Đồ án Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít/năm

rạ tươi). Hạt phải thống nhất về độ thuần khiết của giống lúa: với một loại giống đại mạch có chế độ xử lý kỹ thuật để đạt chất lượng yêu cầu. Trong sản xuất chỉ chấp nhận 5% các hạt ngoại lai khi dùng số lượng hạt đại mạch lớn. - Trọng lượng đại mạch: nhỏ hơn (7 ¸ 9)% trọng lượng hạt, không dùng hạt có chỉ số lớn hơn 9% (10% ¸ 12%). - Dung trọng: Đại mạch loại 1 dung trọng ³ 680g/l hạt. Đại mạch loại 2 dung trọng (650 ¸ 680)g/l hạt. Đại mạch loại 3 dung trọng (630 ¸650)g/l hạt. - Trọng lượng tuyệt đối: đại mạch trung bình bằng (35 ¸ 45)g/1000 hạt. Đại mạch loại nặng > 44g/1000 hạt. Đại mạch loại trung = (44 ¸ 45)g/1000 hạt. Đại mạch loại nhẹ = (35 ¸ 40)g/1000 hạt. Trong sản xuất chỉ dùng hai loại trên, loại thứ ba chỉ dùng với một tỷ lệ nhất định thông thường không quá (15 ¸ 20)%. - Hàm lượng ẩm (w): phải đạt trung bình (10 ¸ 15)%. Khi bảo quản tốt nhất w = (12 ¸ 13)% & không vượt quá 13% khi tàng trữ & w tối thiểu cho phép là 10%. Trên 13% (nhất là > 15% ¸ 16% hạt dễ bốc nóng, khó bảo quản, nếu độ ẩm < 10% hạt nhanh chóng mất khả năng nảy mầm. - Hàm lượng protit: di chuyển trong giới hạn (8 ¸ 14)% chất khô của hạt. Protit càng nhiều, tinh bột càng giảm & do đó chất hoà tan càng thấp. Đại mạch có nhiều prôtit quá thì khó chế biến. Nhưng ngược lại protit < 8% thì không thích hợp cho sản xuất bia vì bia ít bột. Đại mạch chất lượng cao nếu protid chiếm từ (9 ¸ 11)% chất khô. - Hàm lượng tinh bột: chiếm từ (55 ¸ 65)% trọng lượng hạt. Đại mạch dùng để sản xuất bia phải có lượng tinh bột không nhỏ quá từ (63 ¸ 65)% tính theo chất khô. Ngoài ra malt dùng để sản xuất bia không được lẫn cát, rác cỏ, các loại thóc khác, tất cả phải thuộc một nhóm đồng nhất. Nhìn hạt thóc tốt, khô, vỏ mọng không có vết là loại đại mạch nhiều tinh bột chuyên dùng để sản xuất bia vàng. 2.1.2 Gạo Để hạ giá thành sản xuất, cải tiến mùi vị của bia và nhằm mục đích để được lâu dài, trong sản xuất bia người ta thường trộn lẫn một số đại mạch chưa nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác để thay thế thóc mầm, cũng có khi dùng tinh bột hoặc các loại đường (gluco, saccaro, malto ...) để làm nguyên liệu thay thế. Chỉ tiêu chất lượng của gạo trong sản xuất bia: Trạng thái bên ngoài và cảm quan: không có mùi lạ, không có vị đắng. Trạng thái đồng nhất, nhẵn bóng, hạt đồng đều, không mối mọt, không vón cục, không mốc, ẩm. Chỉ tiêu hóa lý: Hàm lượng tinh bột 75% Độ ẩm 13% Độ hòa tan 85% Hàm lượng protein 7% Tạp chất 2% 2.1.3 Hoa houblon Hoa houblon là một loại cây sống lâu năm, thuộc họ cây leo, chiều cao trung bình của cây houblon thường từ (10 15) m, lá cây hình bàn tay. Hoa houblon gồm hoa đực và hoa cái. Trong ngành sản xuất bia người ta chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn, hoa đực không sử dụng được vì nó rất bé và chứa rất ít hương lupulin. Cấu tạo của hoa houblon có những thành phần chính sau: cuống hoa, cánh hoa và những hạt lupulin vàng óng tựa phấn hoa. Những hạt phấn hoa này chứa chất đắng và chất thơm của hoa houblon. Lượng hạt này phụ thuộc vào giống và điều kiện trồng