Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất bia

Mục lục Chương 1: Tổng quan Giới thiệu về lịch sử ra đời của bia Cơ sở thiết kế phân xưởng sản xuất Chương 2: Kĩ thuật - cơng nghệ: Nguyên liệu Nước Malt Thế liệu Hoa Houblon Nấm men Các phụ gia Quy trình cơng nghệ: Sơ đồ quy trình cơng nghệ: Thuyết minh quy trình cơng nghệ Phân xưởng nấu Mục đích quá trình nấu và nhiệm vụ phân xưởng nấu Thuyết minh quá trình nấu bia Nguyên liệu cho quá trình nấu Phương pháp nấu – đường hĩa Chọn phương pháp nấu – đường hĩa ( Đun sơi từng phần) Nồi malt Nồi gạo Nấu – đường hĩa Lọc bã malt Đun sơi với hoa Houblon Hạ nhiệt độ nhanh và lắng trong dịch đường Phân xưởng lên men - ủ chín bia Cơ sở lí thuyết của quá trình lên men Thuyết minh quá trình trong phân xưởng lên men Lên men chính: Nấm men Chọn phương pháp lên men Các giai đoạn trong lên men chính Lên men phụ Phân xưởng chiết rĩt Lọc bia – trữ trong bia Chiết rĩt bia vào bao bì Hệ thống chiết bia tươi Hệ thống chiết bia chai Thanh trùng bia Sản phẩm Kiểm tra, đánh giá chất lượng bia Các chỉ tiêu cho sản phẩm bia Chương 3 : Tính cân bằng vật chất: Tính cân bằng vật chất theo 100kg nguyên liệu Tính CBVC cho phân xưởng nấu Tính CBVC cho phân xưởng lên men Tính CBVC cho phân xưởng chiết Tính cân bằng vật chất cho 100 lit bia: Tính tiêu hao nguyên liệu cho 100 l bia Tính số chai cần dùng cho 100l bia Tính cân bằng vật chất theo năng suất nhà máy Tính số mẻ nấu trong năm, lượng nguyên liệu cho mỗi mẻ Thể tích dịch đường đun sơi Thể tích dịch đường lên men Lượng bia sau lên men Tính lượng bia tàng trữ Lượng bia thành phẩm Lượng nước nấu Tính lượng bã Tính lượng cặn Tính lượng CO2 thu hồi Tính lượng khơng khí cần nạp Tính số chai cần dùng Tính số két, pallet Tính số nắp chai và nhãn Tính tiêu hao diatomid trong quá trình lọc bia Tính tiêu hao phụ liệu trong quá trình vệ sinh thiết bị Tính tiêu hao phụ liệu trong rửa chai Chương 4 : Tính và chọn thiết bị Nhập nguyên liệu Tính và chọn silo Phân xưởng nấu Gàu tải Chọn vít tải Máy sàng Cân Thiết bị nghiền Thùng chứa Nồi nấu Thiết bị lọc bã malt Thùng chứa nước bã malt Bơm Bơm cháo từ nồi gạo sang nồi malt Bơm dịch đường từ nồi malt sang nồi lọc Bơm dịch đường từ nồi lọc sang nồi đun sơi Nồi đun sơi với hoa Houblon Bơm dịch đường từ nồi đun sơi sang thùng lắng Thiết bị lắng Bơm dịch đường từ thùng lắng sang thiết bị làm lạnh nhanh Thùng chứa nước rửa bã Thùng chứa nước cho phân xưởng nấu Phân xưởng lên men: Thiết bị làm lạnh TB bão hịa oxy cho dịch nha Bơm dịch đường từ TB làm lạnh nhanh đến tank lên men Tank lên men Thiết bị vơ trùng khơng khí Hệ thống gây men Thùng chứa men thu hồi Bơm men thu hồi về thùng chứa Bơm bia từ thùng lên men đến TB lọc Máy lọc ép Máy làm lạnh bia nhanh Máy bão hịa CO2 Thùng tàng trữ bia Phân xưởng chiết Bơm bia từ thùng tàng trữ đến hệ thống chiết TB gắp chai TB rửa chai TB đĩng nắp Máy thanh trùng Máy dán nhãn TB xếp chai vào két TB xếp két vào pallet Chương 5: Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng. Thiết