thiết kế phân xưởng lên men bia dịch đường nồng độ cao 18bx, năng suất 27 triệu lítnăm

1
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay ngành công nghệ thực phẩm là một ngành khoa học đóng vai trò
quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó đáp ứng nhu cầu về dinh dưỡng của con
người ngày càng cao và góp phần giải quyết công việc cho người lao động. Ở nước
ta công nghiệp nước giải khát đang phát triển mạnh trong đó phải kể đến là sản
phẩm bia.
Bia là loại nước uống có độ cồn thấp, có mùi thơm đặc trưng và vị đắng dịu
của hoa houblon. Ngoài khả năng làm thỏa mãn nhu cầu giải khát, bia còn cung
cấp một lượng lớn năng lượng cho cơ thể con người.
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là: malt đại mạch, hoa houblon và
nước. Ngoài ra để làm tăng hiệu quả kinh tế hoặc để đáp ứng nhu cầu và thị hiếu
của người tiêu dùng, các nhà máy còn sử dụng thêm một số nguyên liệu khác để
thay thế một phần malt đại mạch như: Ðại mạch chưa nẩy mầm, gạo, ngô đã tách
phôi, malt thóc, để sản xuất bia.
Bia được sản xuất với nhiều phương pháp và với nhiều loại nguyên liệu thay
thế khác nhau nên có nhiều loại bia và mỗi loại bia được đặc trưng bởi mùi vị, màu
sắc, độ rượu khác nhau.
Nước ta có ưu điểm là thị trường giải khát lớn. Do chính sách mở cửa của nhà
nước các thương hiệu bia nước ngoài tràn ngập vào thị trường Việt Nam tạo ra sức
cạnh tranh rất lớn. Vì vậy, nước ta cần tạo ra một loại bia có chất lượng cao và giá
thành sản phẩm ổn định, đẩy mạnh xuất khẩu.
Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứa ra những chủng nấm men bia với những
qui trình công nghệ hiện đại đã tạo ra các loại bia có chất lượng cao. Bên cạnh đó,
sản xuất bia theo phương pháp lên men cổ điển với một qui trình công nghệ tối ưu,
thời gian lên men kéo dài sẽ tạo ra một sản phẩm bia hoàn hảo về mùi, vị cũng như
các chỉ tiêu chất lượng khác.
Với mục đích trên, tôi được phân công thiết kế phân xưởng lên men bia dịch
đường nồng độ cao 18Bx, năng suất 27 triệu lít/năm.

2

CHƯƠNG I: NGUYÊN LIỆU
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, nước
và sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo
2.1. Malt đại mạch:
1. Vai trò:
-Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hoá, vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng
để sản xuất bia, bia sản xuất từ malt của đai mạch có mùi vị và tính chất công nghệ
hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hoà thảo khác.
2. Thành phần hoá học:
Thành phần hoá học trung bình của malt bia tính theo phần trăm chất khô là:
tinh bột 58%, đường khử 4%, sacaroza 5%, pentozan hoà tan 1%, pentozan và
hexozan không hoà tan 9%, xenluloza 6%, chất chứa nitơ 10%, chất béo 2.5%, chất
khoáng 2.5%. Ngoài ra trong malt còn chứa một ít chất inozit, chất màu, các tanin,
chất đắng. Trong malt còn chứa các enzim thuỷ phân như: α,β-amylaza, proteinaza,
peptinaza, fitaza, xitaza, amylophotphataza…
3. Chỉ tiêu chất lượng của malt:
+ Phải sạch, có mùi thơm đặc trưng, có vị ngọt, màu vàng sáng đều. Không
được có mùi vị lạ, không mốc, không hôi khói.
+ Kích thước hạt malt phải đồng đều : Hạt trên sàng 2,8mm và 2,5mm chiếm
94%, hạt dưới sàng 2,2mm không quá 0,5%.
+ Khối lượng riêng của malt trong khoảng 520 - 600gam/lít.
+ Ðộ ẩm của malt không quá 6%.
+ Malt có thời gian đường hoá 10÷35phút, hoạt lực amylaza là 100-300 đơn vị.
2.2. Hoa houblon:
1. Vai trò:
Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia. Nó làm
cho bia có mùi thơm và vị đắng dễ chịu, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng
độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
Người ta có thể sử dụng cao hoa, hoa viên hoặc hoa nguyên cánh.
2. Thành phần hoá học

Thành phần hoá học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau nhưng các
chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các tanin và tinh dầu.
Ngoài ra trong hoa còn chứa một số chất khác như: protein, mỡ, sáp, các hợp chất
phiprotein.
+ Nhựa hoa houblon là thành phần chính và quan trọng của hoa houblon bao
gồm nhựa cứng và nhựa mềm