hoa houblon. Người ta đã chứng minh rằng ở điều kiện thời tiết nhiều ánh nắng mặt trời thì hoa sẽ có nhiều hạt lupulin hơn. Hoa houblon có hình dạng quả trứng, dài từ (3 4) cm, màu hoa khi chín thường từ vàng đến vàng óng. Trọng lượng từng phần của hoa như sau: cánh hoa (66 67)%, hạt lupulin (19 20)%, cuống hoa (7 8)% và những cuống con của cánh hoa (5 6)%. Hiện nay có trên 100 giống hoa houblon trên thế giới. Thành phần chủ yếu trong hoa houblon: trong hoa houblon có chứa đựng những hợp chất đặc trưng cho loại hoa này như chất thơm, tinh dầu thơm ... những hợp chất này có ý nghĩa quan trọng về kỹ thuật trong sản xuất bia. Ngoài những hợp chất đặc trưng trong hoa còn chứa đựng những hợp chất khác tượng tự các loại thực vật, một vài trong những hợp chất ấy cũng có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật. Chỉ tiêu chất lượng của hoa houblon trong sản xuất bia: Hoa cánh phải có màu vàng hơi xanh, hoa viên có màu xanh, hoa cao có màu đen hoặc vàng sẫm. Hoa cánh sử dụng phải là hoa cái chưa thụ phấn, nghiền còn dính. Hoa có mùi thơm đặc trưng, không lẫn các tạp chất. Độ ẩm 11-13% Chất đắng 15-21 % Polyphenol 2,5-6 % Tinh dầu thơm0,3-1 % Cellulose 12-14 % Chất khoáng 5-8 % Protein 15-21 % Các hợp chất khác 26-28 % 2.1.4 Nước Nước là 1 trong các nguyên liệu chính để sản xuất bia chiếm (80 ¸ 90)% trọng lượng bia thành phẩm. Thành phần hoá học và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới toàn bộ kỹ thuật sản xuất và ảnh hưởng rất lớn tới đặc điểm, tính chất và chất lượng bia thành phẩm. Trong quá trình sản xuất bia cần một lượng nước rất lớn, một phần dùng để đun sôi, hồ hoá, đường hoá, một phần để rửa men, rửa thiết bị và nấu hơi. Việc sử dụng nước rộng rãi như vậy đòi hỏi nước phải có thành phần và tính chất thích hợp nhất định. Thành phần của nước phụ thuộc vào nguồn của nó. Nước mạch thường chứa nhiều muối và chất hữu cơ hơn, nước mưa chứa nhiều khí hơn. Phụ thuộc vào thành phần của các lớp đất mà nguồn nước đi qua, những dòng nước mạch có những lượng muối và chất hữu cơ theo tỷ lệ khác nhau. Đặc biệt acit cacbonat rất thừa thãi trong đất, nó hoà tan cacbonat kiềm thổ và những cacbonat khác và đưa chúng về các dạng bicacbonat. Nước thiên nhiên rất giàu các muối hoà tan dạng ở dạng ion, trong đó nhiều nhất là các catrion Ca, Mg, Na, K, Fe, Al ... và các anion -OH, -HCO3, -NO2 ... Trong trường hợp dưới khái niệm nước dùng để nấu bia ta có thể hiểu là nước dùng để nấu dịch lên men. Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng đến quá trình hồ hoá, đường hoá. Ngoài ra các muối của chúng đi vào thành phần của dịch đường và hoa, tham gia vào sự hình thành mùi vị và một vài tính chất của bia. Chỉ tiêu chất lượng của nước trong sản xuất bia - Độ cứng của nước £ (4 ¸ 10)°Đ. - Độ pH = (6,5 ¸ 7)%. - Hàm lượng muối < 50 mg/l. - Hàm lượng muối < 100 mg/l. - Hàm lượng muối : (75 ¸ 150) mg/l. - Hàm lượng CaSO4: (150 ¸ 200) mg/l. - Hàm lượng < 0,3 mg/l. - Vi sinh vật £ 100 tế bào/lít. - Các kim loại nặng: không có. - Các vi sinh vật gây bệnh: không có. - Ecoli £ 2% (2 tế bào/lít). PHẦN 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 