễm tạp.
2.2 Chọn phương pháp lên men.
Có hai phương pháp lên men: lên men cổ điển và lên men hiện đại Lên men cổ điển đặc trưng bởi hai quá trình lên men chính và phụ diễn ra trong các thiết bị riêng biệt với hệ thống bảo ôn lạnh khác nhau Ưu điểm của phương pháp này là nhiệt độ lên men thấp (6 đến 9 độ C), giúp thời gian lên men kéo dài và mang lại sản phẩm với hương vị đậm đà.
Lên men hiện đại, hay còn gọi là lên men gia tốc, mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm như: tốn diện tích mặt bằng, cần nhiều thiết bị, thời gian lên men dài, năng suất giảm và yêu cầu hệ thống làm lạnh lớn, dẫn đến chi phí đầu tư cao Hơn nữa, việc vận chuyển dịch lên men từ khu lên men chính sang khu lên men phụ có thể gây tổn thất.
Phương pháp này cho phép thực hiện đồng thời quá trình lên men chính và lên men phụ trong cùng một thiết bị hình trụ có đáy côn Thiết bị được trang bị hệ thống áo lạnh bên ngoài để kiểm soát nhiệt độ cho cả hai quá trình lên men, với nhiệt độ lên men chính từ 12 đến 14 độ C và lên men phụ ở 0 độ C.
Nhiệt độ 20°C mang lại nhiều ưu điểm cho quá trình lên men, bao gồm thời gian lên men chính nhanh hơn so với phương pháp cổ điển, giúp tăng năng suất Công nghệ này không phức tạp, dễ dàng tự động hóa và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Nhược điểm: Thời gian lên men nhanh làm chất lượng bia có giảm, tuy nhiên không khác xa nhiều so với lên men cổ điển.
Dựa vào đặc điểm của hai phương pháp lên men, tôi chọn phương pháp lên men hiện đại vì nó tiết kiệm diện tích và thời gian cho nhà máy Sản phẩm bia phục vụ cho thị trường nội địa không yêu cầu chất lượng quá cao, do đó có thể áp dụng phương pháp lên men gia tốc.
Chon thiết bị lọc bia
Hiện nay lọc bia chủ yếu sử dụng các phương pháp lọc bia sau: lọc khung bản, lọc đĩa và lọc nến.
3.1Máy lọc khung bản Ưu điểm: Bề mặt lọc lớn, lọc dịch trong loại bỏ được nấm men, tấm đỡ có thể thay thế dễ dàng, lọc được các cặn bẩn, không cần người có chuyên môn hóa cao.
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 11
Nhược điểm của sản phẩm bao gồm việc cần nhiều thời gian để vệ sinh, yêu cầu thay thế tấm đỡ theo chu kỳ và giá thành tấm đỡ khá cao Ngoài ra, dịch chảy có thể phân bố không đều và cần phải tháo khung bản khi muốn giảm áp suất.
Có 2 loại là máy lọc ngang và máy lọc đứng
Máy lọc ngang Ưu điểm: Tiết kiệm mặt bằng sử dụng, sấy khô lớp lọc, lớp lọc không bị rơi khi máy hỏng, hệ thống rửa tự động.
Nhược điểm của thiết bị bao gồm khó khăn trong việc đảm bảo độ kín ở trục máy, bộ phận lọc có thể lung lay khi vệ sinh, không thuận tiện trong việc tháo lắp, cồng kềnh theo chiều cao và không có khả năng điều chỉnh bề mặt lọc.
Máy lọc đứng: Ưu điểm: Bề mặt lọc lớn, tháo lắp hệ thống lọc dể dàng, không cần không gian chiều cao.
Nhược điểm của thiết bị bao gồm khó khăn trong việc đảm bảo độ kín ở trục máy, bộ phận lọc dễ lung lay khi vệ sinh, nhạy cảm với sự cố trong quá trình lọc, khó khăn trong việc vệ sinh và lớp lọc thường xuyên bị ướt.