kế mặt bằng phân xưởng. Chương 6: Phụ lục Chương 7: Tổng kết Lời mở đầu Theo báo điện tử Việt Nam Net số ra ngày 21/6/2005 cho biết: Công suất bia của cả nước năm 2003 đạt 1,29 tỷ lít, đến năm 2004 đã vượt lên 1,37 tỷ lít. Dự kiến năm 2005 sản lượng bia cả nước vượt xa mức 1,5 tỷ lít. Cũng theo thời báo này thì khả năng tiêu thụ bia tại nước ta trung bình tăng từ 10% đến 15% mỗi năm. Bộ Công nghiệp cho biết công suất của các nhà máy bia đã đạt trên 1,5 tỷ lít/ năm. Riêng các tỉnh miền Trung trên 500 triệu lít/ năm. Công ty bia Huế có kế hoạch nâng công suất trên 100 triệu lít/ năm. Tại Nghệ An, một dự án nâng công suất bia lên trên 100 triệu lít/năm đã đi vào hoạt động. Tổâng công ty Rượu Bia và Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco) cũng đạt sản lượng hơn 403 triệu lít/ năm. Nhà máy Bia Cần Thơ cũng tiếp tục nâng công suất lên 50 triệu lít/ năm. Bia Hà Tĩnh cũng mới nâng công suất từ 15 triệu lít lên 30 triệu lít/ năm. Nhà máy bia Củ Chi cũng đang được đầu tư mới lên 200 triệu lít/ năm…. Và mới đây công ty Cổ phần Sữa Việt Nam Vinamilk cũng chính thức thông báo sẽ đầu tư gần 300 tỷ đồng để xây dựng nhà máy bia. Vậy nhưng, hàng loạt dự án đầu tư mới , đầu tư mở rộng nhà máy bia vẫn đang triển khai, dự báo thị trường bia sẽ đạt 2,5 tỷ lít vào năm 2010. Việc các doanh nghiệp trong nước thi nhau nâng công suất các nhà máy bia, chứng tỏ nhu cầu tiêu dùng bia của người dân Việt Nam ngày càng tăng. Tham gia với cuộc chạy đua đầu tư bia với các doanh nghiệp trong nước còn có các doanh nghiệp nước ngoài. Ngoài việc công ty bia Việt Nam chuyển nhượng 8,5 % cổ phần cho tập đoàn nước giải khát Thái Bình Dương (Asia Pacific Breweries- APBB) thành doanh nghiệp 100% vốn nước ngoài chuyên sản xuất bia Tiger và Heineken thì mới đây Công ty Bia Đan Mạch Carlsberg đã mua thêm 25% cổ phần trong Nhà máy bia Đông Nam Á – Halida và 15% cổ phần Nhà máy Bia Huế ( Huda). Từ các thông tin trên, ta thấy nhu cầu tiêu thụ bia trong cả nước là rất lớn. Đây là một thị trường rất giàu tiềm năng và cần tiếp tục khai thác. Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy bia 100S với năng suất 30 triệu lít/ năm”. Chương I : TỔNG QUAN 1.Giới thiệu về bia: Bia là một loại nước giải khát có gas, có độ cồn rất thấp, giàu chất dinh dưỡng, vị đắng và hương thơm rất đặc trưng. So với các loại thức uống khác bia có nhiều ưu điểm như: So với các loại rượu uống thì bia có nồng độ cồn rất thấp (2 – 6%). Do đó nếu sử dụng bia đúng mức sẽ giúp cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cơ thể. So với trà, cà phê thì bia không có chứa các kim loại có hại. Bia là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể, 1 lít bia có thể cung cấp 400 – 800Kcal. Với hàm lượng CO2 khá cao (4 – 5g/l), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơn khát, kích thích quá trình tiêu hóa tốt hơn. Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chất chứa nitơ, 3 – 4% là các chất khoáng. Ngoài ra trong bia còn có chất chát, chất đắng, glycerin, acid hữu cơ, một số vitamin như B1, B2, PP. Nhờ có những ưu điểm này mà bia được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới với sản lượng và chất lượng ngày càng được nâng cao. 2. Lịch sử ra đời của bia: Theo các nhà khoa học, bia đã xuất hiện khoảng 7000 năm trước công nguyên, được tìm thấy bởi người Sumaria. Họ đã khám phá ra quá trình mên men một cách ngẫu nhiên, có thể từ một mẩu bánh mì ẩm ướt bị bỏ quên. Và sau một thời gian ngắn nó bắt đầu lên men. Họ lặp lại điềàu đó và dường như họ chính là tổ tiên của việc lên men bia. Người Sumaria coi đó là thứ nước thánh để dâng lên Chúa trời. Đế chế của người Sumaria sụp đổ, người Babilon thừa kế văn hóa của người Sumaria và còn giỏi hơn trong việc làm bia. Ngày nay chúng ta biết đến người Babylon với 20 loại bia khác nhau. Trong đó có 8 loại được làm từ cây emmer (một loại ngũ cốc thời tiền sử, tương tự lúa mì spenta) 8 loại được làm từ lúa mạch, 4 loại được làm từ hỗn hợp nhiều loại ngũ cốc. Bia của người Babylon không lắng , lọc nên đục. 3000 năm trước công nguyên, người Ai-cập cổ đại dùng bánh mì sống để làm bia, họ thêm vào quả chà là để cải thiện vị bia. 500 - 400 năm trước công nguyên, việc làm bia được kế tục bởi người Hy Lạp và La Mã cổ đại . Bia được dùng phổ biến ở Địa Trung Hải trước khi người ta biết dùng nho để làm rượu. Đến thời kì Trung đại, các tu viện bắt đầu việc sản xuất bia có chất lượng cao hơn. Người Đức dùng thảo mộc để tạo hương bia. Sau đó việc tìm ra hoa Houblon (Hops) đã thay thế hoàn toàn các loại thảo mộc. Bia bắt đầu có tính chất gần giống với bia ngày nay về cả hương vị và vẻ bề ngoài. Việc dùng nấm men chưa biết đến vào thời gian này. Quá trình lên men được thực hiện một cách ngẫu nhiên, người làm bia không hề biết đến sự tồn tại của nấm men trong không khí. Để tạo ra chất lượng và uy tín với sản phẩm, Wilhelm IV, đã công bố luật về sản xuất bia (“German Beer Purity Law”) vào năm 1516. Theo bộ luật này, chỉ đại mạch (và sau đó là malt đại mạch), hoa Houblon và nước tinh khiết được dùng để sản xuất bia. Ngày nay luật sản xuất bia này vẫn còn giá trị trên thế giới. Bộ luật này có giá trị làm tăng tính cạnh tranh cho bia Đức trong thị trường nội địa. Những người làm bia Đức vẫn còn giữ cách làm truyền thống. Vào thế kỉ 14, bia đã được đưa sang các nước Netherlands, England, Ấn Độ. Bia đen lần đầu tiên được làm ở Einbeck và sớm được ưa chuộng. Đến thế kỉ 19, hai phát minh cực kì quan trọng dẫn đến cuộc cách mạng trong sản xuất bia. Đầu tiên đó là phát minh ra động cơ hơi nước James Watt vào năm 1765 (bia lúc này có tên là “Steam Beer Breweries”) và thứ hai là phát minh ra chất làm mát nhân tạo bởi Carl von Linde. Vào thời gian này người ta đã rút ra được rằng việc làm bia đòi hỏi một chế độ nhiệt độ thích hợp. Sau phát minh của Von Linde, việc làm bia chủ động hơn. Năm 1871, louis Pasteur bắt đầu tiến hành nghiên cứu vế các quá trình lên men ethanol, thanh trùng bia. Oâng có những hiều biết về vi sinh vật từ những nghiên cứu