3.1 Lựa chọn phương pháp lên men Lên men cổ điển. Lên men cổ điển là quá trình mà sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn phân tử lượng của các chất trong nguyên liệu, thu được bằng các phản ứng dị hoá xảy ra trong quá trình lên men. Các phương pháp lên men cổ điển gồm có: Lên men chìm, gián đoạn, trong thiết bị hở. Lên men nổi. Lên men trong thiết bị kín thu hồi CO2. Ưu điểm: bia có chất lượng cao, mùi vị hài hoà. Nhược điểm: Chu kì lên men kéo dài. Diện tích chiếm chỗ lớn, chi phí thiết bị và làm lạnh lớn. Năng suất và hiệu quả không phù hợp vì tổn thất quá lớn. Lên men hiện đại. Lên men hiện đại là những quá trình lên men mà sản phảm thu được phức tạp hơn, không thể thay thế bằng các phương pháp hoá học, thực chất đó là các quá trình sinh tổng hợp. Các phương pháp lên men hiện đại ra đời gồm có: Lên men gia tốc trong thiết bị thân trụ đáy côn. Lên men một pha trong thiết bị có kích thước lớn. Lên men theo phương pháp liên tục và bán liên tục. Ưu điểm: Chu kỳ lên men được rút ngắn 50 – 70%, tăng năng suất. Chất lượng bia tiệm cận được với bia cổ điển. Công nghệ không phức tạp, dễ tự động hoá. Mặt bằng chiếm chỗ ít. An toàn và vệ sinh tốt. Nhược điểm: chất lượng sản phẩm không bằng chất lượng bia lên men cổ điển từ dịch đường. Trong phân xưởng này, em quyết định lựa chọn phương pháp lên men gia tốc, sử dụng thiết bị lên men thân trụ đáy côn với hệ thống áo lạnh bố trí phù hợp đảm bảo quá trình lên men trong 15 ngày đối với bia hơi và 18 ngày đối với bia chai. 3.2 Lựa chọn phương pháp lọc Sau khi lên men, bia non thu được còn cặn lạnh là xác tế bào nấm men và một số hợp chất không tan vào dịch đường nhưng chưa được tách triệt để trước khi lên men. Có các phương pháp lọc sau: Lọc có chất trợ lọc: Ưu điểm: lọc triệt để, hiệu quả. Nhược điểm: chi phí cao hơn, thiết bị cấu tạo phức tạp. Lọc không có chất trợ lọc: Ưu điểm: chi phí lọc thấp, thiết bị đơn giản. Nhược điểm: nhanh bị bít, chỉ dùng để lọc hoàn thiện. Với mục tiêu sản xuất bia chất lượng ở mức trung bình, phục vụ đối tượng khách hàng thuộc tầng lớp bình dân, em quyết định chọn máy lọc khung bản sử dụng bột trợ lọc diatomit để lọc bia hơi. Với bia chai yêu cầu chất lượng cao hơn thì sau khi lọc khung bản sẽ tiến hành lọc tiếp lần 2 qua máy lọc đĩa với bột trợ lọc PVPP 3.3 Sơ đồ công nghệ phân xưởng lên men 3.4 Thuyết minh công nghệ Dịch đường từ nồi lắng xoáy được làm lạnh xuống đến 8-10 ºC bởi máy làm lạnh nhanh dạng tấm bản, tác nhân làm lạnh là nước 2 ºC sau đó sẽ được phối trộn ngay bằng nước bài khí để thu được dịch lên men có độ đường phù hợp: đối với bia hơi là 10 ºP còn bia chai là 12 ºP. Trên đường đi của dịch ở mẻ nấu đầu tiên, ta sẽ tiếp men với mật độ tế bào là 130 triệu TB/ml dịch và bổ sung O2 với lượng 5-7 mg/l để thúc đẩy sự phát triển của nấm men. Trong các lần bơm dịch ở các mẻ nấu tiếp theo, không cần tiếp men hoặc bổ sung O2. Dự kiến 1 tank lên men sẽ chứa dịch của 5 mẻ nấu, do đó lượng tế bào nấm men giao cấy trong 1 tank lên men sẽ tương đương với giá trị là 26 triệu TB/ml dịch. So với lý thuyết thì tỷ lệ gieo cấy này là khá cao, tuy