3.3Máy lọc nến. Ưu điểm: Bề mặt lọc tăng dần do sự bồi đắp liên tục của bột trợ lọc, bản mặt lọc không bị thay thế định kỳ, có thể tự động hóa, giảm hàm lượng oxy xâm nhập, dễ dàng lắp đặt.
Nhược điểm của hệ thống lọc này bao gồm sự nhạy cảm với áp suất tăng đột ngột, chu trình lọc ngắn và không thể nâng cao năng suất bằng cách tăng cường bộ phận lọc Hệ thống cũng tiêu thụ lượng nước rửa lớn, gây khó khăn trong việc vệ sinh và bảo quản nến lọc Thêm vào đó, việc tháo dỡ thiết bị phức tạp và có nguy cơ làm biến dạng các nến dạng cốc.
Máy lọc nến là giải pháp lý tưởng cho các nhà máy hiện đại nhờ vào khả năng tự động hóa cao Sản phẩm này đáp ứng tốt các tiêu chí của công nghệ tiên tiến, mang lại hiệu quả và tiện lợi trong quá trình sản xuất.
Quy trình công nghệ và thuyết minh quy trình công nghệ
Quy trình công nghệ
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 13
Chiết bock Xử lý CORửa 2
Bão hòa CO2Lọc bia
Thuyết minh dây chuyền sản xuất
2.1Nhân giống nấm men. a Mục đích.
Quá trình nhân giống nấm men nhằm đảm bảo cung cấp đủ lượng và chất lượng nấm men cần thiết cho quá trình lên men Để thực hiện, bước đầu tiên là nuôi cấy men giống thuần khiết.
Nhân giống ở phòng thí nghiệm.
Nuôi cấy nấm men ở phòng thí nghiệm là 30 0 C.
Nấm men được cấy từ ống thạch nghiêng sang ống nghiệm 10ml, tiếp tục cấy truyền sang 100ml 1000ml… với chế độ nhân giống như sau:
Rửa men sữa Lên men chính
Môi trường nuôi cấy Nhiệt độ nuôi cấy
Thời gian nuôi cấy( giờ)
Môi trường nhân giống cần được thanh trùng ở áp suất 1at trong 20 phút Để đảm bảo chất lượng nấm men, mỗi lần nhân giống yêu cầu men giống phải có hình dạng to, tròn, tỷ lệ nảy chồi trên 80% và tỷ lệ chết dưới 5%.
Sau khi nhân giống nhiều lần đến 10 lít ta chuyển sang thùng nhân giống cấp I và cấp II.
Nuôi cấy ở thùng nhân giống cấp I và cấp II.
Để chuẩn bị dịch đường, đầu tiên tách cặn và cho vào thùng nhân giống cấp I Tiến hành tiệt trùng dịch đường bằng cách mở van hơi, duy trì áp suất 1at trong 20 phút Sau đó, sử dụng nước lạnh để làm mát dịch đến nhiệt độ 24-26 độ C Cuối cùng, chuyển nấm men vào thiết bị nuôi và thực hiện quá trình nuôi cấy trong 16 giờ với sục khí vô trùng.
Sau khi hoàn tất quá trình nhân giống cấp I, tiến hành bơm men giống sang thùng nhân giống cấp II, thực hiện tương tự như ở cấp I nhưng với nhiệt độ nuôi cấy từ 18-20 độ C Khi hoàn thành nhân giống cấp II, chuyển nấm men sang thùng lên men Đồng thời, cần tái sử dụng men sữa để tối ưu hóa quy trình.
Khi kết thúc lên men chính, ta hạ nhiệt độ đến 4-5 0 C nấm men lắng xuống đáy thùng lên men và chia thành 3 lớp:
Lớp trên là lớp nấm men già và xác tế bào nấm men.
Lớp giữa là lớp màu trắng sữa.
Lớp đáy là lớp cặn thô.
Rửa men sữa bằng cách tháo bỏ lớp cuối cùng và thu lấy lớp giữa để tiến hành rửa Sau đó, bơm lớp men giữa sang thùng rửa men, thêm nước lạnh 20°C đã được vô trùng vào và khuấy nhẹ vài lần Cuối cùng, để cho xác men lắng xuống.
