Thiết kế phân xưởng nấu cho nhà máy bia hơi công suất 15triệu lít/năm đặt tại Bắc Ninh

loại đồ uống sảng khoái. Khoa học về dinh dưỡng đã chứng minh được rằng uống bia một cách điều độ góp phần nâng cao sức khoẻ và nâng cao tuổi thọ con người. Cho đến ngày nay bia đã trở thành một loại đồ uống không thể thiếu được trong cuộc sống của con người hiện đại. Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là đại mạch ươm mầm, hoa houblon, nấm men, nước và các nguyên liệu phụ khác, với một quy trình công nghệ đặc biệt cho nên bia có các tính chất cảm quan rất hấp dẫn đối với con người: hương vị đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, hàm lượng CO2 khá cao giúp con người giải khát triệt để khi uống. Lịch sử ngành sản xuất bia ra đời cách đây hơn 7000 năm trước công nguyên, chủ yếu tập chung ở các bộ lạc sống ở hai bên khu vực sông Lưỡng Hà, từ sự phát hiện khi lấy lúa mạch nấu chín, sau đem ủ làm thức ăn gia súc, tiếp theo khoảng một thời gian sản phẩm đó có sự thay đổi đáng kể về mặt cảm quan: có mùi thơm dễ chịu, vị chua, có nhiều bọt. Từ đó sản phẩm này được sử dụng làm hàng hoá trao đổi giữa các bộ lạc và truyền bá tới các miền khác nhau như Ai Cập, Ba Tư, HyLạp. Trải qua hàng nghìn năm tìm tòi, sáng tạo, tích luỹ cho mãi tới thời trung cổ cách đây hơn 3000 năm trước công nguyên người ta đã cho thêm vào bia những thảo mộc có vị đắng và hương thơm góp phần nâng cao hương vị cho bia. Đến thế kỷ thứ 8, người ta đã biết sử dụng hoa houblon. Mặc dù lịch sử sản xuất bia kéo dài hàng ngàn năm nhưng bản chất của việc hình thành sản phẩm độc đáo này vẫn chưa được biết một cách chính xác, mãi đến thế kỷ XIX cùng với việc xuất bản các nghiên cứu về bia của Louis Paster thay vì sản xuất thủ công thì bia đã tạo ra một ngành công nghiệp sản xuất và ngành khoa học nghiên cứu về loại đồ uống này trên phạm vi toàn thế giới. Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, ngành công nghệ lên men cũng có những bước nhảy vọt đáng kể. Cùng với sự phát triển của thế giới, ngành công nghệ bia của nước ta cũng phát triển mạnh với sản lượng bia ngày càng tăng cao. Nền kinh tế ngày nay càng phát triển thì đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao dẫn tới mức tiêu thu bia tăng. Đảng và Nhà nước ta có nhiều chủ trương chính sách phát triển ngành thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp bia nói riêng để phục vụ và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng một cách kịp thời, với giá thành phù hợp, chất lượng đảm bảo. Do vậy, việc thiết kế, xây dựng nhà máy bia là cần thiết. Theo định nghĩa của người Pháp - một trong những nước có nền sản xuất bia hiện đại nhất thế giới thì : "Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men dịch các chất chiết từ hạt ngũ cốc nảy mầm, có bổ xung thêm hoa houblon". Đây là một định nghĩa mở rộng đáp ứng được nhu cầu của các nước có điều kiện khí hậu không thuận lợi cho quá trình trồng trọt và sản xuất malt đại mạch – một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia - như các nước ở vùng nhiệt đới. Cho đến ngày nay bia đã trở thành một loại đồ uống không thể thiếu được trong cuộc sống của con người hiện đại. Vì bia là loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có độ cồn thấp với hương thơm đặc trưng của malt đại mạch, hoa houblon và các sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men. Mặc dù bia cung cấp cho cơ thể người tiêu dùng nhiều giá trị dinh dưỡng - một lít bia cung cấp 400-450 kcal ( 30% gluxit, 65% rượu và 5% của protein cùng rất nhiều các loại vitamin và khoáng chất khác), nhưng trong bia còn có chứa CO2 bão hoà có tác dụng giảm nhanh cơn khát, kích thích lưu thông máu và tiêu hoá, hơn nũa các chất trong hoa houblon có tác dụng an thần giúp cho người ta dễ ngủ nên bia