nhiên nó phù hợp với mục đích đề ra là lên men trong thời gian ngắn (15 ngày đối với bia hơi và 18 ngày đối với bia chai) nhằm giảm chi phí, tăng lợi nhuận. Lưu ý là trước khi tiếp dịch, cần nạp đầy CO2 vào tank lên men, trong quá trình bơm dịch vào thì mở van đỉnh tank, dịch lên men sẽ đẩy CO2 ra ngoài. Kết thúc tiếp men, sử dụng nước bài khí ở 2 ºC để đẩy hết lượng men còn lại trên đường ống vào tank lên men. Quá trình lên men chính đối với bia hơi và bia chai đều kéo dài 5 - 7 ngày ở nhiệt độ khoảng 10 ºC. Khi hàm lượng đường giảm xuống còn 3,0 – 3,2 ºP thì kết thúc lên men chính, hạ nhiệt xuống 4-5 ºC để thu men sữa, thời gian để thực hiện việc hạ nhiệt độ là 24-36h. Tiếp theo, hạ nhiệt xuống 2 ºC và cuối cùng là 0 ºC để lên men phụ và tàng trữ. Một điều cần chú ý là trong quá trình thu men sữa, ta không thu hết lượng sinh khối nấm men mà chỉ lựa chọn phần nấm men tốt để thu hồi. Ban đầu, ta sẽ mở van xả đáy tank lên men để thải hết lượng men già, xác men cũng như những cặn lạnh kết lắng ở đáy, màu sắc của phần thải này là vàng sẫm đến nâu nhạt, đến khi quan sát thấy men sữa màu trắng đục qua cửa quan sát thì ta mới tiến hành thu men vào tank bảo quản men. Toàn bộ quá trình từ thu men sữa đến tiếp men sữa là kín hoàn toàn, nguy cơ nhiễm tạp hầu như không thể xảy ra nên việc rửa men sữa có thể bỏ qua. Đối với nấm men dạng chế phẩm LSA, trước khi sử dụng cần có quá trình nuôi cấy qua thùng nhân giống cấp 1, cấp 2 còn men sữa thì sử dụng trực tiếp. Quá trình lên men phụ và tàng trữ bia trong thời gian ngắn, vì vậy để bia thành phẩm đảm bảo được hàm lượng diacetyl theo tiêu chuẩn < 0,1 – 0,2 mg/l ta sử dụng chế phẩm enzyme Maturex 2000L hãng Novozyme với liều lượng là 3 kg cho 1 tank lên men, chế phẩm được cho vào cùng với thời điểm tiếp men giống.. Nhiệt độ lên men được điều chỉnh nhờ hệ thống van tự động, áp suất lên men được duy trì nhờ hệ thống điều chỉnh áp suất thông qua van xả áp và van cấp CO2. Trong quá trình lên men chính, sau thời gian khoảng 1 ngày, hàm lượng CO2 thoát ra mạnh nên ta sẽ thu hồi để sử dụng cho các mục đích khác nhau. Áp suất dư trong tank lên men nếu cao quá sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động của nấm men, nếu thấp quá thì hàm lượng CO2 bão hòa vào bia non sẽ kém đi, áp dụng lý thuyết, ta sẽ luôn khống chế áp suất dư ở mức 0,5 – 0,7 atm. Trong suốt quá trình lên men, mỗi ngày sẽ tiến hành lấy mẫu định kì 2 lần, kiểm tra các chỉ số: hàm lượng đường ( ºP), tổng số tế bào nấm men (106 TB/ml dịch), phần trăm tế bào chết, phần trăm tế bào nảy chồi, nhiệt độ và áp suất thực tế nhằm có những điều chỉnh thích hợp nếu xảy ra sự cố. PHẦN 4 TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM Tổn thất qua các công đoạn Tổn thất do nghiền 1% Tổn thất do nấu đường hóa, lọc: 2% Tổn thất do lắng 2% Tổn thất do làm lạnh nhanh 1% Tổn thất do quá trình lên men (cả chính và phụ): 4,0% Tổn thất do lọc bia: 1,0% Tổn thất do bão hòa CO2: 0,5% Tổn thất do chiết chai: 4% Tổn thất do chiết bock: 0,5% Thông số nguyên liệu chính Thông số Malt Gạo Độ ẩm (%) 6 12,5 Độ hòa tan (%) 70 82 Tỷ lệ (%) 60 40 4.1 Tính toán lượng