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 15 đã thực hiện quy trình gạn lọc, loại bỏ phần trên của dịch men Nước rửa được thay nhiều lần cho đến khi dịch men đạt màu trắng sữa Cuối cùng, bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ 0°C để đảm bảo chất lượng.
Yêu cầu về chất lượng men sữa:
Quy trình tái sử dụng nấm men sữa thường lắp 5-6 lần.
2.2Quá trình lên men chính. a Mục đích.
Quá trình lên men là sự chuyển hóa của nấm men, trong đó chúng hấp thụ và biến đổi các chất trong dịch đường để sản xuất rượu, khí CO2 và các sản phẩm phụ khác Chế độ lên men đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng và hương vị của sản phẩm cuối cùng.
Thời gian lên men: 8 ngày. c Tiến hành.
Dịch đường đem đi lên men có nồng độ 10 0 Bx.
Sử dụng lên men gia tốc trong các thùng hình trụ, đáy côn kín, có khả năng tạo bọt và giữ bọt tốt.
Sau khi được làm lạnh và cung cấp O2, dịch đường được bơm vào thùng lên men đã được làm sạch, với lượng dịch bằng 1/4 thể tích thùng Toàn bộ nấm men sử dụng trong quá trình cũng được đưa vào cùng lúc với dịch Enzim maturex được bổ sung với tỉ lệ 2g/ml để giảm lượng diacetyl và rút ngắn thời gian ủ chín Sau đó, các mẻ dịch tiếp theo được bơm vào thùng và đặt ở chế độ lên men, với tỉ lệ nấm men từ 15-20 triệu tế bào/ml Khi quá trình lên men bắt đầu, van lạnh khoang giữa và 1/3 van lạnh khoang trên cùng được mở hết cỡ, trong khi khoang lạnh dưới cùng không mở, nhằm tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khoang để nấm men được trộn đều, ngăn ngừa lắng đọng và cải thiện hiệu quả lên men Tác nhân lạnh sử dụng là glycol.
Các giai đoạn diễn ra trong quá trình lên men:
Trong giai đoạn đầu, sau hai ngày duy trì nhiệt độ 13°C, quá trình tạo sinh khối nấm men bắt đầu diễn ra, nấm men phát triển và tạo ra bọt li ti bám vào thành thùng, dần dần phủ kín bề mặt thùng lên men Bọt trắng mịn xuất hiện, trong khi chất hòa tan giảm từ 0.3-0.5% Khi nhiệt độ tăng thêm 0.5°C, chúng ta cần giữ ổn định nhiệt độ ở mức 13°C.
Trong giai đoạn 2 của quá trình lên men, một ngày sau, lớp bọt vàng nhạt như kem xuất hiện trên bề mặt dịch đường, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ Lớp bọt này chứa các chất phân hủy từ nhựa đắng hoa houblon, protein và cặn mịn Đồng thời, hàm lượng chất hòa tan giảm từ 2-2.5%, trong khi nhiệt độ được duy trì ở mức 13 độ C.
Giai đoạn 3 của quá trình lên men kéo dài hai ngày, trong đó bọt xuất hiện nhiều và dày, với màu sắc sẫm Chất hòa tan giảm từ 2.5-3%, nhiệt độ lên men tăng nhanh, do đó cần theo dõi chặt chẽ và duy trì nhiệt độ ở mức 13°C.
Giai đoạn 4 của quá trình lên men đánh dấu sự suy yếu dần của cường độ lên men, với bọt giảm và hình thành lớp vàng sậm trên bề mặt Chất hòa tan giảm từ 0.8-1%, nhiệt độ giảm 3-4 độ C, và nấm men bắt đầu lắng xuống Đây là dấu hiệu cho thấy quá trình lên men chính đã kết thúc.