này. Nhà khoa học Đan Mạch, Christian Hansen, đã đề nghị phương pháp nhân giống nấm men từ một tế bào thuần khiết ban đầu trong canh trường. Đến năm 1881 – 1883, nấm men đã được đưa vào sử dụng sản xuất bia lần đầu tiên ở Đan Mạch. Từ đó đến nay ngành công nghiệp bia ngày càng được hoàn thiện, phát triển và đã đạt được nhiều thành tựu rực rỡ. 3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia: Hiện nay trên thế giới có đến 25 nước sản xuất bia với sản lượng hơn 1 tỷ lít/năm. Trong đó các nước Đức, Trung Quốc có sản lượng trên 10 tỷ lít/năm. Mức tiêu thụ bình quân trên đầu người cao nhất thế giới là Cộng hòa Séc 160 lít/người/năm, đứng thứ hai là Cộng hòa Liên bang Đức 127 lít/người/năm. Ngành công nghiệp bia ở nước ta có một quá trình phát triển lâu dài, từ cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX với việc người Pháp xây dựng hai nhà máy bia đầu tiên ở Việt Nam là nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia Sài Gòn. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước nhà, ngành công nghệ Thực Phẩm nói chung và ngành Công nghệ sản xuất bia nói riêngcủa nước ta đang phát triển mạnh mẽ và không ngừng đi lên. Chỉ trong một thời gian ngắn đã có những bước phát triển quan trọng thông qua việc đầu tư khôi phục các nhà máy cũ và xây dựng nhà máy mới nhưng vẫn chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu người tiêu dùng. Năm 2003, công suất bia của cả nước đạt 1,29 tỷ lít, đến năm 2004 đã vượt lên 1,37 tỷ lít. Đến năm 2005 sản lượng bia cả nước vượt mức 1,5 tỷ lít. Hàng loạt dự án đầu tư mới, đầu tư mở rộng nhà máy bia đang được triển khai, dự báo thị trường bia sẽ đạt 2,5 tỉ lít vào năm 2010. Ngoài những nhà máy bia nổi tiếng có sẵn trong nước như Công ty Rượu bia & Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco), Công ty Rượu bia & Nước giải khát Hà Nội ( Sabeco), Công ty Bia Huế (Huda), Bia Cần Thơ… thì mới đây, các tập đoàn Nước giải khát nước ngoài ồ ạt đầu tư vào Việät Nam như tập đoàn giải khát Thái Bình Dương(Asia Pacific Breweries-APBB) - sản xuất bia Tiger và Heineken, Công ty bia Đan Mạch Carlsberg… chính điều này đã làm cho thị trường bia Việt nam đa dạng và phong phú về nhãn hiệu cũng như các loại bia. 4. Cơ sở thiết kế phân xưởng sản xuất: Mặt bằng nhà máy phải được xây dựng một cách khoa học sao cho việc di chuyển thuận lợi, tiết kiệm, tận dụng được không gian nhiều nhất, đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm. Kho xưởng được bố trí phù hợp và thuận tiện trong quá trình sản xuất, chế biến dễ áp dụng các biện pháp xử lý vệ sinh… Chương 2: KĨ THUẬT SẢN XUẤT 1.Nguyên liệu Bia được sản xuất từ nguyên liệu chính sau: nước, malt đại mạch, gạo, hoa Houblon, nấm men và các chất phụ gia. 1.1 Nước (water) Nước thực chất là một dung dịch loãng của các loại muối ở dạng ion. Trong sản xuất bia phân biệt hai loại nước: Nước công nghệ: tham gia trực tiếp vào quy trình công nghệ tạo nên sản phẩm cuối cùng. Trong bia thành phẩm, hàm lượng nước chiếm 77-90%. Thành phần