bia chai từ 100kg nguyên liệu ban đầu Tỷ lệ nguyên liệu: 60% malt 40 % gạo 4.1.1 Tính lượng chất chiết trong 100 kg nguyên liệu ban đầu Tính lượng chất chiết từ malt trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của malt: 6%. Hệ số hòa tan: 70% Tổn thất do nghiền: 1%. Lượng malt thô sau khi nghiền là (tổn thất do nghiền là 1%) 100 0,6 0,99 = 59,4 (kg) Lượng chất khô của malt là: 100 0,6 0,99 0,94 = 55,84 (kg) Lượng chất chiết từ malt có trong 100kg nguyên liệu là: 100 0,6 0,99 0,94 0,70 =39,09 (kg) Tính lượng chất chiết từ gạo trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của gạo: 12,5% Hệ số hòa tan: 82% Tổn thất do xay, nghiền: 1% Lượng gạo sau khi nghiền là 100 0,4 0,99 = 39,60 (kg) Lượng chất khô của gạo là: 100 0,4 0,99 0,875 = 34,65 (kg) Lượng chất chiết từ gạo có trong 100kg nguyên liệu là: 100 0,4 0,99 0,875 0,82 = 28,41 (kg) Tổng lượng chất khô có trong 100kg nguyên liệu là: 55,84 + 34,65 =90,49 (kg) Tổng lượng chất chiết có trong 100kg nguyên liệu là: 39,09 + 28,41 = 67,50 (kg) Tính lượng chất hòa tan còn lại trong dịch đường sau giai đoạn nấu, đường hóa và lọc: Chọn tổn thất chất hòa tan chung của quá trình nấu, đường hóa, lọc là 2% (thường là 1 – 2%). Lượng chất chiết còn lại trong dịch đường là: 67,50 0,98 = 66,15 (kg) 4.1.2 Tính lượng sản phẩm trung gian qua các giai đoạn Khi đun hoa coi lượng chất khô hoà tan vào bằng lượng chất khô mất đi do vậy lượng chất chiết sau đun hoa vẫn là 66,15 kg Lượng dịch đường 12,5ºP (sau đun hoa) là: 66,15 0,125 = 529,20 (kg) Lượng dịch đường 12,5ºP, ở 20ºC có khối lượng riêng d = 1,05048 (kg/l). Do vậy thể tích dịch 12,5ºP ở 20ºC là: V= M/d = 529,20 1,05048 = 503,77 (lít) Do thể tích ở 100ºC chênh lệch so với thể tích dịch ở 20ºC là 4% nên thể tích dịch ở 100ºC là: 503,77 1,04 = 523,92 (lít) Lượng dịch sau khi làm lắng trong ( tổn thất quá trình lắng 2%) 523,92 0,98 = 513,44 (lít) Lượng dịch sau khi làm lạnh nhanh chuyển sang lên men là: ( tổn thất quá trình làm lạnh 1%) 513,44 0,99 = 508,31 (lít) Lượng bia non sau khi lên men chính và phụ (tổn thất theo dịch cho cả hai quá trình này là 4,0%) 508,33 0,96 = 487,98(lít) Lượng bia non sau khi lọc (tổn thất là 1,0%) 487,98 0,99 = 483,10 (lít) Lượng bia sau khi bão hòa CO2 (tổn thất là 0,5%) 483,10 0,995 = 480,68 (lít) 4.1.3 Tính toán độ cồn của bia sau khi lên men. Lượng chất chiết sau khi nấu hoa là 66,15 kg, sau khi lắng trong và làm lạnh nhanh với tổn thất chung cho hai quá trình này là 3,0% => lượng chất chiết trong dịch lên men là 66,15 0,97 = 64,17 (kg) Giả thiết hiệu suất lên men thực tế là 60% và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza. Mà cứ 1kg đường maltoza khi lên men theo lý thuyết thì sẽ được 0,682 lít cồn, do đó độ cồn của bia sau khi lên men là: 64,17 0,682 0,6 100 488 = 5,38 % (v/v) 4.1.4 Tính lượng bia thu được sau khi chiết Tổn thất chiết chai là 4 % nên thể tích bia chai thu được là 480,68 0,96 = 461,46 (lít) 4.1.5 Tính lượng men giống và men sữa Tỷ lệ men giống trước khi cấy cho vào là 10% so với dịch đưa vào lên men, vậy lượng men giống đưa vào sẽ là: 508,31 0,1 = 50,83 (lít) Nếu sử dụng men