3
+ Các chất tanin của hoa houblon là các polyphenol, dễ hoà tan trong nước, dễ
bị ôxi hoá nên nó bảo vệ nhựa houblon
+Tinh dầu hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hydrat cacbon và
nhiều hợp chất chứa ôxi dạng tecpen. Tinh dầu houblon không hoà tan trong nước
nhưng dễ bay theo hơi nước.
3.Phương pháp bảo quản và nâng cao hiệu quả sử dụng hoa:
Để bảo quản tốt cần giữ hoa trong các điều kiện sau:
- Ngăn chăn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách bảo quản trong
thùng kín hoặc môi trường khí trơ.
-Xông SO
2
để hạn chế sự oxi hoá và phát triển của vi sinh vật.
-Bảo quản ở nhiệt độ thấp, gần 0
0
C vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kiềm chế
các quá trình hoá học, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.
-Cách ẩm tốt.
Hiệu quả sử dụng các chất đắng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khi đun sôi
hoa với dịch đường, quan trọng nhất là thời gian và cường độ đun sôi, lượng hoa sử
dụng và pH của dịch đường .
2.3. Nước:
1. Vai trò:

Hàm lượng nước trong bia thành phẩm chiếm trung bình khoảng 90%. Trong
nhà máy bia nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nấu
nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm, thanh trùng, vệ sinh sát trùng thiết bị, vệ
sinh xí nghiệp…Do đó lượng nước dùng trong nhà máy rất lớn
2. Thành phần hoá học:
Nước thực chất là một dung dịch loãng của các loại muối ở dạng ion.
-Nhóm cation chiếm nhiều nhất là: Ca
2+,
Mg
2+,
H
+
, Na
+
, K
+
, Fe
2+,
Mn
2+,
Al
3+
.
-Nhóm anion chủ yếu là: OH
-
, HCO
3
-
, Cl
-

, SO
4
2-
,

NO
3
-
, NO
2
-
, SiO
3
2-
, PO
4
3
Các muối của canxi và magie là nguyên nhân gây độ cứng của nước.
3. Những yêu cầu cơ bản của nước dùng nấu bia:
Nước dùng để nấu bia trước hết phải trong suốt, không màu, có mùi dễ chịu
hoặc không mùi và không chứa các vi sinh vật gây bệnh.
- Độ cứng trung bình của nước 5-6 miligam đương lượng/lit.
- pH= 6,8÷7,3.
- Độ oxi hoá không vượt quá 1-2 mg/lit
- Hàm lượng cặn khô không vượt quá 600mg/lit.
Các chỉ tiêu sinh học:
- Chuẩn độ coli không nhỏ hơn 300ml.

4
- Chỉ số coli không lớn hơn 3.

2.4. Nguyên liệu thay thế:
Người ta sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia nhằm mục đích giảm
giá thành sản phẩm. Đối với nhà máy sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo.
2.5. Nấm men bia:
Men bia có hai chủng :
-Saccharomyces cerevisiae: Thuộc loại lên men nổi.
-Saccharomyces carlsbergensis: Thuộc loại lên men chìm
Ở đây ta sử dụng nấm men chìm, lên men ở nhiệt độ 10
0
C và ngừng lên men ở
nhiệt độ 0
0
C.
Chủng nấm men chìm có chứa enzim melibiaza lên men được hoàn toàn
đường rafinose. Vào thời kỳ cuối của lên men chính, chủng men chìm lắng xuống
đáy thiết bị lên men vào tạo thành kết tủa đặc, đồng thời cũng kéo theo những chất
lơ lững góp phần làm trong bia.
Khi sử dụng men chìm , một phần nấm men bị yếu và nó kết tủa kém cho nên
có thể làm cho bia có mùi men. Do đó phải thường xuyên thay men. Tuy nhiên men
chìm ít bị nhiễm khuẩn.
• Yêu cầu của nấm men:
Đối với lên men dịch đường có nồng độ cao thì phải chọn chủng nấm men
chịu được áp suất thẩm thấu lớn và chịu được độ cồn cao.
• Phương pháp nuôi cấy nấm men giống :
- Nuôi cấy nấm men giống thuần khiết :
Nấm men giống thuần khiết được nuôi cấy qua 2 giai đoạn : Giai đoạn nuôi
cấy trong phòng thí nghiệm và nuôi cấy sản xuất
Nấm men thuần khiết là nấm men thu nhận từ một tế bào. Trong phòng thí
nghiệm, để đảm bảo men giống người ta nuôi cấy nó trong môi trường dịch đường
10% và bảo quản ở nhiệt độ 2 ÷ 4

0
C. Sau thời gian 1÷2 tháng phải cấy chuyền 1
lần.
Ðể đưa men giống vào sản xuất, trước hết phải nuôi cấy trong phòng thí
nghiệm cho đến 5 ÷10lít. Sau đó nhân giống trong các thiết bị chuyên dụng đặt
trong phòng bên cạnh phân xưởng lên men. Mỗi lần nhân giống , thể tích men giống
tăng từ 5 ÷ 7 lần.
Men thuần khiết thường phải tuyển chọn và bắt đầu nuôi cấy ở 25
0
C. Trong
phòng thí nghiệm nó sinh sản ở nhiệt độ 18 ÷ 20
0
C. Khi đưa vào nuôi cấy sản xuất
thì cho nó phát triển ở 12 ÷ 15
0
C và tiếp tục giảm đến 8 ÷ 10
0
C rồi đưa vào thiết bị
lên men.

