Tài liệu Thiết kế nhà máy bia năng suất 35triệu lítnăm.

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI CẢM ƠN Trước khi bước vào nội dung của bài tiểu luận, nhóm chúng em xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất đối với trường Đại học Công Nghệ Thực Phẩm TP.HCM đã tạo môi trường cho chúng em học tập, làm việc. Tiếp theo đó, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, đặc biệt là thầy Nguyễn Hữu Quyền đã tận tụy dạy dỗ, truyền đạt và giúp đỡ chúng em trong môn học này. Chúng em xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất. 1 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................1 MỤC LỤC......................................................................................................................... 2 Lời nói đầu........................................................................................................................2 Chương I: Tính Cân Bằng Sản Phẩm.............................................................................6 1. Chọn các số liệu ban đầu:.........................................................................................6 2. Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu ban đầu:.......................................7 2.1. Lượng chất khô trong nguyên liệu.....................................................................7 2.2. Lượng nguyên liệu còn lại sau làm sạch............................................................7 2.3. Lượng nguyên liệu còn lại sau khi nghiền.......................................................7 2.4. Lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau khi nấu......................................8 2.6. Thể tích dịch đường khi đun sôi :......................................................................8 2.7. Lượng chất khô còn lại sau khi houblon hóa:..................................................9 2.8. Lượng dịch đường còn lại sau khi houbln hóa:...............................................9 2.9. Lượng chất khô còn lại sau quá trình lắng trong và làm lạnh:......................10 2.10. Khối lượng dịch lên men từ 100 Kg nguyên liệu ban đầu...........................10 2.11. Thể tích của dịch lên men..............................................................................10 2.12. Lượng bia non sau khi lên men chính...........................................................11 2.13.. Lượng bia sau khi lên men phụ.....................................................................11 2.14.. Lượng bia sau khi lọc.....................................................................................11 2.15. Lượng bia sau chiết rót thanh trùng..............................................................11 2.16. Lượng hoa houblon cần dùng.........................................................................11 2.17. Lượng bã nguyên liệu.....................................................................................11 2.18. Lượng cặn lắng khi lắng trong và làm lạnh.................................................12 2.19.. Lượng men giống đặc cần dùng....................................................................12 2.20. Lượng CO 2 thu được.....................................................................................12 2.21. Lượng men thu hồi.........................................................................................13 3. Kế hoạch sản xuất của nhà máy.............................................................................14 2 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 3.1. Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày...........................................................14 3.2. Chi phí bao bì....................................................................................................17 Chương 2. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng :......................................................21 1. Phân xưởng nấu:......................................................................................................21 1.1. Máy nghiền:.......................................................................................................21 1.2.Nồi hồ hoá:..........................................................................................................21 1.3. Nồi đường hoá:..................................................................................................23 1.4. Thùng lọc đáy bằng:..........................................................................................25 1.5. Nồi nấu hoa:.......................................................................................................26 1.6. Thùng lắng xoáy:...............................................................................................28 1.7. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí:........................................................................29 1.8. Thùng nước nấu:...............................................................................................29 1.9. Hệ thống cip nấu:..............................................................................................31 2. Chọn thiết bị cho phân xưởng lên men:.................................................................32 2.1.Tank lên men:.....................................................................................................32 2.2. Thiết bị nhân men giống :.................................................................................35 2.3. Thiết bị bảo quản men sữa:..............................................................................38 2.4. Thiết bị chứa và bão hòa :........................................................................38 3. Chọn thiết bị cho phân xưởng hoàn thiện:............................................................40 3.1. Thiết bị lọc trong bia:........................................................................................40 3.2. Thùng tàng trữ và bão hoà CO2:.....................................................................40 3.3. Hệ thống chiết bock:.........................................................................................41 3.4. Hệ thống chiết chai:...........................................................................................43 III/ Kết luận:...................................................................................................................47 Tài liệu tham khảo:.........................................................................................................49 3 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Lời nói đầu Bia là một loại đồ uống giải khát hiện rất được ưa chuộng ở nước ta cũng như trên thế giới. Bia có màu sắc, hương vị đặc trưng, dễ dàng phân biệt với các loại đồ uống khác. Được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hublon... bia đem lại giá trị dinh dưỡng, một lít bia cung cấp 400 – 450kcal, bia có khả năng kích thích tiêu hoá, giúp cơ thể khoẻ mạnh khi dùng với liều lượng thích hợp và đặc biệt còn có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống nhờ đặc tính bão hoà CO2. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, bia ra đời từ khoảng 7000 năm trước Công nguyên, bắt nguồn từ các bộ lạc cư trú ven bờ sông Lưỡng Hà, sau đó được truyền sang các châu lục khác thông qua quá trình trao đổi, buôn bán giữa các bộ lạc. Trong quá trình tìm kiếm nguyên liệu phụ để tăng chất lượng cho bia, người ta nhận thấy hoa houblon mang lại cho bia hương vị rất đặc biệt và nhiều đặc tính quý giá. Hiện nay, hoa hublon vẫn là nguyên liệu không thể thay thế trong sản xuất bia. Đến thế kỷ XIX Louis Pasteur xuất bản cuốn sách về bia đã tạo ra ngành công nghiệp sản xuất bia dưới ánh sáng khoa học, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác quy trình công nghệsản xuất bia đang ngày càng trở nên hoàn thiện. Chính vì vậy, bia đã trở thành loại đồ uống được ưa chuộng nhất hiện nay, được sản xuất và tiêu thụ ngày nhiều trên phạm vi toàn thế giới. Ở Việt Nam, bia xuất hiện chưa lâu lắm (chỉ khoảng 100 năm), ngành công nghiệp sản xuất bia vẫn còn rất nhiều tiềm năng phát triển. Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng bia ở nước ta ngày càng tăng. Rất nhiều nhà máy cũng như cơ sở sản xuất bia được thành lập trên khắp cả nước nhưng vẫn chưa đáp ứng hết được nhu cầu thị trường cả về chất lượng cũng như sốlượng. Hơn nữa bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khảnăng thu hồi vốn nhanh, và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia. 4 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 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 vô cùng cần thiết. Trong bản đồ án này em trình bày thiết kế nhà máy bia năng suất 35triệu lít/năm. Đây là một nhà máy với năng suất trung bình, nếu được trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năng thích ứng linh hoạt với qui mô sản xuất trung bình, cũng như có khả năng mở rộng qui mô sản xuất. 5 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Chương I: Tính Cân Bằng Sản Phẩm 1. Chọn các số liệu ban đầu: Độ bia của sản phẩm : 14 % Tỷ lệ nguyên liệu dùng Malt đại mạch: 80% Ngô : 20% Năng suất của nhà máy: 35 triệu lít / năm Các thông số trạng thái ban đầu của nguyên liệu Độ ẩm của malt: 4% Độ ẩm của ngô: 10% Độ chiết của malt: 75% Độ chiết của ngô : 75% Mức hao hụt nguyên liệu qua từng công đọan : Công Làm đoạn sạch Tiêu 0,5 Nghiền 0,5 Nấu lọc 2 Houblon hóa 0,5 Lắng Lên Lên trong, men men làm lạnh chính phụ 0,5 0,5 0,5 Chiết Lọc rót, bia thanh trùng 0,5 2 hao (%) Mức hao hụt trong quá trình nghiền, nấu, lọc, houblon hóa, lắng trong và làm lạnh tính theo phần trăm chất khô của nguyên liệu trước đó. Còn mức hao hụt của quá trình lên men, lọc trong bia, chiết rót tính theo phần trăm thể tích trước đó. 6 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Lượng hoa houblon sử dụng : 2g/lit dịch đường 2. Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu ban đầu: 2.1. Lượng chất khô trong nguyên liệu 80.(100  4) 76,8 (kg ) 100 20.(100  10) Ngô : 18 (kg ) 100 Malt : 2.2. Lượng nguyên liệu còn lại sau làm sạch + Chất khô 76,8.(100  0,5) 76,42( kg ) 100 18.(100  0,5) Ngô : 17,91(kg ) 100 Malt : + Nguyên liệu 76,42.100 79,6 (kg ) 100  4 17,9.100 Ngô : 19,89 (kg ) 100  10 Malt : 2.3. Lượng nguyên liệu còn lại sau khi nghiền + Chất khô 76,42.(100  0,5) 76,04 (kg ) 100 17,91.(100  0,5) Ngô : 17,82 (kg ) 100 Malt : 7 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục +Nguyên liệu 76,04.100 79,21 ( kg ) 100  4 17,82.100 Ngô : 19,8 (kg ) 100  10 Malt : 2.4. Lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau khi nấu 76,04.75 57,03 (kg ) 100 17,82.75 Ngô : 13,37(kg ) 100 Malt : Tổng lượng chất khô chuyển vào dung dịch là : 57,03 + 13,37 =70,4 kg 2.5. Lượng chất khô còn lại sau quá trình nấu và lọc: 70,4.(100  2) 68,99 (kg ) 100 2.6. Thể tích dịch đường khi đun sôi : Độ bia theo yêu cầu là : 14 0. Đây chính là nồng độ chất khô của dịch đường sau khi lắng trong và làm lạnh. Trong quá trình houblon hóa do bốc hơi một lượng nước lớn nên nồng độ dịch đường tăng 1  1,5% so với nồng độ của nó trước đó, chọn giá trị là 1%. Trong quá trình làm lạnh và lắng trong, nồng độ dịch đường tiếp tục tăng lên khoản 0,4  1,2%, chọn giá trị là 1%. Từ đó ta có nồng độ chất chiết trong dịch đường trước khi houblon hóa là : 8 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 14 - ( 1 + 1 ) = 12 % Khối lượng riêng của dịch đường ở 200C : 12% = 1048,31 Kg/m3 Khối lượng của dịch đường từ 100 kg nguyên liệu ban đầu : 68,99.100 574,92 (kg ) 12 Thể tích dịch đường khi chưa đun sôi : quy về 200C là 574,92 0,548426 (m3 ) 548,426(lít ) 1048,31 Vì hàm lượng chất chiết nhỏ hơn nhiều so với hàm lượng nước trong dịch đường nên ta tính thể tích dịch đường theo thể tích nước. Ta có : Thể tích riêng của nước : Ở 200C : 1000,77 m3/kg Ở 1000C : 1043,43 m3/kg Thể tích dịch đường khi đun sôi : 548,426. 