sữa thì ta sẽ sử dụng theo tỷ lệ 1%. Vậy lượng men sữa là: 508,31 0,01 = 5,08 (lít) Cứ 100 lít bia cho 2 lít sữa men W=85% Cứ 100kg nguyên liệu (sản xuất ra 461,46 lít bia chai) sẽ cho lượng sữa men là: 461,46 × 2 100 = 9,23 (lít) Trong đó một phần (5,08 lít) được tái sử dụng làm men giống. Vậy lượng sữa men dùng làm thức ăn gia súc là: 9,23 – 5,08 = 4,15 (lít) 4.1.6 Lượng bột trợ lọc diatomit Lượng bột trợ lọc cần dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 1000 lít bia thì cần 0,73kg bột trợ lọc cho nên lượng bột trợ lọc cần dùng là: 487,98 0,73 1000 = 0,36 (kg) 4.1.7 Tính toán lượng CO2 Ta có phương trình lên men như sau: C12H22O11 + H2O → 4 C2H5OH + 4CO2 Cứ 342 g maltoza theo lý thuyết sẽ tạo thành 176 g CO2 Hiệu suất lên men trong quá trình lên men là 60%. Lượng chất chiết trong dịch lên men là 66,15kg. Vậy lượng CO2 thu được là: 66,15 0,6 176 342 = 20,43 (kg) Lượng CO2 hòa tan trong bia (2,5g CO2/lít bia non) là: 487,98 2,5 = 1219,95 (g) = 1,22 (kg). Lượng CO2 thoát ra là: 20,43 – 1,22 = 19,21 (kg) Lượng CO2 thu hồi (thường đạt 70%) là: 19,21 0,7 = 13,45 (kg) Ở 20ºC, 1atm thì cứ 1m3 CO2 cân nặng 1,832kg. Vậy thể tích CO2 thu hồi là: 13,45 1,832 = 7,34 (m3) Lượng CO2 cần bão hòa thêm để đạt hàm lượng 3,5g/l trong bia thành phẩm là: (480,68 3,5) – 1219,95 = 462,43 (g) = 0,46 (kg) Thể tích CO2 cần bão hòa thêm (ở 20ºC) 0,46 1,832 = 0,25 (m3) 4.2 Tính toán lượng nguyên liệu và sản phẩm trung gian để sản xuất 100 lít bia chai từ dịch đường 12,5 ºP 4.2.1 Tính lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn Quá trình chiết bia tổn thất 4%, lượng bia đã bão hoà CO2 là: 100 (1-0,04) = 100 0,96 = 104,17 (lít) Quá trình bão hòa CO2 tổn thất 0,5%. lượng bia trước khi bão hòa là : 104,17 (1-0,005) = 1014,17 0,995 = 104,69 (lít) Quá trình lọc bia tổn hao 1%, lượng bia trước khi lọc là: 104,69 (1-0,01) = 87,57 0,99 = 105,75 (lít) Quá trình lên men chính và phụ tổn hao 4%, lượng dịch đường đưa vào lên men là: 105,75 (1-0,04) = 88,45 0,96 = 110,15 (lít) Quá trình lạnh nhanh tổn hao 1%, lượng dịch đường đưa vào làm lạnh là: 92,14 (1-0,01) = 92,14 0,99 = 111,27 (lít) Quá trình lắng xoáy tổn hao 2%, lượng dịch đường đưa vào lắng xoáy là 111,27 (1-0,02) = 93,07 0,98 = 113,54 (lít) Khi làm lạnh thể tích dịch đường co ngót 4%, thể tích dịch đường ở 100ºC trước khi lắng xoáy là: 113,54 (1-0,04) = 94,97 0,96 = 118,27 (lít) Dịch đường 12,5% ở 20ºC có khối lượng riêng d = 1,05048 (kg/l). Khối lượng dịch đường sau quá trình đun hoa (ở 20ºC) là: 118,27 1,05048 = 124,24 (kg) Lượng chất chiết có trong dịch đường 12,5% đó là: 99,76 0,125 = 15,53 (kg) Quá trình nấu, đường hóa, lọc tổn hao chất chiết 2%, lượng chất chiết cần thiết là: 15,53 (1-0,02) = 12,47 0,98 = 15,85 (kg) 4.2.2 Tính nguyên liệu Gọi lượng malt cần dùng là M, lượng chất chiết thu được từ M kg malt là: M 0,99 0,94 0,70 = 0,651 M Lượng gạo cần dùng là M, lượng chất chiết thu được từ gạo là M 0,99 0,875 0,82 = 0,474 M Tổng lượng chất chiết là : 0,651 M + 0,474 M = 1,125 M Vậy M = = 14,09 Lượng malt cần dùng là: 14,09 kg Lượng gạo cần dùng là: M = 9,39 kg 4.2.3 Tính các phụ phẩm Lượng men