và hàm lượng của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến quy trình công nghệ và chất lượng bia thành phẩm. Nước công nghệ được sử dụng trong các quá trình nấu malt, nấu gạo, rửa bã. Yêu cầu nước không được chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vi sinh vật. Nước phi công nghệ: không trực tiếp có mặt trong thành phần của sản phẩm nhưng rất cần thiết trong quá trình sản xuất và cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nước này được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như nước nồi hơi, nước vệ sinh thiết bị, nước vệ sinh nhà xưởng, thanh trùng. Yêu cầu nước có độ cứng thấp đến trung bình, đặc biệt không chứa NH3 và các muối Nitrit. Các chỉ tiêu chất lượng nước: Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia [2] (p. 43): Hàm lượng muối cacbonat không quá : 50 mg/l Hàm lượng muối Mg không quá : 100 mg/l Hàm lượng muối Clorua : 75 – 150 mg/l Hàm lượng muối CaSO4 : 130 – 200 mg/l Hàm lượng Fe2+ không quá : 0,3 mg/l Khí NH3 và các muối NO3-, NO2- : không có Vi sinh vật không quá : 100 tế bào/ml Độ cứng : 2-4 đương lượng / L pH : 6,5 – 7 Chất khô < 1500mg/L (tối ưu 500mg/l) Để xây dựng một nhà máy bia, việc đầu tiên là phải khảo sát nguồn nước. Công việc này đăïc biệt quan trọng nếu nhà máy đăït xa thành phố. Dù lấy ở nguồn nước sinh hoạt của thành phố hay nguồn nước ngầm từ các giếng khoan thì thành phần và tính chất của chúng ít khi đáp ứng được yêu cầu của nước để sản xuất bia. Trong trường hợp phải xửa lý nước, bao gồm: lắng trong và lọc trong; làm mềm nước; bổ sung các thành phần cần thiết cho nước và cải tạo thành phần sinh học của nước. Làm mềm và cải tạo thành phần sinh học của nước là quan trọng nhất. 1.2 Malt Định nghĩa: Tất cả các hạt ngũ cốc, nếu được ươm mầm dưới sự kiểm soát chặt chẽ của các điều kiện kĩ thuật (độ ẩm, nhiệt độ, mức độ thông gió), sử dụng trong công nghệ sản xuất bia đều được gọi là Malt ( malt thóc, malt bắp, malt lúa mì). Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia. Sau quá trình ươm mầm nhân tạo hạt đại mạch, hạt malt đã được chuẩn bị sẵn hệ enzymquan trọng ( amyloza và proteaza) nhằm tới các thành phần cơ chất chủ yếu của hạt đại mạch (tinh bột và protein) ở giai đoạn đầu tiên của quá trình chế biến bia. Quá trình nấu và đường đường hóa cũng nhờ ươm mầm, thông qua con đường sinh hóa hình thành các chất hữu cơ mới trong hạt malt, từ đó tác động lên màu, mùi, vị của hạt malt và cuối cùng tham gia định hình mùi vị, màu sắc của bia. Malt được nhập từ nước ngoài, bảo quản ở 20oC, độ ẩm £ 7%. Thời gian bảo quản tối đa là 2 năm. Hình 2.1 Malt đại mạch Chỉ tiêu chất lượng của malt khô: Chỉ tiêu cảm quan: [1] Malt vàng có màu vàng rơm, kích thước hình dáng gần giống hạt đại mạch khô. Vỏ malt óng ánh. Không có mùi chua, mốc hay có mùi vị lạ. Malt có vị ngọt dịu. Sạch không có lẫn tạp chất, lượng hạt vỡ tối đa là 0,5%, lượng hạt không nẩy mầm tối đa là 5%. Lượng hạt bệnh tối đa là 1%. Chỉ tiêu hóa học: Độ hòa tan 70 – 80%. Thời gian