được xếp vào loại đồ uống sảng khoái. Nhu cầu về bia của nước ta nói riêng và thế giới nói chung ngày càng tăng được thể hiện bằng bảng số liệu về tốc độ tăng trưởng và sản lượng bia như sau: Châu Âu Châu á Thái Bình Dương Nước 1998 (106 lít) tăng trưởng (%/năm) Nước 1998 ( 106 lít) tăng trưởng (%/năm) Bỉ Pháp Đức Italia Hà Lan Tây Ban Nha Anh Thuỵ Điển Bắc Âu Đông Âu Tây Âu 2 038 5 706 15 471 3 334 2 173 2 094 19 915 1 531 1 607 5 840 10 193 2,2 0,4 1,6 4,2 3,3 0 0,6 2,7 2,1 1,0 3,1 úc Hồng Kông Indonesia Nhật Bản Malaysia Philipin Singapo Bắc Triều Tiên Thái Lan Các nước khác Tổng cộng 8 748 464 491 33 375 255 2 673 192 2 156 1 552 3 016 69 960 4,4 4,7 11,2 2,5 10,3 5,4 4,9 4,3 10,4 13,5 1,5 Ngoài ra thì bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho nền kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất có được lợi nhuận cao, khả năng thu hồi vốn nhanh và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia. Ngoài ra Việt Nam là một nước nông nghiệp lúa nước đang trên đà phát triển nên việc tìm nguyên liệu thay thế để giảm giá thành sản phẩm mà vẫn giữ được chất lượng là một việc tuy khó nhưng nằm trong tầm tay. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triển công nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng các thiết bị, công nghệ hiện đại để cung cấp cho người tiêu dùng các loại bia có chất lượng cao giá thành phù hợp là điều vô cùng cần thiết. Xét tình hình phát triển của đất nước ta hiện nay, việc xây dựng các nhà máy sản xuất bia với năng suất trung bình 10 triệu lít/năm là thuận lợi và phù hợp cho việc sản xuất, lắp đặt cũng như vận hành thiết bị trong dây chuyền sản xuất và đặc biệt là khả năng mở rộng sản xuất trong tương lai. Trong đồ án môn học này em có nhiệm vụ thiết kế phân xưởng nấu của một nhà máy bia có năng suất 15 triệu lít/năm bao gồm các phần : phần 1 : Lập luận kinh tế kỹ thuật phần 2 : Lựa chọn và thuyết minh dây chuyền sản xuất phần 3 : Tính cân bằng sản phẩm phần 4: Tính toán và chọn thiết bị Phần 1 Lập luận kinh tế kỹ thuật I.Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới và Việt Nam Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới. Hàng năm trên thế giới sản xuất một lượng bia tương đối lớn: 15 tỷ lít/năm.Đặc biệt là những nhà sản xuất bia hàng đầu trên thế giới như Heneken, Interbrew, Miler, Corola,... chiếm 70% lượng bia trên thế giới. Do cuộc sống kinh tế cao nên ngày nay bia đã trở thành loại nước giải khát không thể thiếu được trong cuộc sống, đặc biệt ở các nước như: Đức, Tiệp Khắc, Đan Mạch...với mức bình quân tiêu thụ trên 100 l/người/năm. Châu á là khu vực có số dân đông nhất, nên đây là thị trường rất đáng quan tâm của mọi công ty bia lớn, năng suất khoảng 10 tỷ lít/năm. Hiện nay tốc độ tăng năg suất của Châu á lớn hơn Châu Âu. Nhìn chung, nhu cầu về bia của thế giới ngày càng tăng, được thể hiện bằng bảng số liệu về tốc độ tăng trưởng và sản lượng bia như sau: Châu Âu Châu á Thái Bình Dương Nước 1998 (106 lít) tăng trưởng (%/năm) Nước 1998 (106 lít) tăng trưởng (%/năm) Bỉ Pháp Đức Italia Hà Lan Tây Ban Nha Anh Thuỵ Điển Bắc Âu Đông Âu Tây Âu 2 038 5 706 15 471 3 334 2 173 2 094 19 915 1 531 1 607 5 840 10 193 2,2 0,4 1,6 4,2 3,3 0 0,6 2,7 2,1 1,0 3,1 úc Hồng Kông Indonesia Nhật Bản Malaysia Philipin Singapo Bắc Triều Tiên Thái Lan Các nước khác 8 748 464 491 33 375 255 2 673 192 2 156 1 552 3 016 69 960 4,4 4,7 11,2 2,5 10,3 5,4 4,9 4,3 10,4 13,5 1,5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam Bia có mặt ở Việt Nam từ năm 1890 do người Pháp đưa vào với hai nhà máy nhỏ lúc đó là Hà Nội và Sài Gòn. Sau ngày hoà bình lập lại, giải phóng Miền Nam, cả nước đi lên chủ nghĩa xã hội thì ngành công nghiệp bia cũng được quan tâm phát triển cùng các ngành công nghiệp khác. Do không tự trồng