Sau 8 ngày quá trình lên men kết thúc. Đặc điểm nhận biết quá trình lên men chính kết thúc hay chưa:
Quan sát độ bọt: bề mặt của thùng lên men có một lớp bọt mỏng, mịn đều, có màu xám nâu.
Kiểm tra nồng độ chất hòa tan: sau một ngày nồng độ chất hòa tan trong bia giảm nhỏ hơn 0,1-0,2%.
Dựa vào độ trong của bia: sau 24h bia trong hoàn toàn.
Giai đoạn lên men chính kết thúc khi chất hòa tan có nồng độ 2,5-3 0 Bx
Thu hồi và tàng trữ CO 2
Trong quá trình lên men chính của sản xuất bia, nấm men hô hấp hiếu khí tạo ra CO2 Việc bão hòa CO2 trong quy trình sản xuất không chỉ nâng cao chất lượng cảm quan của bia mà còn giúp chống oxy hóa Do đó, việc thu hồi CO2 là cần thiết để cải thiện chất lượng sản phẩm.
Tiến hành: CO2 sinh ra ở quá trình lên men được xử lý qua hệ thống thu hồi CO2
Hệ thống tự động thu hồi CO2 qua bóng chứa khí, khi bóng đầy, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về trung tâm điều khiển để kích hoạt máy hút CO2 Qua quá trình này, CO2 được dẫn qua cột nước rửa nhằm loại bỏ các tạp chất.
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 17
Quá trình lên men tiếp theo sử dụng chất chiết còn lại từ quá trình lên men chính giúp tăng cường lượng CO2 hòa tan trong bia, hoàn thiện hương vị và giảm thiểu diaxetyl Xác men và cặn sẽ lắng xuống đáy, làm trong bia và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc.
Thời gian lên men: 15 ngày.
Áp suất dư: 0,8-0,9 bar. c Tiến hành.
Cân bằng sản phẩm
Chọn các số liệu ban đầu
- Năng suất nhà máy: 10 triệu lít bia /năm
- Nồng độ dịch đường trước lên men: 10 0 Bx đối với sản phẩm bia hơi
Một số thông số của nguyên liệu:
Malt Gạo Độ ẩm 7% 13% Độ hòa tan 75% 85%
Tổn thất qua các công đoạn:
+ Nghiền: 0,5% so với trọng lượng nguyên liệu
+ Nấu, đường hóa, lọc: 2% so với chất hòa tan
+ Houblon hóa: 10 % so với thể tích dịch trước nấu
+ Lắng : 2% so với thể tích dịch trước lắng
+ Làm lạnh nhanh: 0,5% so với thể tích dịch trước làm lạnh nhanh
+ Lên men chính và phụ: 3,5% so với thể tích dịch trước lên men chính và phụ
+ Lọc bia: 2% so với thể tích dịch trước lọc bia
+ Bão hòa CO2: 0,5% so với thể tích dịch trước bão hòa CO2
+ Chiết bock: 1% so với thể tích dịch trước chiết bock
Hao hụt ở các công đoạn làm sạch, nghiền tính theo phần trăm khối lượng của nguyên liệu trước đó
Hao hụt trong các quá trình nấu, đường hóa, lọc tính theo phần trăm chất hòa tan trong dịch trước đó
Hao hụt trong quá trình sản xuất bia, bao gồm các giai đoạn houblon hóa, lắng, làm lạnh nhanh, lên men chính và phụ, cũng như lọc bia và bão hòa CO2, được tính toán dựa trên phần trăm thể tích của dịch ban đầu.
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 21
Tính cân bằng sản phẩm cho 100 lít bia hơi
2.1Tính lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn:
* Quá trình chiết bia hơi tổn thất 1%.
Lượng bia sau khi đã bão hòa CO2 là:
* Quá trình sục khí CO2 tổn thất 0,5 %.
Lượng bia sau khi lọc là:
* Quá trình lọc bia tổn thất là 2%.
Lượng bia trước khi lọc là:
* Quá trình lên men chính và phụ trong cùng một thiết bị tổn hao là 3,5 %.
Lượng dịch đường đưa vào lên men là:
* Quá trình lắng và làm lạnh nhanh tổn hao chung là 2%.