sữa gieo cấy là:(1% lượng dịch lên men) 101,15 0,01 = 1,012 (lít) Lượng nấm men gieo cấy là: ( 10% so với lượng dịch lên men ) 101,15 0, 1 = 10,12 (lít) Cứ 100 lít bia thành phẩm cho 2 lít sữa men W = 85%, trong đó có một phẩn (1,012 lít) được tái sử dụng làm men giống Vậy lượng men sữa dùng làm thức ăn gia súc là 2 – 1,012 = 0,988 (lít) 4.2.4 Tính lượng CO2 Hiệu suất lên men trong quá trình lên men là 60%. Lượng chất chiết trong dịch lên men là 15,85 kg. Vậy lượng CO2 thu được là: 15,85 0,6 176 342 = 4,894(kg) Lượng CO2 hòa tan trong bia (2,5g CO2/lít bia non) là: 105,75 2,5 = 264,38 (g) = 0,264 (kg) Lượng CO2 thoát ra là: 4,894 – 0,264 = 4,63 (kg) Lượng CO2 thu hồi (thường đạt 70%) là: 4,63 0,7 = 3,24 (kg) Ở 20ºC, 1atm thì cứ 1m3 CO2 cân nặng 1,832kg. Vậy thể tích CO2 thu hồi là: 3,24 1,832 = 1,77 (m3) Lượng CO2 cần bão hòa thêm để đạt 3,5g/l bia thành phẩm là: (104,17 3,5) – 264,38 = 100,215 (g) = 0,1 (kg) Thể tích CO2 cần bão hòa thêm (ở 20ºC) 0,1 1,832 = 0,055 (m3) Bảng cân bằng sản phẩm cho bia chai Hạng mục Đơn vị Cho 100 kg nguyên liệu Cho 100 lít bia thành phẩm Cho 1 mẻ nấu Nguyên liệu chính kg 100 23,48 4696 Malt kg 60 14,09 2818 Gạo kg 40 9,39 1878 Nguyên liệu khác Bột diatomit kg 0,36 0,073 14,6 Men giống l 50,83 11 2203 Men sữa l 5,08 1,1 120,3 Sản phẩm trung gian Chất chiết tổng số kg 66,15 15,85 3170 Dịch sau nấu hoa l 523,92 113,54 22708 Dịch sau lắng xoáy l 513,44 111,27 22254 Dịch sang lên men l 508,31 110,15 22030 Bia non (sau lên men) l 487,98 105,75 21150 Bia sau lọc l 483,12 104,69 20938 Bia sau bão hòa CO2 l 480,68 104,17 20834 Bia chai thành phẩm l 461,46 100 20.000 Sản phẩm phụ Men sữa thu hồi l 9,23 2 400 CO2 thu hồi m3 7,34 1,77 354 CO2 bổ sung m3 0,25 0,055 11 4.3 Tính toán lượng bia hơi từ 100kg nguyên liệu ban đầu Tỷ lệ nguyên liệu: 60% malt 40 % gạo 4.3.1 Tính lượng chất chiết trong 100 kg nguyên liệu ban đầu Tính lượng chất chiết từ malt trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của malt: 6%. Hệ số hòa tan: 70% Tổn thất do nghiền: 1%. Lượng malt thô sau khi nghiền là (tổn thất do nghiền là 1%) 100 0,6 0,99 = 59,4 (kg) Lượng chất khô của malt là: 100 0,6 0,99 0,94 = 55,84 (kg) Lượng chất chiết từ malt có trong 100kg nguyên liệu là: 100 0,6 0,99 0,94 0,70 =39,09 (kg) Tính lượng chất chiết từ gạo trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của gạo: 12,5% Hệ số hòa tan: 82% Tổn thất do xay, nghiền: 1% Lượng gạo sau khi nghiền là 100 0,4 0,99 = 39,60 (kg) Lượng chất khô của gạo là: 100 0,4 0,99 0,875 = 34,65 (kg) Lượng chất chiết từ gạo có trong 100kg nguyên liệu là: 100 0,4 0,99 0,875 0,82 = 28,41 (kg) Tổng lượng chất khô có trong 100kg nguyên liệu là: 55,84 + 34,65 =90,49 (kg) Tổng lượng chất chiết có trong 100kg nguyên liệu là: 39,09 + 28,41 = 67,50 (kg) Tính lượng chất hòa tan còn lại trong dịch đường sau giai đoạn nấu, đường hóa và lọc: Chọn tổn thất chất hòa tan chung của quá trình nấu, đường hóa, lọc là 2% (thường là 1 – 2%). Lượng chất chiết còn lại trong dịch đường là: 67,50 0,98 = 66,15 (kg) 4.3.2 Tính lượng sản phẩm trung gian qua các giai đoạn Khi đun hoa coi lượng chất khô hoà