được đại mạch và hoa houblon nên các nhà máy bia của Việt Nam đều phải nhập khẩu hai loại nguyên liệu này. Ngoài ra một đặc điểm nữa của sản xuất bia ở nước ta là thường sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo, tỷ lệ thay thế khoảng 30-40%. Bia chủ yếu tiêu thụ ở các thành phố lớn như: Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng,Thành phố Hồ Chí Minh... nơi mức thu nhập người dân cao. Ngày nay, đời sống nhân dân tại các vùng nông thôn cũng dần dần được cải thiện, sức tiêu thụ bia tăgn lên một cách đáng kể, biến nông thôn trở thành vùng tiieu thụ tiềm năng rất đáng quan tâm. Nhìn chung tình hình sản xuất bia tại Việt Nam một vài năm qua có thể thể hiện qua bảng sau: Năm Tổng sản lượng (triệu lít) Tỷ lệ tăng trưởng (%) 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 169 230 351 502 584 669 770 36,09 52,60 43,19 16,30 14,00 15,09 Như vậy, trong những năm qua, ngành công nghiệp bia ở nước ta đã có những bước tăng đáng kể. Theo htống kê, đến năm 2000, sản lwọng bia ở Việt Nam đạt khoảng 800 triệu lít/năm, trong đó tổng công ty bia Hà Nội có năng suất khoảng 100 triệu lít, tổng công ty bia Sài Gòn là 200 triệu lít. Thực trạng của nền kinh tế Việt Nam những năm qua cho thấy lượng bia trong nước sản xuất không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng của nhân dân, do vậy nhiều nhà máy đã đầu tư cải tiến dây chuyền để tăng năng suất và chất lượng, bên cạnh đó nhà nước có nhiều chủ trương xây dựng các nhà máy mới hàng chục, hàng trăm triệu lít/năm, khuyến khích các doanh nghiệp liên doanh liên kết trên cơ sở thực hiện đúng pháp luật của nhà nước, đảm bảo chất lượng sản phẩm, phấn đấu tới năm 2005 sản lượng tiêu thụ bia tính theo đầu người là 15 lit/người/năm, năm 2010 là 20 lit/người/năm. Xét về mặt cơ cấu tổ chức thì phân xưởng nấu là một bộ phận không thể thiếu được của một nhà máy sản xuất bia hơn nữa phân xưởng này còn có các mối quan hệ chặt chẽ với các phân xưởng và các bộ phận khác nên việc lựa chọn địa điểm để xây dựng phân xưởng có liên quan mật thiết với việc xây dựng nhà máy. Vị trí phân xưởng trong nhà máy phải đảm bảo được các yêu cầu của tổng mặt bằng nhà máy do đó khi lựa chọn điều kiện kinh tế kỹ thuật cộng với thiết kế mặt bằng sao cho hợp lý. Chính vì lẽ đó mà em quyết định mở rộng thành lựa chọn địa điểm để xây dựng nhà máy bia có năng suất thiết kế là 6 triệu lít/năm, tất cả đều là bia hơi. I/ Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy Địa điểm được chọn để xây dựng cần đáp ứng được những nguyên tắc sau: - Phù hợp với định hướng phát triển của nhà nước, với quy hoạch chung của thành phố Gần nguồn cung cấp nguyên liệu và nơi tiêu thụ sản phẩm Đủ diện tích để bố trí các công trình xây dựng đồng thời đảm bảo mở rộng sau này - Thuận tiện về mặt giao thông vận tải - Đảm bảo các nguồn điện, nước, nhiên liệu - Vấn đề cấp thoát nước dễ dàng Nguồn nhân lực không quá khan hiếm Dựa vào các nguyên tắc trên việc thiết kế một nhà máy bia năng suất 6 triêụ lít/năm tại Bắc Ninh là hoàn toàn thực thi vì các lý do sau: Bắc Ninh là một trong những tỉnh có dân số đông, bước đầu phát triển đang xây dung cơ sở hạ tầng thông thương với các tỉnh lân cận như: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương. Thêm vào đó đội ngũ lao động của địa phương đã bước đầu quen làm việc trong môi trường công nghiệp, mức sống của nhân dân ngày càng được cải thiện...Thêm vào đó, Bắc Ninh đã cho mở nhiêu khu công nghiệp mới nhằm thu hút đàu tư trong và ngoài nước trên tất cả các lĩnh vực, trong đó có thực phẩm. Vì vậy xây dựng một nhà máy bia tại Bắc Ninh chắc chắn là một dự án khả thi. Nguồn cung cấp nguyên liệu Do điều kiện tự nhiên nước ta không thuận lợi cho việc trồng trọt cũng như phát triển hai trong số các nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch và hoa houblon, vì vậy đây là hai nguyên liệu được nhập ngoại. Malt được nhập từ Pháp hoặc Đức, hoa có thể nhập từ Tiệp hoặc Đức dưới dạng hoa cao hoặc hoa viên.Với việc đặt nhà máy ở Bắc Ninh thì vấn đề này là một ưu thế rõ rệt vì ta có thể mua trực tiếp hoặc qua ít khâu trung gian, vận chuyển gần hơn hẳn thông qua cảng Hải Phòng. Nguyên liệu thay thế là gạo có thể dễ dàng thu mua ngay trong tỉnh với giá thành hợp lý với chất lượng đảm bảo. Công việc thu mua được tiến hành nhờ các phương tiện chủ yếu là ô tô về kho chứa của nhà máy. Trong nhà máy còn thiết kế một hệ thống để xử lý nước cấp của thành phố thành nước mềm dùng cho việc nấu bia, ngoài ra có thể đào thêm giếng khoan kèm với xử lý nước để dùng vào các công việc khác. Vùng tiêu thụ sản phẩm Vùng tiêu thụ theo mục tiêu của nhà máy là trong thị trường của Bắc Ninh, đặc biệt trông các khu công nghiệp, khu chế xuất và một số huyện giáp ranh của các tỉnh láng giềng: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương. Nguồn điện Điện có thể sử dụng điện của mạng lưới quốc gia chạy qua khu vực lấy từ nhà máy điện Phả Lại. Mạng lưới điện này cung cấp điện 24/ 24 giờ trong ngày, nhưng để đề phòng trường hợp mất điện có sự cố, phân xưởng có đặt một trạm biến thế và sử dụng thêm máy phát điện dự phòng loại TM 320/6 công suất máy phát 250 KVA Nguồn nước Nước là nguyên liệu rất quan trọng trong sản xuất bia. Để sản xuất 1hl bia cần tới 10hl nước. Trong nhà máy nước được dùng vào nhiều mục đích khác nhau như: xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, thanh trùng, vệ sinh...do đó lượng nước dùng cho nhà máy rất lớn, riêng lượng nước nấu bia không lớn nhưng nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bia. Vì vậy nước dùng để nấu bia không những đòi hỏi có đầy đủ các chỉ tiêu của nước uống mà phải có những yêu cầu riêng đáp ứng cho công nghệ sản xuất bia. Nguồn nước sử dụng được lấy từ giếng khoan hoặc từ hệ thống cung cấp nước thành phố và qua xử lý đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật. Xử lý nước thải là một vấn đề quan trọng trong tất cả các nhà máy vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, liên quan đến mục tiêu mà nhà máy sẽ phấn đấu để đạt đến như các chứng chỉ ISO. Tuy nước thải trong nhà máy bia ít làm ô nhiễm môi trường nhưng cũng phải qua xử lý trước khi thải ra môi trường. Nhà máy cần đặt máy lạnh cung cấp lạnh phù hợp với công suất của nhà máy. Máy lạnh có thể được chế tạo trong nước hoặc nhập ngoại có tác nhân lạnh là freon . Nguồn cung cấp nhiên liệu Nhiên liệu dùng trong nhà máy chủ yếu là cung cấp cho nồi hơi phục vụ cho các mục đích khác nhau như phục vụ sản xuất, vệ sinh nhà xưởng và thiết bị, phục vụ tắm giặt. Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than được nhập từ tỉnh Quảng Ninh. Nguồn nhân lực Cán bộ kỹ thuật và điều hành phải qua tuyển chọn kỹ càng Sử dụng nguồn nhân công của địa phương đã qua chọn lựa và được công ty trực tiếp dạy nghề. Tuy nhiên việc làm này cũng không mấy khó khăn vì lao động ở đây đã quen với làm việc trong môi trường công nghiệp cao. Giao thông vận tải Nhà máy nằm gần nhiều trục giao thông quan trọng nối với các tỉnh lân cận , cộng với hệ thống giao thông ở Bắc Ninh khá phát triển nên thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên nhiên vật liệu đến nhà máy và sản phẩm đi tiêu thụ bằng đường bộ trong thành phố và các vùng phụ cận. Phần2 chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ nấu và thuyết minh dây chuyền sản xuất I.Chỉ tiêu chất lương II.Nguyên liệu sản xuất bia Nguyên liệu dùng để sản xuất bia cho nhà máy là malt đại mạch, gạo ( với một nước nông nghiệp lúa nước như Việt Nam thì gạo được sử dụng làm nguyên liệu thay thế nhằm giảm giá thành sản phẩm) với tỷ lệ là 30%, hoa houblon, nấm men và nước. Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia, khoảng 1/3 sản lượng đại mạch trồng trên toàn thế giới là phục vụ mục đích trên. Đại mạch được trồng nhiều nhất ở các nước Liên Xô cũ, Mỹ, Trung Quốc, Pháp... Trong sản xuất bia qua nhiều năm nghiên cứu người ta thấy rằng bia sản xuất từ malt đại mạch hơn hẳn bia được sản xuất từ malt của các hạt hoa thảo khác về mùi vị và tính chất công nghệ. Khi đưa vào sản xuất malt phải đạt các yêu cầu sau : Chỉ tiêu cảm quan : Màu sắc : Màu vàng rơm sáng óng ánh, màu chuẩn là màu của 0,16-0,3 ml iốt 0,1N/100 ml nước. Vị : Đặc trưng cho malt vàng là vị ngọt nhẹ hay ngọt dịu Mùi: thơm tự nhiên, đặc trưng cho malt, không được có mùi lạ. Độ sạch : Không được lẫn tạp chất quá 2% và không bị vỡ nhiều, hạt có kích thước đồng đều, tỷ lệ vỡ tối đa cho phép là nhỏ hơn 0,5% và khoảng 1% hạt có bệnh. Chỉ tiêu cơ học : Chiều dài mầm: >80% đạt 1/2 à 3/4 Khối lượng 1000 hạt: 33 - 35g/1000 hạt Dung trọng : 55-58 kg/hl Độ trắng đục: 96% Chỉ tiêu hoá học: Độ ẩm : W = 5 - 8% Độ hoà tan : 78- 80% chất khô Hoạt lực Diataza: 250-300 WK Chỉ số Hactong: 4,5-6 Thời gian đường hoá : 10 - 20 phút/700C Chỉ số Kolback: 36-41% PH = 4,5-6 Đường maltoza chiếm từ 65 - 70% tổng chất hoà tan, tỷ lệ đường maltoza/phi maltoza = 1/0,4 - 1/0,5. Thành phần chính : STT Thành phần hóa học của malt Tính theo % chất khô 1 Tinh bột 58 - 65 2 Đường khử 4 3 Saccharoza 5 4 Pentoza hoà tan 1 5 Nformol 0,7 - 1 6 Chất khoáng 2,5 7 Pentoza không hoà tan và hexoza 9 8 Xenluloza 6 9 Các chất chứa Nitơ 10 10 Các chất chứa nitơ không đông tụ 2,5 11 Chất béo 2,5 2. Hoa houblon Hoa houblon được coi là nguyên liệu chính thứ hai không thể thiếu được trong quá trình 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, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Do những tính năng cực kỳ đặc biệt như vậy, từ khi phát hiện ra công dụng của nó trong sản xuất bia (thế kỷ 8) đến nay, hoa houblon vẫn giữ được vai trò độc tôn và là loại nguyên liệu “Không thể thay thế” trong ngành công nghiệp này. ở Việt Nam, hiện nay hoa houblon được nhập để sản xuất bia gồm các dạng: hoa cánh, hoa viên, cao hoa. 2.1 Yêu cầu của hoa houblon - Màu sắc : Hoa cánh màu vàng đục, hơi xanh, không có màu nâu hoặc xám đen. - Tạp chất : Không chứa các tạp chất, không lẫn nhiều cuống hoa. - Mùi thơm đặc trưng, không có mùi hắc. - Dùng tay nghiền hoa còn dính tay. - Phấn hoa : bóc cánh hoa ra còn nhiều phấn màu vàng sáng. - Hoa viên : Hoa cánh thu về được sấy khô, nghiền ép và đùn thành viên được bảo quản trong túi giấy nhôm. - Hoa cao : Hoa được trích lý bằng cồn hoặc CO2 rồi cô đặc dịch trích ly đến cao. Cao hoa có màu vàng, đen sẫm, dẻo có thể bảo quản tốt từ 3-4 năm, thuận lợi cho quá trình chuyên chở mà vẫn đảm bảo được chất lượng hoa. 2.2 Thành phần hoá học của hoa STT Thành phần Tính theo % chất khô 1 Độ ẩm 11 á 13% 2 Chất đắng 15 á 21% 3 Polyphenol 2,5 á 6% 4 Tinh dầu thơm 0,3 á 1% 5 Protít 15 á 21% 6 Celluloza 12 á 14% 7 Chất khoáng 5 á 8% 8 Các hợp chất khác 26-28% Trong đồ án này, em sử dụng hai loại chế phẩm hoa houblon thông dụng nhất hiện nay ở Việt Nam là hoa viên 8% α –axit và cao hoa CO2 30% α –axit 3. Gạo Ngoài đại mạch, trong công nghiệp sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm người ta đưa một số nguyên liệu khác như gạo, ngô... vào để thay thế. ở Việt Nam, gạo nhiều và rẻ, nên nguyên liệu thay thế hầu hết là gạo. Trong gạo chứa nhiều tinh bột nên ta thu được nhiều chất hoà tan. 3.1 Yêu cầu chung về gạo Đồng nhất về kích thước. Màu sắc trắng đồng nhất, không có hạt bị mốc, mối, mọt, mùi hôi. Không có sạn, cát (nếu có chỉ cho phép 2%). Độ ẩm từ 10 á 13%. Độ hoà tan 75 á 85%. 