Lượng dịch đường đưa vào làm lạnh nhanh là:
* Khi làm lạnh thể tích dịch đường co 4%.
Thể tích dịch đường ở 100 0 C trước khi lắng và làm lạnh là:
* Dịch đường 10 0 Bx có khối lượng riêng d= 1,039 kg/lít.
Khối lượng dịch đường sau quá trình đun hoa là:
* Lượng chất chiết có trong dịch đường 10 0 Bx là:
* Quá trình nấu, lọc tổn hao chất chiết là 2%.
Lượng chất chiết cần thiết là:
*Malt có độ ẩm là 7%, khả năng hòa tan là 75%, tổn hao do làm sạch là 1% và nghiền là 0,5%.
Gọi lượng malt cần dùng là M, lượng chất chiết thu được từ M kg malt là:
*Lượng gạo cần dùng là M x 0,2/0,8
Gạo có độ ẩm là 13%, khả năng hòa tan là 85%, tổn hao do làm sạch là 1% và nghiền là 0,5%.
Lượng chất chiết thu được từ gạo là:
*Lượng chất chiết là: 12,08 kg
Lượng malt cần dùng là:
Lượng gạo cần dùng là:
Vậy, lượng malt cần là 13,39 kg và lượng gạo cần là 3,34 kg.
Lượng men giống nuôi cấy tiếp vào trước khi lên men chính (10% so với lượng dịch đưa vào lên men) là:
Lượng men sữa tiếp vào trước khi lên men chính ( 1% so với lượng dịch đưa vào lên men) là:
2.4 Tính bột trợ lọc diatomit.
Thông thường cứ 1000l bia thì cần o,73 kg bột trợ lọc.
Vật lượng bột trợ lọc cần là : 100x 0,73: 1000 = 0,073kg = 73g
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 23
Cứ 100 lít bia cho 2 lít sữa men W = 85%.
Trong đó một phần được tái sử dụng làm men giống là: 1,08 lít.
Vậy lượng men sữa dùng làm thức ăn gia súc là: 2 - 1,08 = 0,92 lít.
Theo phương trình lên men : C12H22O11 + H2O → 2 C2H5OH + 4CO2
Cứ 342 g maltoza tạo thành 176 g CO2.
Lượng chất chiết trong dịch lên men là: 11,6 kg.
Coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza, hiệu suất lên men trong quá trình lên men chính là 55%, lượng CO2 thu được là:
Lượng CO2 hòa tan trong bia là (2 g CO2 / 1l bia non):
Lượng CO2 thoát ra là:
Lượng CO2 thu hồi thường chỉ đạt 70%:
3,07 x 0,7 = 2,149 kg. Ở 20 0 C, 1atm thì 1 m 3 CO2 cân nặng 1,832 kg Thể tích CO2 bay ra là:
Trong quá trình lên men phụ, khoảng 15% chất chiết của dịch đường tiếp tục được chuyển hóa, dẫn đến việc tạo ra một lượng CO2 bổ sung Kết quả là hàm lượng CO2 trong bia tươi đạt khoảng 4g/lít, góp phần tạo nên sự tươi ngon và hương vị đặc trưng của sản phẩm.
Trong quá trình lọc CO2 bị thất thoát nên hàm lượng CO2 trong bia sau lọc là khoảng
Lượng CO2 cần bão hòa thêm để đạt 3,5 g/lít bia sau bão hòa là:
Thể tích CO2 cần bão hòa thêm (ở 20 0 C) là:
0,15 : 1,832 = 0,081 m Đơn vị Cho 100 lít bia chai
Dịch nóng ( sau đun hoa)
Dịch lạnh ( dịch lên men)
Sản phẩm phụ, phế liệu
Sữa men ( thức ăn cho gia súc)
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 25
Lập kế hoạch sản xuất
- Năng suất nhà máy là 10 triệu lít bia / năm
- Sản phẩm là 100% bia hơi
- Một năm nhà máy sản xuất 4 quý, mỗi quý 3 tháng, mỗi tháng sản xuất 25 ngày
Bảng kế hoạch sản xuất
Tính toán cho thiết bị có năng suất lớn nhất ( mùa hè ).