tan vào bằng lượng chất khô mất đi do vậy lượng chất chiết sau đun hoa vẫn là 66,15 kg Lượng dịch đường 10,5ºP (sau đun hoa) là: 66,15 0,105 = 630 (kg) Lượng dịch đường 10,5ºP, ở 20ºC có khối lượng riêng d = 1,04211 (kg/l). Do vậy thể tích dịch 10,5ºP ở 20ºC là: V= M/d = 630 1,04211 = 604,54 (lít) Do thể tích ở 100ºC chênh lệch so với thể tích dịch ở 20ºC là 4% nên thể tích dịch ở 100ºC là: 604,54 1,04 = 628,72 (lít) Lượng dịch sau khi làm lắng trong ( tổn thất quá trình lắng 2%) 628,72 0,98 = 616,15 (lít) Lượng dịch sau khi làm lạnh nhanh chuyển sang lên men là: ( tổn thất quá trình làm lạnh 1%) 616,15 0,99 = 609,98 (lít) Lượng bia non sau khi lên men chính và phụ (tổn thất theo dịch cho cả hai quá trình này là 4,0%) 609,98 0,96 = 585,58 (lít) Lượng bia non sau khi lọc (tổn thất là 1,0%) 585,58 0,99 = 579,73 (lít) Lượng bia sau khi bão hòa CO2 (tổn thất 0,5%) 579,73 0,995 = 576,83 (lít) 4.1.3 Tính toán độ cồn của bia sau khi lên men. Lượng chất chiết sau khi nấu hoa là 66,15 kg, sau khi lắng trong và làm lạnh nhanh với tổn thất chung cho hai quá trình này là 3,0% => lượng chất chiết trong dịch lên men là 66,15 0,97 = 64,17 (kg) Giả thiết hiệu suất lên men thực tế là 60% và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza. Mà cứ 1kg đường maltoza khi lên men theo lý thuyết thì sẽ được 0,682 lít cồn, do đó độ cồn của bia sau khi lên men là: 64,17 0,682 0,6 100 585,58 = 4,48 % (v/v) 4.3.4 Tính lượng bia thu được sau khi chiết Tổn thất chiết bock là 0,5 % nên thể tích bia chai thu được là 576,83 0,995 = 573,95 (lít) 4.3.5 Tính lượng men giống và men sữa thu hồi Tỷ lệ men giống trước khi cấy cho vào là 10% so với dịch đưa vào lên men, vậy lượng men giống đưa vào sẽ là: 609,98 0,1 = 61 (lít) Nếu sử dụng men sữa thì ta sẽ sử dụng theo tỷ lệ 1%. Vậy lượng men sữa là: 609,98 0,01 = 6, 1 (lít) Cứ 100 lít bia cho 2 lít sữa men W=85% Cứ 100kg nguyên liệu (sản xuất ra 734,65 lít bia hơi) sẽ cho lượng sữa men là: 734,65 × 2 100 = 14,69 (lít) Trong đó một phần (6,1 lít) được tái sử dụng làm men giống. Vậy lượng sữa men dùng làm thức ăn gia súc là: 14,69 – 6,1 = 8,59 (lít) 4.3.6 Lượng bột trợ lọc diatomit Lượng bột trợ lọc cần dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 1000 lít bia thì cần 0,73kg bột trợ lọc cho nên lượng bột trợ lọc cần dùng là: 573,95 0,73 1000 = 0,419 (kg) 4.4 Tính toán lượng nguyên liệu và sản phẩm trung gian để sản xuất 100 lít bia hơi từ dịch đường 10,5 ºP 4.4.1 Tính lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn Quá trình chiết bia tổn thất 0,5%, lượng bia đã bão hoà CO2 là: 100 (1-0,005) = 100 0,995 = 100,5 (lít) Quá trình bão hòa CO2 tổn thất 0,5%. lượng bia trước khi bão hòa là : 100,5 (1-0,005) = 100,5 0,995 = 101,01 (lít) Quá trình lọc bia tổn hao 1%, lượng bia trước khi lọc là: 101,01 (1-0,01) = 101,01 0,99 = 102,03 (lít) Quá trình lên men chính và phụ tổn hao 4%, lượng dịch đường đưa vào lên men là: 102,03 (1-0,04) = 102,03 0,96 = 106,28 (lít) Quá trình lạnh nhanh tổn hao 1%, lượng dịch đường đưa vào làm lạnh là: 106,28 (1-0,01) = 106,28 0,99 = 107,36 (lít) Quá trình lắng xoáy tổn hao 2%, lượng dịch đư