3.2 Thành phần hoá học của gạo STT Thành phần Tính theo % chất khô 1 Tinh bột 75 2 Protein 6 - 8 3 Chất béo 1 - 1,5 4 Xenluloza 0,5 - 0,8 5 Chất khoáng 1 - 1,2 Nước Hàm lượng các chất hoà tan trong dịch đường trước khi lên men là 10-13% đối với bia vàng. Như vậy, trong bia thành phẩm nước chiếm khoảng 87 - 90%. Do đó, có thể nói nước là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia. Nước giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của sản phẩm cho nên nó phải đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu từ hoá học đến sinh học. Nước được dùng trong tất cả các công đoạn sản xuất bia từ ngâm, ươm mầm đại mạch đến nấu, rửa bã, làm lạnh, vệ sinh dụng cụ, thiết bị, rửa chai, cung cấp cho nồi hơi, vệ sinh nhà xưởng. Tuỳ từng công đoạn mà yêu cầu của nước khác nhau nhưng phải đảm bảo một số chỉ tiêu chung như: - Hàm lượng muối cacbonat < 50mg/l. - Hàm lượng muối magiê < 100mg/l. - Hàm lượng muối clorua < 200mg/l. - Hàm lượng muối sunfat Ê 250mg/l. - Hàm lượng ion canxi: <150mg/l. - Hàm lượng ion magiê: Ê 50 mg/l. - Hàm lượng ion natri : Ê 150 mg/l. - Hàm lượng ion kali : Ê 12 mg/l. - Hàm lượng ion sắt : Ê 0.2 mg/l. - Hàm lượng Đồng : Không có. - Hàm lượng Kẽm : Không có. - Hàm lượng muối photpho : Ê 5000 mg/l. - pH Ê 9,5. - NH3 và muối NO2: 0,1 mg/l. - Vi sinh vật không quá 100 tế bào/1cm3. E.Coli và các vi sinh vật độc hại Ê 3 tế bào/1cm3. Cách xử lý nước để sản xuất bia có nhiều phương pháp khác nhau: như kết tủa, đông tụ, trao đổi ion, lọc cát sỏi, hấp thụ bằng than hoạt tính...Tuỳ thuộc vào mức độ nước cho từng công đoạn mà ta có biện pháp xử lý nước cho phù hợp. Cụ thể: với nước thành phố chỉ cần xử lý trao đổi ion để làm mềm nước, với nước giếng khoan thì qua lọc cát sỏi, than hoạt tính, trao đổi ion Nấm men Đặc điểm: nấm men thường dùng để lên men hiện nay là chủng Saccharomyces carlsbergensis là loại nấm men chìm, tế bào nấm men hình cầu hoặc hình oval, kích thước trung bình là 3 á 15 mm, sinh sản chủ yếu bằng phương thức nảy chồi, lên men ở điều kiện nhiệt độ thấp. Nó có khả năng lên men các loại đường như: raffinoza, maltoza, glucoza, fructoza.Vào cuối quá trình lên men, nó kết lắng xuống đáy do tính chất tạo chùm của tế bào, thuận lợi cho việc tách men sau quá trình lên men để quay vòng sử dụng nấm men. Nguồn men giống: có thể lấy men giống từ nuôi cấy nấm men từ chủng thuần khiết hay tái sử dụng nấm men từ những lần lên men trước. 6. Các nguyên liệu phụ Trong công nghệ sản xuất bia người ta sử dụng chế phẩm enzym nhằm mục đích: thích hợp với sản xuất bia dùng nguyên liệu thay thế, làm tiệm cận về chất lượng của bia với nhiều nguyên liệu thay thế và bia 100% malt, giúp cho quá trình dịch hoá được dễ dàng, nhờ độ ổn nhiệt cao nên quy trình nấu được đơn giản hoá, tăng hiệu suất thu hồi, tăng năng suất, giảm thời gian nấu.... ở đây, em sử dụng enzym trong quá trình dịch hoá gạo dưới dạng chế phẩm Termamyl 120L của hãng Novo Đan Mạch. Đây là chế phẩm enzym dạng lỏng, được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus licheniformis, có khả năng chịu được nhiệt độ cao từ 95-1050C. Termamyl 120L là một endo-amylaza, chứa chủ yếu là alpha-1,4-glucosidaza có tác dụng phân cắt các liên kết alpha-1,4-glucosit trong chuỗi mạch amyloza và amylopectin thành dextrin và oligosaccharit tan trong nước, làm giảm nhanh chóng độ nhớt của dịch cháo. Việc sử dụng chế phẩm Termamyl làm enzym dịch hoá cho phép tránh được hiện tượng lão hoá tinh bột, có được hiệu suất thu hồi chất chiết cao, dịch hoá nhanh và triệt để Nguyên liệu phụ trợ khác: Nguyên liệu phụ trợ trong sản xuất bia còn có: axit sulfuric,axit lactic, CaCl2, chất tẩy rửa, chất sát trùng.... II/ Chọn dây chuyền sản xuất: Phân xưởng thiết kế là phân xưởng nấu. Mục đích của quá trình nấu là: Hoà tan các chất có trong malt, gạo Sử dụng các enzym amylaza để chuyển tinh bột thành đường, proteinaza