- Mỗi tháng sản xuất là : 10000000 x 0,35:3 66667 (l)
- Mỗi ngày sản xuất là : 1166667 : 25F667 (l)
- Mỗi ngày sản xuất 4 ca vậy mỗi ca sản xuất :46667: 4= 11667 (l)
Bảng cân bằng sản phẩm cho bia hơi
Stt Nguyên liệu Đơn vị Cho 100 lít bia Cho một mẻ nấu Cho một ngày
8 Dịch đường đa vào lắng trong L 113,7 13265 53060
9 Dịch trước lên men bia trước khi lọc L 107,35 12524 50097
12 Bia đã bão hòa CO₂ L 101,01 11784 47138
Thiết Bị Trong Phân Xưởng Lên Men
Chọn thiết bị lên men
Chọn thùng lên men hình trộn với đáy côn và khoang lạnh bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ là rất quan trọng Thiết bị này được làm bằng thép không gỉ, trang bị đầy đủ hệ thống sục khí, van, nhiệt kế và kính quan sát Thiết bị này phù hợp cho việc lên men 4 mẻ nấu trong một ngày sản xuất.
Gọi Vd là thể tích dịch lên men ( m 3 )
Đường kính trong của thùng được ký hiệu là D (m), chiều cao phần côn là h₁ (m), chiều cao phần trụ chứa dịch là h₂ (m), chiều cao phần trụ không chứa dịch là h₃ (m), và chiều cao phần nắp là h₄ (m) Góc đáy côn được ký hiệu là α, thường chọn α = 0°.
Ta có thể tích dịch lên men là : Vdịch = 50097 50,1 m 3
Vậy Vdịch >50m3 nên ta chọn h₂=1,7D Ta có
Từ đó ta có các kết quả sau
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 27
Ngoài ra phần thể tích hình trụ không chứa dịch có V = 0.25Vdịch
Thể tích thực của thùng lên men là :
Chiều cao phần trụ trống h₃= 4 Vtrống / π D 2 = 4 x 12,5/3,14 x 3,3 2 = 1,5m
Quy chuẩn các kích thước :
D = 3300 mm h₁= 2900 mm h₂= 5600 mm h₃= 1500 mm h₄= 330 mm
Chiều cao thùng lên men : Ht = h₁ + h₂ + h + h₄ = 2900+5600+1500+330330mm
Chọn chiều dày thùng là 10 mm
Chọn lớp bảo ôn dày 100 mm
Khoảng cách từ đáy thiết bị đến mặt sàn nhà chọn bằng 800 mm
Suy ra chiều cao toàn bộ hệ thống là :
*) Tính số thùng lên men.
Chọn số ngày lên men chính là 8 ngày
Chọn số ngày lên men phụ là 15 ngày
Một ngày nghỉ để bảo dưỡng và vệ sinh thiết bị
Vậy tổng thời gian lên men và vệ sinh thùng là :
Chọn một tăng để dự trữ ta có số tăng lên men là : 24+1= 25 tank
Chọn thiết bị nhân men giống
Thể tích hữu ích của thùng nhân giống cấp 1 là 1/10 thể tích dịch lên men của thùng lên men chính, trong khi thể tích hữu ích của thùng nhân giống cấp 1 bằng 1/5 thể tích hữu ích của thùng nhân giống cấp 2.
Khi lựa chọn thùng hình trụ, nên chọn loại làm bằng thép không gỉ với đáy và nắp hình chỏm cầu, đồng thời trang bị hệ thống sục khí, van, nhiệt kế và kính quan sát Chiều cao phần đáy được xác định là h1, chiều cao phần trụ chứa dịch đường là h2, chiều cao phần trụ không chứa dịch đường là h3, và chiều cao phần nón là h4.