1043,43 571,8 (lít ) 1000,77 2.7. Lượng chất khô còn lại sau khi houblon hóa: 68,99.(100  0,5) 68,65 (kg ) 100 9 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 2.8. Lượng dịch đường còn lại sau khi houbln hóa: Theo khối lượng : 68,65.100 528,1 (kg ) 12  1 Khối lượng riêng của dịch 13% ở 200C là 1052,52 kg/m3 Thể tích dịch đường sau khi houblon hóa ở 1000C là 528,1.1043,43 0,523136(m3 ) 523,136 (lít) 1052,52.1000,77 2.9. Lượng chất khô còn lại sau quá trình lắng trong và làm lạnh: 68,65.(100  0,5) 68,31 (kg ) 100 2.10. Khối lượng dịch lên men từ 100 Kg nguyên liệu ban đầu 68,31.100 487,93 (kg ) 14 2.11. Thể tích của dịch lên men Khối lượng riêng của dịch đường (theo nồng độ) ở 200C là 1056,77 Kg/m3 Thể tích của dịch đường 14% ở 200C là 487,93.1000 461,72 (lít ) 1056,77 10 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Khi làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men (8 0C) thì có sự giảm thể tích của dịch lên men và ta coi sự giảm này cũng là sự giảm thể tích riêng của nước theo nhiệt độ. Thể tích riêng của nước ở 200C là 1000,77.10-6m3/Kg Và ở 80C là 1000,12.10^-6m3/Kg Như vậy thể tích dịch lên men là: 461,72.1000,12 461,42 (lít ) 1000,77 2.12. Lượng bia non sau khi lên men chính 461,42.(100  0,5) 459,113 (lít) 100 2.13.. Lượng bia sau khi lên men phụ 459,113.(100  0,5) 456,82 (lít) 100 2.14.. Lượng bia sau khi lọc 456,82.(100  0,5) 454,536 (lít) 100 2.15. Lượng bia sau chiết rót thanh trùng 454,536.(100  2) 445,445 (lít) 100 11 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 2.16. Lượng hoa houblon cần dùng Thể tích của dịch đường là 548,426 lít Vậy lượng hoa cần dùng là : 548,426 .2 =1096,852 (g) Trong đó 1/3 lượng hoa dùng dưới dạng cao hoa mà 1g cao hoa có thể thay thế cho 5 g hoa nguyên cánh. Như vậy lượng cao hoa cần dùng là 1096,852 73,123(g) 0,0731(Kg) 15 Và 2/3 lượng hoa là dùng dưới dạng hoa viên mà 1g hoa viên có thể thay thế cho 3 g hoa nguyên cánh. Như vậy lượng hoa viên cần dùng là 1096,852.2  243,745(g) 0,244(Kg) 15 2.17. Lượng bã nguyên liệu Thông thường cứ 100 kg nguyên liệu đưa đi nấu bia thì thu được 125 kg bã ướt có độ ẩm 75%. Lượng nguyên liệu sau khi nghiền : 79,21+ 19,8 = 99,01 kg Lượng bã ướt thu hồi có độ ẩm 75% : 99,01.125 123,76 ( kg ) 100 12 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 2.18. Lượng cặn lắng khi lắng trong và làm lạnh Cứ 100 lít dịch đường đun sôi thì lượng cặn lắng là 5g chất khô. Vậy lượng cặn lắng trong dịch đun sôi là : 548,426.5 27,4213 ( g ) 100 Chọn độ ẩm của cặn là 75%. Vậy lượng cặn ướt là : 27,4213.100 109,69 ( g ) 100  75 2.19.. Lượng men giống đặc cần dùng Men giống được đưa vào lên men với tỉ lệ 0,8 lít men giống đặc có độ ẩm 85% cho 100 lít dịch lên men . Vậy lượng men giống cần dùng là: 461,42.0,8 3,69 (lít) 100 2.20. Lượng CO 2 thu được Độ lên men biểu kiến đối với bia vàng khoảng 60 – 65 %. Độ lên men thực thường nhỏ hơn độ lên men biểu kiến. Chọn độ lên men thực là 55%. Vậy lượng chất khô hòa tan lên men được là : 68,31 .55  37,571(kg ) 100 Phần lớn đường lên men được là đisaccarit. Nên quá trình lên men được biểu diễn bởi phương trình : 13 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục C12H22O11 + H2O   2C6H12O6 2C6H12O6  4CO2 + 4C2H5OH + Q176 Lượng CO2 sinh ra : 37,571. 