5
Ðể nấm men giống sinh sản nhanh, dịch men chuyển từ giai đoạn trước sang
giai đoạn sau phải đang ở thời kỳ lên men mạnh.
Thiết bị nuôi cấy men giống gồm các thùng hình trụ bằng inox hoặc thép
không gỉ, có thể tích hữu ích khác nhau. Trước khi tiến hành nuôi cấy yêu cầu thiết
bị và môi trường phải vô trùng tuyệt đối.
- Xử lý men cái :
Men cái được thu vào các chậu chuyên dùng và chuyển đến phân xưởng lên
men để xử lý. Ðầu tiên men cái được trộn với nước vô trùng có cùng thể tích, sau
đó cho qua rây có đường kính 0,4 ÷ 0,6mm và đem ngâm trong nước lạnh. Hằng

ngày phải thay nước cho men và giữ nhiệt độ của nước trong thiết bị bảo quản gần
0
0
C. Trong nước lạnh, nấm men có thể bảo quản tốt từ 4 ÷ 6 ngày.
Ðể lên men trở lại ta tiến hành như sau: Men cái sau khi đã rửa và sát trùng thì
cho trộn với dịch lên men theo tỉ lệ 2 ÷ 6lít men/100lít dịch đường, khuấy đều rồi
để yên 1 ÷ 3 giờ. Cho lên men ở nhiệt độ không vượt quá nhiệt độ lên men chính
đầu tiên. Khi nào nấm men nẩy chồi mạnh và rượu tạo thành khoảng 0,3% coi như
ñöôïc. Men cái có thể tái sử dụng nhiều lần. Tuy nhiên số lần tái sinh còn phụ thuộc
vào hoạt lực và sự nhiễm tạp của nó.

6
CHƯƠNG II
DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
1.Sơ đồ công nghệ lên men bia:
2. Chọn và thuyết minh dây chuyền:
2.1. Lên men:

Cặn
Dịch lên men ban đầu
Lên men chính
Men giống
Lên men phụ và
tàng trữ bia non
Làm trong bia
Ổn định bia
Đi chiết rót
sữa men xử lý
Giống
CặnNước vô trùng

7
Lên men là quá trình rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, nó quyết
định đến chất lượng của sản phẩm và năng suất của nhà máy.
2.1.1. Lên men chính:
2.1.1.1. Bản chất:
Khi lên men chính dịch đường houblon hoá, một lượng lớn cơ chất, chủ yếu là
đường và dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí
cacbonic và các sản phẩm phụ. Sản phẩm của quá trình lên men chính là bia non.
2.1.1.2.Tiến hành lên men chính:
Dịch lên men sau khi làm lạnh được chuyển vào thùng lên men. Dịch men
giống được chuyển vào thùng lên men theo luồng dịch đường với tỉ lệ men giống 1
lít men giống đặc /100 lít dịch lên men nhằm tạo điều kiện cho nấm men tiếp xúc tốt
với môi trường và nhanh bước vào gian đoạn lên men đầu. Nhiệt độ lên men chính
là 10
0
C, áp suất dư trong thiết bị lên men chính là 0,2÷ 0,4at.
CO
2
sinh ra trong quá trình lên men sẽ hòa tan vào bia non một phần. Ðộ hoà
tan của CO
2
vào bia non sẽ tăng khi nhiệt độ giảm, do đó để đảm bảo lượng CO
2
hòa tan trong bia nhiều thì nhiệt độ thời kỳ cuối của quá trình lên men còn khoảng
5
0
C, hàm lượng CO
2
trong bia non phải đạt 0,2%.
Thời gian lên men chính phụ thuộc vào nồng độ dịch lên men đầu tiên và

nhiệt độ lên men. Lên men chính được xem là kết thúc khi chất chiết trong dịch lên
men giảm đi từ 0,2% ngày đêm. Đối với dịch lên men có nồng độ 18Bx thì thời gian
lên men chọn 9 ngày
2.1.2. Lên men phụ và tàng trữ bia non.
2.1.2.1. Mục đích:
Lên men phần đường còn lại để bổ sung CO
2
cho bia và hoàn thiện chất lượng
của bia.
2.1.2.2. Tiến hành lên men phụ:
Quá trình lên men phụ được tiến hành trong các thùng kín đặt trong phòng
lạnh từ 1÷2
0
C. Nhiệt độ lên men phụ khoảng 1
0
C, áp suất dư 0,3÷0.7 at. Trong quá
trình lên men phụ cần theo dõi áp suất trong thiết bị lên men, mức độ trong của bia,
nhiệt độ trong phân xưởng.
Bia non được chuyển vào từ đáy thiết bị nhằm giảm sự tạo bọt và giảm mất
mát CO
2
. Ðầu tiên có thể cho bia chảy nhanh nhưng về sau do có sự tạo bọt nên cho
bia chảy gián đoạn. Khi bia non đã đầy thùng bắt đầu thải không khí trên bề mặt bia
non. Ðể đảm bảo bia thành phẩm có chất lượng như nhau về màu sắc, mùi vị cũng
như thành phần hóa học thì bia non từ một thùng lên men chính có thể chuyển vào
nhiều thùng lên men phụ. Quá trình chuyển bia non vào thiết bị lên men phụ có thể