2.1 Tính thùng nhân giống cấp 2
Gọi V2 là thể tích hữu ích của thùng lên men số 2 ( m 3 )
D là đường kính trong của thùng ( m ) h₁ là chiều cao phần đáy ( m ) h₂ là chiều cao phần trụ chứa dịch ( m ) h₃ là chiều cao phần trụ không chứa dịch ( m )
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 29 h 1
D h 4 h 3 h 2 h₄ là chiều cao phần nắp ( m ) α là góc đáy côn, thường chọn α`⁰
Chiều cao phần đỉnh: h₃= 4 Vtrống : (3,14xD 2 ) = 0,5 m
Quy chuẩn các kích thước
D = 1800 mm h₁= 180 mm h₂= 1800 mm h₃= 500 mm h₄= 180 mm
Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 800 mm
Chiều cao thùng nhân giống cấp 2 là :
H = h₁ + h₂ + h + h₄ + 800 = 180+1800+500+180+800= 34600 mm ≈ 4,7m 2.2 Thùng nhân giống cấp 1
Tương tự như trên đã tính toán ta có thể tính được các giá trị phải tính :
Quy chuẩn các kích thước
D = 1100 mm h₁= 110 mm h₂= 1100 mm h₃= 260mm h₄= 110 mm
Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 800 mm, Chiều cao thùng nhân giống cấp 1 là : H = 110+1100+260+110+ 800 = 2380 mm ≈ 2,4 m
Thiết bị rửa men sữa
Thùng rửa men sữa hình trụ, đáy hình chỏm cầu , được chế tạo bằng thép không gỉ
Chiều cao phần trụ là H (m) Đường kính là D (m).
Theo thực tế cứ 100 lít dịch đường thu được 2 lít men sữa có độ ẩm 80%
Vậy tổng lượng men sữa thu hồi trong một ngày là :
Lượng nước rửa men sữa gấp 2 lần lượng men,
Vậy lượng nước rửa men là
Thể tích hữu ích của thùng rửa men là:Vhi = 2004+ 1002006 =3 m 3
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 31 h
Hệ số đổ đầy của thùng là 70%, nên thể thích thực của thùng là:
Tương tự ta cũng có kết quả sau :
Quy chuẩn các kích thước
Thiết bị đặt cách mặt đất 0.5 mét Vậy chiều cao của toàn thiết bị là :
Trong những trường hợp sau khi xử lí ta sử dụng không hết ta cần bảo quản vì vậy ta chọn 2 thiết bị xử lý sữa men.
Thùng bão hòa CO 2
Chọn thiết bị hình trụ với đáy và nắp hình chỏm cầu, được làm từ thép không gỉ và có khả năng chịu áp lực Vỏ thiết bị được trang bị áo lạnh để bảo quản bia, chỉ cần một khoang lạnh vì không cần quá trình đảo trộn.
Gọi Vd là thể tích bia thành phẩm ( m 3 )
D là đường kính trong của thiết bị ( m )
H là chiều cao phần trụ (m) h là chiều cao phần nắp và đáy (m) h H hD
Tương tự ta có kết quả sau :
Máy Lọc Bia
Lọc bia bằng thiết bị lọc nến.
Lượng bia lọc tối đa trong một ngày là 48.340 lít
Chọn mỗi ngày lọc 2 ca, mỗi ca lọc 4 giờ , hệ số sử dụng là 0,7
Vậy năng suất tối thiểu của nhà máy là :
Chọn máy lọc có năng suất 10m 3 /h
Bơm
Lượng men giống cung cấp cho một thùng lên men là: 5012 lít = 5,01 m 3
Thời gian sử dụng của bơm là 15 phút
Hệ số sử dụng của bơm là 0,8.
Năng suất của bơm là :
Lượng bia non cần lọc trong một ngày là: 48340 lít = 48,34 m 3
GVHD: PGS.TS Lê Thanh Mai.
SVTH: Đoàn Thị Mai-KTTP2-K56 33
Thới gian lọc 2 ca/ngày , 3h/ca.
Hệ số sử dụng của bơm là 0,8.
Năng suất của bơm là :