để chuyển protein thành axit amin, peptit và polypeptit. Làm đắng dịch hèm nhờ hoa houblon. Quá trình nấu ( chuẩn bị dịch đường houblon hoá) có thể chia làm 5 công đoạn: Nghiền nguyên liệu: malt, gạo Nấu và đường hoá Lọc dịch đường Nấu hoa hay hounlon hoá dịch đường Lắng trong và làm lạnh dịch đường houblon hoá Nghiền nguyên liệu: Có các phương pháp nghiền malt như : nghiền khô, nghiền khô có phun ẩm vỏ, nghiền khô mịn, nghiền ướt không ngâm, nghiền ướt có ngâm. Các phương pháp nghiền khô có ưu điểm là có thể nghiền trước 1 ngày trước khi nấu, có thể nghiền malt có độ nhuyễn kém nhưng có nhược điểm là không giữ được nguyên vỏ, bụi, bột nhiều nên dung tích thùng lọc nhỏ. Nếu nghiền khô mịn thì phải dùng máy lọc thế hệ mới. Các phương pháp nghiền ướt có ưu điểm là vỏ được bảo toàn, có thể tăng chiều cao lớp lọc nhưng có nhược điểm là nghiền không tốt malt chưa nhuyễn, khi ngâm malt độ ẩm có thể không đều, sau khi nghiền xong phải nấu ngay, chi phí thiết bị và vệ sinh thiết bị lớn, dễ ăn mòn thiết bị. Các phương pháp nghiền ẩm có ưu điểm là khắc phục được các nhược điểm của phương pháp nghiền khô và nghiền ướt. ở đây, em chọn phương pháp nghiền khô có phun ẩm vỏ vì nó có nhiều ưu điểm như trên đã nói, hơn nữa năng suất của phân xưởng không lớn lắm nên phương pháp này phù hợp với năng suất nồi lọc. Đối với nguyên liệu thay thế là gạo, chọn phương pháp nghiền khô bằng máy nghiền búa. Nấu và đường hoá: Có 3 nhóm phương pháp đường hoá: Phương pháp ngâm chiết: ngâm chiết dần, ngâm chiết tăng dần nhiệt độ. Phương pháp này chỉ thích hợp cho malt có độ nhuyễn tốt và phương pháp lên men nổi, nhiệt độ lên men cao. Phương pháp đun sôi: Phương pháp này có đặc điểm là tạo ra các bước nhảy nhiệt độ, tranh các điểm dừng ở nhiệt độ trung gian, hơn nữa chỉ đun sôi một phần dịch đường, do đó hoạt động của enzym tốt hơn, nâng cao được hiệu suất hoà tan của dịch đường. Có thể nấu 1 lần, 2 lần hoặc 3 lần. khi nấu chỉ nấu phần đặc. Phương pháp này yêu cầu phải có hai nối nấu: một nồi hoà bột và một nồi nấu. Phương pháp hỗn hợp: Phương pháp này sử dụng cho quá trình nấu có sử dụng nguyên liệu thay thế. Nguyên liệu thay thế được hồ hoá riêng, sau đó được đường hoá, có thể đường hoá chung hay riêng với malt. Dịch cháo có thể được dịch hoá bằng enzym dịch hoá hoặc bằng malt. Trong thiết kế này, em chọn phương pháp nấu và đường hoá hỗn hợp, trong đó, nguyên liệu thay thế là gạo được hồ hoá và dịch hoá riêng trong nồi nấu gạo có sử dụng enzym dịch hoá Termamyl 120L, sau đó được đường hoá chung với malt trong nồi đường hoá. Lọc dịch đường: Có thể lọc dịch đường bằng nồi lọc hoặc máy lọc khung bản. Máy lọc khung bản có ưu điểm là lọc nhanh, tốn ít lượng nước rửa bã hơn, thiết bị gọn hơn nhưng nhược điểm của nó là không kín, dịch đường dễ bị oxy hoá nên chất lượng dịch đường kém hơn, vệ sinh vải lọc khó, tốn lao động và chi phí bảo dưỡng lớn. Nồi lọc tuy lọc lâu hơn, chiếm nhiều diện tích nhà xưởng hơn nhưng năng suất lọc lớn hơn, cách nhiệt tốt, dịch lọc ít bị oxy hoá, dễ cơ giới hoá tự động hoá, chi phí bảo dưỡng ít hơn. Do đó, trong dây chuyền sản xuất này, em chọn nồi lọc để lọc dịch đường nhằm đảm bảo chất lượng dịch đường và giảm mức độ lao động của công nhân trong công đoạn rửa bã và vệ sinh thiết bị. Nấu hoa Trong giai đoạn đun hoa phải đảm bảo được thời gian đun sôi cũng như cường độ sôi của dịch để có thể kết lắng tốt các cặn thô và cặn mịn, đảm bảo quá trình đồng phân hoá nhưng đồng thời tránh hiện tượng caramen hoá dịch đường Kỹ thuật nấu hoa chia làm 3 phần: Phần 1: cho 1/4 lượng hoa vào khoảng 15-20 phút sau khi sôi. Sử dụng loại hoa đắng nhất, ít thơm nhất, giầu tanin nhất. Phần 2: cho 1/2 - 2/3 lượng hoa. Đây là phần tạo vị đắng quan trọng nhất cho bia. Phần 3: cho 1/4 lượng hoa còn lại vào khoảng 15-30 