8
tiến hành từ từ và kéo dài 1÷2 ngày đêm. Tuy nhiên sau 2 ngày đêm thì thùng lên
men phụ cần phải chứa đầy bia non nếu không thì dễ bị nhiễm vi sinh vật và sự bão

hòa CO
2
khó do sự bốc hơi của nó. Khi bia chứa đầy thùng thì đóng van điều chỉnh
áp suất, tiến hành thải không khí trên bề mặt bia và nâng áp suất đạt theo yêu cầu.
Quá trình nâng cao áp suất kéo dài 1÷3 ngày kể từ lúc chuyển xong bia non
vào. Nếu nâng áp suất quá nhanh thì không khí trên bề mặt bia non sẽ hòa tan vào
bia và oxy trong không khí sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia thành phẩm .
Thời gian lên men phụ là 39 ngày. Sau khi lên men phụ bia được chuyển vào
thùng chứa và đem đi lọc.
2.2. Làm trong bia:
2.2.1. Mục đích:
Giúp cho bia giảm bớt các hạt nhỏ bé như tế bào nấm men, protein, các chất
houblon.
2.2.2. Tiến hành lọc:
Dùng hệ thống lọc với chất trợ lọc diatomit.
Ðầu tiên, bột diatomit được trộn cùng với nước vô trùng rồi dùng bơm đưa
dung dịch này vào máy lọc ép để tách hết nước, tạo thành một lớp lọc diatomit. Tiếp
theo, bia được trộn với nước vô trùng theo tỉ lệ đã tính và cho lọc qua lớp diatomit
này.
Bia ra khỏi máy lọc lúc đầu thường còn đục nên cho hồi lưu lọc trở lại, khi nào
bia có độ trong đạt yêu cầu mới cho vào thùng chứa. Áp suất lọc của thiết bị là 1,2-
1,3at. Nếu vượt khỏi 3at thì lớp vải lọc có thể bọ rách.
2.3. Ổn định bia sau lọc:
Bia sau khi lọc thì hàm lượng CO
2
bị giảm do đó để khôi phục lại sự bão hoà
CO
2
trong bia thì sau khi lọc, bia được giữ trong thùng chứa ở nhiệt độ 0,5-1
0

C
dưới áp suất của CO
2
là 0,5at và thời gian tối thiểu là 4 giờ. Hàm lượng CO
2
trong
bia thành phẩm phải đạt ít nhất là 0,3% khối lượng. Nếu chưa đạt được hàm lượng
CO
2
này phải bổ sung CO
2
cho bia.
CHƯƠNG III
TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM
I. Mức tiêu hao qua từng công đoạn :
Bảng 1:

9
II. Tính cân bằng sản phẩm:
2.1. Tính cân bằng vật chất cho
100 lít dịch lên men ban đầu :
2.1.1 Lượng chất khô có trong
dịch len men ban đầu:
Khối lượng riêng của dịch
đường 18% ở 20
0
C là:
ρ=1074,04 (kg/m³)
Khối lượng của dịch đường 18% ở 20
0

C là:
100
×
1074,04
3
10
−
×
=107,404 (kg)
Vậy lượng chất khô có trong dịch lên men ban dầu là:
33,19
100
18404,107
=
×
(kg)
2.1.2. Thể tích của dịch lên men:
Thể tích của dịch đường 18% ở 20
0
C là:100 lít
Khi làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men (10
0
C) 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 20
0
C là 1000,77x10
-6
(m³/kg) [2, tr 12]

và ở 10
0
C là 1000,27x10
-6
(m³/kg)
Như vậy thể tích của dịch lên men là :

95,99
1077,1000
10.27,1000100
6
6
=
×
=
−
x
(lit)
2.1.3. Lượng bia non sau khi lên men chính:

( )
95,98
100
110095,99
=
−×
(lit)
2.1.4. Lượng bia còn lại sau khi lên men phụ:

46,98

100
5,0100
95,98 =
−
×
(lit)
2.1.5. Lượng bia còn lại sau khi lọc :

48,97
100
1100
46,98 =
−
×
(lit)
2.1.6. Lượng nước vô trùng cần bổ sung:
Chọn lượng nước vô trùng bổ sung để đạt độ bia là 10%.

công
đoạn
lên
men
chính
lên
men
phụ
lọc
bia
chiết
rót và

thanh
trùng
tiêu
hao,
%
1 0,5 1 3
10
Theo mục (2.1.1), lượng chất khô có trong dịch lên men ban đầu là 19,33kg. Hao
hụt qua các công đoạn lên men chính, lên men phụ, lọc là 2,5%.
Lượng chất khô còn lại là:
85,18
100
5,2100
33,19 =
−
×
(kg)
Lượng bia sau khi pha nước là:
-Tính theo khối lượng:
5,188
10
10085,18
=
×
(kg)
-Tính theo thể tích:
Khối lượng riêng của dịch đường 10% ở 20
o
C là:
ρ