176 19,335( kg ) 342 Chọn hàm lượng CO2 trong bia chiếm 0,4%. Vậy lượng CO2 liên kết trong bia là: 456,82.0,4 1,83 ( kg ) 100 Do đó lượng CO2 tự do thu hồi được : 19,335- 1,83 = 17,505 (kg) 2.21. Lượng men thu hồi Cứ 100 lít dịch lên men thì thu hồi được 2 lít men bã có độ ẩm là 85% trong đó chỉ 0,8 lít dùng làm men giống. Số còn lại dùng vào mục đích khác Lượng sữa men thu hồi được: 456,82.2 9,14 (kg ) 100 Lượng sữa men dùng làm giống là: 456,82.0,8 3,65 (lít ) 100 14 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Lương sữa men dùng làm phế liệu là : 9,14  3,65 5,49(lít ) 3. Kế hoạch sản xuất của nhà máy Thời gian cần nấu cho 1 mẻ : 2,75 h Số mẻ nấu cho 1 ngày là : 24 8,73 2,75 (mẻ) Chọn số mẻ nấu cho 1 ngày là: 8 mẻ. Nhà máy làm việc: 12 tháng/năm. Mỗi ngày làm việc: 3 ca Phân xưởng làm việc 3 ca/ ngày, sản xuất theo mẻ Kế hoạch sản xuất của phân xưởng nấu theo năm 2006. Biểu đồ sản xuất của phân xưởng nấu Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 26 24 27 25 26 26 25 27 25 26 26 26 Cả năm Số ngày làm 309 việc Số mẻ 208 192 216 200 208 208 200 216 200 216 216 216 2472 Số ca 78 72 81 75 78 78 75 81 75 78 78 78 927 15 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 3.1. Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày Theo 3.2.15 cứ 100 Kg nguyên liệu ban đầu cho ra 445,445 (lít) bia thành phẩm Như vậy năng suất của nhà máy là 35.106 lít/năm. Lượng nguyên liệu dùng cho cả năm là 35000000 .100 7857223,033 (kg ) 445,445 Lượng nguyên liệu cần cho một ngày là 7857223,033 25427,91 (kg ) 309 3.1.1. Lượng nguyên liệu đầu 80.25427,91 20342,33 (kg ) 100 Malt : 20.25247,91 5085,582 (kg ) 100 Ngô : 3.1.2. Lượng nguyên liệu sau làm sạch 79,6.25427,91 20240,62 (kg ) 100 Malt : 19,89.25247,91 5057,61 (kg ) 100 Ngô : 16 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 3.1.3. Lượng nguyên liệu sau khi nghiền 79,21.25427,91 20141,45 (kg ) 100 Malt : 19,8.25247,91 5034,73 (kg ) 100 Ngô : 3.1.4. Lượng dịch đường khi đun sôi 571,8.25427,91 145396,79 (lít) 100 3.1.5. Lượng dịch đường sau khi houblon hóa ở 100oC 545,131.25427,91 138615,42 (lít) 100 3.1.6. Lượng dịch lên men 461,42.25427,91 117329,46 (lít) 100 3.1.7. Lượng bia non sau khi lên men chính 459,113.25427,91 116742,84 (lít) 100 3.1.8. Lượng bia non sau khi lên men phụ 456,82.25427,91 116159,78 (lít) 100 17 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 3.1.9.. Lượng bia sau khi đã lọc trong 454,536.25427,91 115579,005 (lít) 100 3.1.10. Lượng bia sau khi đã chiết rót 445,445.25427,91 113267,35 (lít) 100 3.1.11. Lượng hoa houblon cần dùng Dạng hoa viên: Dạng cao hoa: 0,244.25427,91 62,044 (kg ) 100 0,073.25427,91 18,56 (kg ) 100 3.1.12. Lượng bã nguyên liệu 123,76.25427,91 31469,58 (kg ) 100 3.1.13. Lượng men giống đặc cần dùng 3,69.25427,91 938,29 (lít) 100 3.1.14.. Lượng men thu hồi 9,14.25427,91  2324,11 (lít) 100 18 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 3.1.15. Lượng CO2 thu hồi 17,505.25427,91 4451,16 (lít ) 100 3.2. Chi phí bao bì 3.2.1. Lượng vỏ chai Nhà máy dùng chai có dung tích 0,45 lít để chứa bia chu kỳ quay vòng là 30 ngày, lượng chai hao hụt là 4 %/chu kỳ. Mỗi két chứa 20 chai chu kỳ quay vòng két là 30 ngày hao hụt két là 1 %/ chu kỳ . Vậy lượng vỏ chai cần dùng cho một ngày là : 113268,63 251708 (chai) 0,45 Lượng chai cần dùng cho 1 chu kỳ là 251708.30 = 7551242 chai Lượng chai cần bổ sung cho một năm là 7551242.4.12 3624596 (chai ) 100 Vậy số chai cần cho cả năm là : 7551242 +3624596=11175898 (chai) 3.2.2. Nhãn Nhà máy chỉ sử dụng một nhãn cho một chai bia.Chọn tiêu hao là 4%/ năm. Vậy số nhãn cần dùng cho một năm là : 19 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 35000000.(100  4) 80888889 0,45.100 (nhãn) Lượng nhãn cần dùng cho một ngày là 80888889 261777 309 (nhãn) 3.2.3. Nắp Trung bình khoảng 300 nắp chai thì nặng 1 kg. Mỗi chai có một nắp. Lượng nắp hao hụt khoảng 4%. Vậy lượng nắp chai cần cho một năm : 35000000.(100  4) 80888889 0,45.100 (nắp) Lượng nắp cần dùng cho một ngày là 80888889 261777 309 (nắp) 3.2.4. Két đựng chai Nhà máy dùng két nhựa loại 20 chai/két, lượng két cần cho một ngày : 251708 12585,4 12586 20 (két) Lượng két cần dùng cho một chu kỳ là 12386.30=3777570 (két) 20