phút trước khi kết thúc nấu hoa. Đây là loại hoa thơm nhất, mùi đặc trưng nhất cho bia đặc biệt là bia vàng. Trong sơ đồ dây chuyền này, em chọn nấu hoa ba phần, sử dụng hai dạng chế phẩm là cao hoa và hoa viên. Lượng sử dụng của từng loại có thể suy ra từ lượng hoa cánh cần thiết dựa trên tương quan độ đắng giữa các chế phẩm này. Lắng trong và làm lạnh nhanh dịch đường houblon hoá. Đây là giai đoạn rất dễ nhiễm tạp vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn chịu nhiệt coliform phát triển nhanh làm cho bia thành phẩm có mùi cần tây. Do đó, cần phải tiến hành nhanh và với mức độ vệ sinh tốt nhất. Có các loại thiết bị làm trong như thùng thấp hở, thùng kín, lọc li tâm, máy lọc dùng chất trợ lọc, lắng xoáy… Xu thế hiện nay các nhà máy đều sử dụng thiết bị lắng xoáy để làm trong dịch đường do thiết bị đơn giản mà hiệu quả tách cặn cao. Để làm lạnh dịch đường sau lắng xoáy, chọn thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm. Thiết bị này có ưu điểm là có thể vệ sinh theo chu trình kín, giảm nhiễm tạp vi sinh vật, thiết bị gọn, tiết kiệm diện tích nhà xưởng. Chọn thiết bị làm lạnh 1 cấp dùng tác nhân lạnh là nước 0-10C, tránh ăn mòn, tái sử dụng tốt. II/ Sơ đồ dây chuyền sản xuất: Gạo Malt Cân Cân Nghiền Nghiền Termamyl Đường hoá Hồ hoá Bã Nấu hoa Lọc dịch đường Nước Nước nóng Rửa bã hoa Lắng trong và làm nguội sơ bộ Làm lạnh nhanh Lên men Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ 1/ Nghiền nguyên liệu: a/ Nghiền malt: Mục đích: Phá vỡ màng tinh bột để quá trình đường hoá được tốt hơn. Yêu cầu của quá trình nghiền malt là vỏ còn nguyên vẹn và tách khỏi nội nhũ, lượng tấm thô nhỏ, lượng tấm mịn nhiều, bột mịn rất ít để tránh tắc khi lọc. Độ mịn và bản chất bột nghiền phụ thuộc vào máy lọc, nguyên liệu thay thế và chất lượng malt. Trong dây chuyền sản xuất này, chọn thiết bị lọc là nồi lọc, nghiền theo phương pháp nghiền khô có phun ẩm vỏ, sử dụng máy nghiền trục sáu trục bốn sàng. Máy nghiền có các đặc điểm sau: khoảng cách giữa các đôi trục lần lượt là: 1.3 mm, 0.8 mm, 0.35 mm. rulô nhẵn , có thể tự dãn ra khi gặp vật cứng chiều dài rulô L= 350-1250 mm tuỳ theo công suất máy đường kính rulô D= 200-300 mm tuỳ theo thời gian lưu của hạt giữa hai trục tốc độ quay hai trục khác nhau, thường nằm trong khoảng 250-300 vòng/phút kích thước lỗ sàng: 1.01 mm, 0.547 mm, 0.253 mm, 0.152 mm Malt nghiền được phân thành 5 loại: vỏ, tấm lớn, tấm, bé, bột thô và bột mịn Mức độ nghiền: vỏ 24%, tấm 51%, bột 25 %. b/ Nghiền gạo: Mục đích: Đặc điểm chung của các loại nguyên liệu chưa nảy mầm như gạo là các hạt tinh bột của chúng chưa được hồ hoá, chưa được tác động bởi enzym. Cấu trúc hạt tinh bột của chúng còn rất cứng. Do đó chúng rất khó bị thuỷ phân. Biện pháp hữu hiệu nhất để có thể thu được lượng chất chiết nhiều nhất từ những nguyên liệu này là nghiền thật nhỏ và hồ hoá ở nhiệt độ cao. Máy nghiền gạo thông dụng là máy nghiền búa, nghiền gạo càng mịn càng tốt. 2/ Quá trình nấu và đường hoá: a/ Nấu gạo: Mục đích: Do nguyên liệu thay thế sử dụng với tỷ lệ cao ( 40%) nên không thể đường hoá chung trong nồi nấu malt mà càn phải được hồ hoá và dịch hoá trước trong thiết bị riêng. Như ta đã biết, nguyên liệu chưa nảy mầm, thành tế bào của các hạt tinh bột chưa bị phá vỡ rất khó đường hoá. Hơn nữa, tỷ lệ thay thế nhiều, lượng enzym trong malt không đủ bao phần tinh bột ăn theo của gạo nên ngoài việc sử dụng malt lót phải bổ sung thêm chế phẩm enzym ngoài để tăng hiệu suất chiết. Trong quá trình nấu gạo, tinh bột gạo được hồ hoá và dịch hoá, độ nhớt giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hoá sau này. Tiến hành nấu gạo: Trước khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nước nóng. Sau đó bơm lượng nước cần dùng vào nối nấu gạo. Nước bơm vào được phối._.