=1039,98 (kg/m
3
) [2, tr 58]
Thể tích của bia 10% ở 20
o
C là:
25,181
98,1039
105,188
3
=
×
(lít)
Tiến hành lọc ở 1
o
C nên có sự giảm thể tích bia, ta coi sự giảm này cũng là sự giảm
thể tích riêng của nước theo nhiệt độ.
Thể tích riêng của nước ở 20
o
C là: 1000,77x10
-6
(m
3
/kg) [2, tr 12]
Và ở 1
o
C là: 1000,07x10
-6
(m
3

/kg)
Do đó lượng bia sau khi pha nước vào là:
12,181
1077,1000
1007,100025,181
6
6
=
×
××
−
−
(lít)
Lượng nước cần bổ sung vào bia: 181,12 – 97,48 = 83,64 (lít)
2.1.7 Lượng bia sau khi chiết rót và thanh trùng:
69,175
100
)3100(12,181
=
−×
(lít)
2.1.8. Lượng men giống đặc cần dùng:
Cứ 100 lit dịch lên men thì cần 1lit men giống đặc có độ ẩm 85÷88%.
Vậy lượng men giống cần dùng là:

999,0
100
195,99
=
×

=1 (lít)
2.1.9. Lượng CO
2
thu được :
Chọn độ lên men thực là 58%
Vậy lượng chất khô hòa tan đã lên men là :
21,11
100
58 x 33,19
=
(kg)
Phần lớn các chất lên men được trong dịch lên men là disaccarit. Nên quá
trình lên men được biểu diễn bởi phương trình :
C
12
H
22
O
11
+ H
2
O  2C
6
H
12
O
6
342
2C
6

H
12
O
6
4 C
2
H
5
OH + 4CO
2
+ Q
176

zymaza
11
Lượng CO
2
sinh ra :
77,5
342
176 x 21,11
=
(kg)
Chọn hàm lượng CO
2
trong bia chiếm 0,4 %, do đó hàm lượng CO
2
liên kết
trong bia là :
72,0

100
0,4 x 12,181
=
(kg)
Vậy lượng CO
2
tự do thu hồi được :
5,77- 0,72 = 5,05 (kg)
2.1.10. Lượng men thu hồi :
Thường cứ 100 lít dịch lên men thì thu được 2 lít sữa men có độ ẩm 85%,
trong số đó chỉ có 1lít dùng làm men giống, số còn lại được sử dụng vào mục đích
khác
-Lượng sữa men thu hồi được:

999,1
100
295,99
=
×
= 2 (lit)
-Lượng sữa men dùng làm giống:

9995,0
100
195,99
=
×
= 1 (lit).
-Lượng sữa men dùng làm phế liệu:
2 – 1 = 1 (lit)

2.2. Kế hoạch sản xuất của nhà máy:
Nhà máy làm việc một năm 12 tháng, nghỉ các ngày lễ, chủ nhật. Một ngày
3 ca lên men
Bảng 2:
Tháng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cả
năm
số ngày làm
việc/tháng
23 24 26 25 26 26 26 26 25 26 26 26 305
số ca làm việc
của PX lên
men/tháng
69 72 75 75 78 78 78 78 75 78 78 78 915

12

Đối với phân xưởng lên men, do đặc thù của công nghệ nên làm việc liên
tục.
2.3. Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày:
Như đã tính ở phần 2.1.7: Cứ 100 lít dịch lên men ban đầu cho ra 175,69 lit
bia thành phẩm. Như vậy, với năng suất 27 triệu lít trong một năm thì lượng dịch
lên men cần dùng là:

69,15367977
69,175
1001027
6
=

××
(lít)
Lượng dịch lên men cần cho một ngày là:

81,50386
305
69,15367977
=
(lít)
2.3.1. Lượng dịch lên men:

62,50361
100
81,5038695,99
=
×
(lit)
2.3.2. Lượng bia non sau lên men chính:

75,49857
100
81,5038695,98
=
×
(lit)
2.3.3. Lượng bia sau lên men phụ:

85,49610
100
81,5038646,98

=
×
(lit)
2.3.4. Lượng bia sau lọc:

06,49117
100
81,5038648,97
=
×
(lit)
2.3.5. Lượng nước bổ sung vào bia sau khi lọc:
53,42143
100
81,5038664,83
=
×
(lít)
2.3.6. Lượng bia sau khi pha nước:
59,91260
100
81,5038612,181
=
×
(lít)
2.3.7. Lượng bia thành phẩm:

59,88524
100
81,5038669,175

=
×
(lit)
2.3.8. Lượng men giống:

87,503
100
81,503861
=
×
(lit)
2.3.9. Lượng men thu hồi:

13

74,1007
100
81,503862
=
×
(lit)
2.3.10. Lượng CO
2
thu hồi:

53,2544
100
81,5038605,5
=
×

(kg)
Bảng 3: Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất:
CHƯƠNG IV
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
4.1. Thiết bị lên men chính:
Thể tích hình học thiết bị:
V
tb
= V
tr
+ 2V
chỏm cầu
.
Thể tích phần hình trụ:
V
trụ
=
4
2
HD
π
(m
3
)

STT Tính nguyên liệu, bán thành
phẩm, thành phẩm, phế liệu
Tính cho
100lit
Tính cho 1

ngày
Tính cho 1
năm
1 Dịch lên men (lit) 99,95 50361,62 15360294,1
2 Bia sau lên men chính (lit) 98,95 49857,75 15206613,75
3 Bia sau lên men phụ (lit) 98,46 49610,85 15131309,25
4 Lượng bia sau lọc (lit) 97,48 49117,06 14980706,3
5 Lượng bia thành phẩm (lit) 175,69 88524,59 26999999,95
6 Lượng nước bổ sung (lit) 83,64 42143,53 12853776,65
7 Lượng bia sau khi pha nước (lit) 91260,59 27834479,95
8 Lượng CO
2
thu hồi (kg) 5,05 2544,53 776081,65
9 Lượng men giống (lit) 1 503,87 153680,35
10 Lượng men thu hồi (lit) 2 1007,74 307360,7
H
2
h
h
D
14
Với D: Ðường kính thùng.
H: Chiều cao thùng.
Thể tích phần chỏm cầu.
V
cc
=









+××
4
3
6
2
2
D
hh
π
=
( )
24
34
22
Dhh +××
π
Thể tích thiết bị lên men gồm thể tích dịch cần lên men và thể tích men giống.
Chọn thiết bị lên men chứa dịch lên men trong 1 ngày có 4 thùng lên men
Theo bảng 3:
+Lượng dịch lên men trong 1 ngày: 50361,62 lit ≈ 50,36 m
3
+Lượng men giống dùng cho 1 ngày: 503,87 lit ≈ 0,504 m
3
Tổng lượng dịch lên men trong một ngày: 50,361 + 0,504 = 50,86 (m
3

)
-Thể tích của 1 thiết bị:
V
tb
=
51,15
82,04
86,50
=
×
(m
3
)
Chọn: H = 1,6 D ; h = 0,1D
-Thể tích hình trụ:
V
trụ
=
4
2
HD
π
=
4
6,1
2
DD ×××
π
=
3

4,0 D××
π
-Thể tích chỏm cầu:
V
cc
=








+××
4
3
6
2
2
D
hh
π
=
1500
19
3
D××
π
-Thể tích thiết bị:

333
375
5,159
1500
19
24,0 DDDV
Tb
××=×××+××=
πππ
(*)
-Chọn hệ số chứa đầy:ϕ = 0,82
Từ (*) ta có: D =
26,2
5,15914,3
37551,15
5,159
375
3
3
=
×
×
=
×
×
π
tb
V
(m)
Suy ra H = 1,6D =1,6x2,26=3,62 (m)

h =
23,0
10
26,2
10
==
D
(m)
-Chiều cao toàn bộ thiết bị: H + 2h = 2,26+2
23,0×
= 2,72 (m)

15
-Số lượng thiết bị lên men:
Theo phần thuyết minh.: Thời gian lên men chính là 10 ngày, do đó số thiết bị
lên men là:9x4= 36 (thiết bị)
Chọn 4 thiết bị dự trữ, vậy có 40 thiết bị
4.2.Thiết bị lên men phụ:
Giống thiết bị lên men chính nhưng đặt nằm ngang .
L : Chiều dài thân thiết bị
D : Ðường kính thiết bị
l: chiều dài chỏm cầu
Chọn thiết bị lên men phụ có thể tích đủ chứa lượng bia non từ 1 thiết bị lên
men chính, tức là có 4 thùng lên men phụ trong 1 ngày.
Theo bảng 3, thể tích bia non đi lên men phụ trong một ngày là:
V
d
= 49610,85 lit ≈ 49,61 m
3
Chọn hệ số chứa đầy: ϕ = 0,96

Vậy thể tích thiết bị lên men phụ:
92,12
496,0
61,49
=
×
=
tb
V
(m
3
)
Chọn L/D = 1,6 m; D/10
Từ (*) ta có: D =
13,2
5,15914,3
37592,12
5,159
375
3
3
=
×
×
=
×
×
π
tb
V

(m)
Suy ra: L =
41,313,26,16,1 =×=× D
l = D/10= 2,13/10= 0,21 (m)
-Chiều dài toàn bộ thiết bị: L
’
= L+2l = 3,41+2x0,21= 3,83 (m)
Thời gian lên men phụ là 39 ngày nên số thiết bị lên men phụ là: 39x4=156
(tb)
Chọn 4 thiết bị dự trữ. Vậy có 160 thiết bị.
4.3.Thiết bị nuôi cấy nấm men:

D
h
1
H
h
2
d
Là thiết bị dạng hình trụ có nắp chỏm cầu, đáy hình côn,
được làm bằng thép không gỉ.
Chọn: H = 3/2D, h
1
= D/6, d =D/3
h
2
=
0
60
2

tg
dD
×
−
=
×
3
D
tg60
0
Thể tích nắp:
V
N
=
324
7
4
3
6
32
2
11
DD
hh
ππ
=









+××
Thể tích phần hình trụ:
V
T
=
3
2
8
3
4
D
HD
π
π
=
(m)
Thể tích đáy:
V
D
=









×
×
++×
22443
1
22
2
DddD
h
π
=
03
60
324
13
tgD×
π
(m)
D
L ll
16
Theo bảng 3, lượng men giống đặc dùng trong 1 ngày là :503,87 lit
Nuôi cấy nấm men trải qua 2 giai đoạn:
-
Nuôi cấy trong phòng thí nghiệm đến 10 lít
-
Nuôi cấy trong sản xuất.
Quá trình nuôi cấy trong sản xuất được chia thành 3 cấp:

-
Cấp 1 : từ 10 lít đến 50 lít.
-
Cấp 2 : từ 50 lít đến 250 lít.
-
Cấp 3: từ 250lít đến 600 lít.
4.3.1. Nuôi cấy cấp 1 :
Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 50 lít
Chọn hệ số chứa đầy của thùng là ϕ = 0,5.
Thể tích thiết bị là:
V =
100
5,0
50
=
lit = 0,1 m
3
Ta có: V = V
N
+ V
T
+ V
D
V =
324
532,166
3
D
π

Suy ra : D=
3
532,166
324
π
×
×V
(**)
⇒ D =
3
14,3532,166
1,0324
×
×
=0,4 (m)

17
h
1
=
07,0
6
=
D
(m)
h
2
= 0,23 (m)
H = 0,6 (m)
d =D/3=0,13 (m)

Chiều cao toàn bộ thiết bị:
H
tb
= h
1
+ H + h
2
= 0,07 + 0,6 + 0,23 = 0,9 (m).
Số lượng: 2 thùng.
4.3.2. Nuôi cấy cấp 2 :
Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 250lít.
Chọn hệ số chứa đầy của thùng là ϕ = 0,5.
Thể tích thiết bị là :
V =
500
5,0
250
=
lit = 0,5 m
3
Từ (**) ⇒ D =
68,0
14,3532,166
5,0324
3
=
×
×
(m)
⇒ h

1
= 0,11 (m)
H = 1,02 (m)
h
2
= 0,39 (m)
d =D/3=0,23 (m)
Chiều cao toàn bộ thiết bị là :
H
tb
= h
1
+ H + h
2
= 0,11 + 1,02 + 0,39 = 1,52 (m)
Số lượng: 2 thùng.
4.3.3. Nuôi cấy cấp 3 :
Chọn thiết bị nuôi cấy có thể chứa được 600lít.
Chọn hệ số chứa đầy của thùng là ϕ = 0,5.
Thể tích thiết bị là :
V =
1200
5,0
600
=
lit = 1,2 m
3
Từ (**) ⇒ D =
91,0
14,3532,166

2,1324
3
=
×
×
(m)
⇒ h
1
= 0,15 (m)
H = 1,37 (m)
h
2
= 0,52 (m)
d =D/3=0,3 (m)
Chiều cao toàn bộ thiết bị là :

18
H
tb
= h
1
+ H + h
2
= 0,15 + 1,37 + 0,52 = 2,04 (m)
Số lượng: 2 thùng
4.4. Thiết bị lọc bia:
Theo bảng 3, ta có lượng bia cần lọc trong một ngày là: 49,12 m
3
Chọn thời gian lọc là 8 tiếng
Năng suất thiết bị lọc là: 49,12/8 = 6,14 (m

3
/h)
Chọn thiết bị lọc khung bản nhãn hiệu:
000056423
9
−−−
− CBB
φ
Với các thông số kĩ thuật sau :
- Năng suất : 9m
3
/h [7, tr 109]
- Diện tích bề mặt lọc : 19,5 m
2
- Số lượng bản lọc : 60 cái
- Kích thước bản : 565 x 575 mm
- Áp suất làm việc : 2,5 kg/cm
2
- Công suất động cơ điện

: 4,5 kW
- Kích thước thiết bị : 2650 x 1240 x 1550 mm
- Khối lượng : 1385 kg
- Số lượng : 1 thiết bị
4.5. Thùng phối trộn chất trợ lọc:
Chi phí bột diatomit để tạo lớp lọc đầu tiên khoảng 500 gam/m
2
và trong khi
lọc bổ sung thêm 50 gam/m
2

để làm xốp lớp lọc.
Thùng phối trộn hình trụ, có thể chứa được 200 lít. Hệ số chứa đầy ϕ = 0,85.
Theo thông số kĩ thuật của thiết bị lọc bia, diện tích bề mạt lọc là19,5m
2
. Như
vậy, lượng diatomit dùng trong 1 ngày là:
500 x 19,5 +50 x 19,5 = 10725 (g) =10,73 (kg)
-Thể tích thiết bị là
V =
240
85,0
200
=
lít = 0,24 m
3
.
-Chọn đường kính D = 0,6 m .
-Chiều cao thùng
H =
22
6,014,3
24,04
.
.4
×
×
=
D
V
tru