đường hóa ở 70oC là 10 – 20 phút. Chất hòa tan trung bình: 65-82% chất khô. Loại được xếp có chất lượng cao là ³78%. Khối lượng riêng 480 – 600 kg/m3. pH đường hóa 5,5 – 6,5. Thành phần hóa học của malt khô tính theo % chất khô [2]: Tinh bột : 58,0 Pentozan hòa tan : 1,0 Hexozan và pentozan không tan : 9,0 Xelluloza : 6,0 Đường sacaroza : 5,0 Đường khử : 4,0 Protein : 10,0 Protein hòa tan : 3,0 Chất béo : 2,5 Chất tro : 2,5 1.3 Thế liệu Mục đích: Giảm giá thành sản phẩm. Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm. Tạo ra các sản phẩm bia có các mức chất lượng khác nhau. Theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng Yêu cầu kỹ thuật của thế liệu: Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid. Vì vậy các loại ngũ cốc thường được chọn làm thế liệu trong sản xuất bia. Khi sử dụng thế liệu, chất lượng của thế liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc, mùi vị của bia. Vì vậy phải quan tâm đến thành phần hóa học của thế liệu. Chọn thế liệu là gạo do có những ưu điểm sau: Có sẵn ở thị trường trong nước với giá rẻ, chất lượng cao. Với hàm lượng tinh bột khá cao, protein ở mức vừa phải còn chất béo và xelluloza ở mức thấp, khả năng hòa tan tốt có thể đến 90% chất khô. Thực tế nếu dùng gạo thay thế cho malt đến 50%( nếu malt có hoạt tính enzym tốt). Quá trình đường hóa, lọc vẫn diễn ra bình thường. Với lượng gạo thay thế đến 20% hoàn toàn có thể sản xuất loại bia có chất lượng hảo hạng dùng để xuất khẩu. Trong nguyên liệu thay thế không có các enzyme thủy phân hoặc có rất ít và không hoàn chỉnh. Do đó khi sử dụng tỉ lệ nguyên liệu thay thế lớn thì phải bổ sung thêm chế phẩm enzyme nhằm nâng cao hiệu suất thủy phân trong khi nấu. Chỉ tiêu chất lượng gạo dùng sản xuất bia: Không có hạt mốc, mùi hôi. Màu sắc đồng nhất. Sạn rác £ 2%, không có lẫn tạp chất kim loại. Độ ẩm £ 12%. Thành phần hóa học của gạo [2]: Hàm lượng tinh bột : 77,8 Hợp chất nitơ : 7,9 Hàm lượng chất béo : 0,5 Hàm lượng xelluloza : 0,5 Chất tro : 0,7 Độ ẩm : 12,6 1.4 Hoa Houblon (hops) Houblon là dạng cây leo (tên khoa học là Humulus Iupulus), cao 5-7 m, thường chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn trong sản xuất bia. Là nguyên liệu cơ bản trong công nghệ sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của bia. Do có những tính chất đặc biệt như vậy nên cho đến nay hoa houblon là loại nguyên liệu không thể thay thế được. Thành phần hóa học của hoa houblon tính theo % chất khô [1]: Nước : 11 – 13 Chất đắng : 15 – 21 Polyphenol : 2,5 – 6 Protein : 15 – 21 Tinh dầu thơm : 0,3 – 1 Chất khoáng : 5 – 8 Xelluloza : 12 – 14 Các hợp chất khác : 26 – 28 Trong các cấu tử trên thì có giá trị nhất đối với công nghệ sản xuất bia là chất đắng, tinh dầu thơm và thứ ba là polyphenol. a) Chất đắng: là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon. Vai trò của chất đắng trong công nghệ sản xuất bia là vô cùng to lớn. Chúng làm cho bia có vị đắng dịu, có hoạt tính sinh học cao, tạo sức căng bề mặt giúp cho bia có