π
= 0,85 m.
-Số lượng: 1 thùng
4.6. Bơm bia đi lọc:
Năng suất máy lọc là 9 m
3
/h nên chọn bơm li tâm nhãn hiệu:
BЦH-10

19
Với các thông số kỹ thuật sau :
- Năng suất : 10 m
3
/h [7, tr 372]
- Áp suất làm việc : 0,2 MPa
- Tốc độ quay : 2860 v/phút
- Công suất động cơ : 2,2 kW
- Chiều cao bơm lên : 7 m
- Ðường kính ống hút / đẩy : 48/32 mm
- Kích thước : ( 1307 x 380 x 740 )mm
- Khối lượng : 103 kg
- Số lượng : 1 bơm
4.7. Bơm nước vệ sinh trong phân xưởng lên men:
Trong phân xưởng lên men dùng nước để vệ sinh các thiết bị lên men, lọc và
sàn nhà phân xưởng lên men…
Chọn bơm li tâm nhãn hiệu BЦH-10 giống mục 4.6
Số lượng: 2 thiết bị.
4.8. Thùng chứa ổn định bia sau khi lọc:
Thùng ổn định bia giống thiết bị lên men chính nhưng không có áo lạnh
Theo bảng 3, lượng bia sau khi pha nước xong của 1 ngày : 91,26 m

3
.
Chọn 4 thùng ổn định trong 1 ngày
Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là: ϕ = 0,85.
Thể tích thiết bị:
V
TB
=
84,26
485,0
26,91
=
×
m
3
.
Chọn đường kính thiết bị: D = 3m
Ðường kính ống tháo dịch: d = 0,015m
Chiều cao phần nắp và đáy bằng nhau: h = 0,6m.
Thể tích phần nắp và đáy thiết bị:
V
nắp
= V
đáy
=
23,26,0
4
33
6,014,3
6

1
2
2
=








+
×
×××
(m)
Thể tích phần thân trụ:
V
Trụ
= V
TB
– 2 x V
nắp
= 26,84 – 2 x 2,23 = 22,38 m
3
Chiều cao phần thân trụ:
H =
22
314,3
38,224

4
×
×
=
×
×
D
V
tru
π
= 3,17 m.
Chiều cao toàn bộ thiết bị :
H
tb
= H + 2h = 3,17 + 2 x 0,6 = 4,37 m

20
Thời gian tàng trữ là 2 ngày. Vậy số thiết bị tàng trữ là: 2 x 4 = 8 thiết bị
4.9. Thùng chứa nước vô trùng:
Thùng dùng để chứa nước vô trùng bổ sung vào bia sau khi lọc trong. Thùng
có cấu tạo hình trụ, đáy và nắp hình chỏm cầu.
Thể tích thiết bị: V
tb
= V
tr
+ 2V
chỏm cầu
V
tb
=

4
2
HD
π
+ 2








+××
4
3
6
2
2
D
hh
π

Chọn h = D/6; H = 1,5D suy ra:
V
tb
=
324
250
3

D××
π
Theo bảng 3, lượng nước pha vào bia trong 1 ngày: 42,14 (m
3
)
Chọn hệ số chứa đầy là ϕ = 0,85; suy ra:
V
tb
=
53,16
385,0
14,42
=
×
(m
3
)
-Đường kính thùng: D =
9,1
250
324
3
=
×
×
π
(m)
-Chiều cao thùng : H =1,5D= 2,85 (m)
-Chiều cao chỏm cầu : h = D/6 = 0,32 (m)
Chiều cao toàn bộ thiết bị : H

’
= H +2h = 2,85+2x0,32=3,49 (m)
KẾT LUẬN
Qua sách vở, tài liệu tham khảo cùng với sự giúp đỡ tận tình của giáo viên
hướng dẫn, đến nay tôi đã hoàn thành nhiệm vụ được giao, với đề tài: “Thiết kế
phân xưởng lên men bia dịch đường nồng độ cao 18Bx, năng suất 27 triệu
lít/năm”.
Tập đồ án đã giúp tôi hiểu được những điều cần thiết để thiết kế một phân
xưởng lên men đồng thời qui trình công nghệ phải phù hợp với thực tế sản xuất.
Nhìn chung đồ án mang tính chất thuyết minh là chính. Song với tôi đay là dịp để
ôn lại kiến thức đã học trong thời gian qua. Từ đó vận dụng kết hợp giữa lý thuyết
và thực tế để hình thành một cách tổng quát về thiết kế một phân xưởng lên men.

H
2
h
h
D
21
Mặc dù bản than đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ được giao. Nhưng do khả
năng có hạn vì vậy đồ án này chắc chắc không tránh khỏi những sai sót và chưa sát
thực tế. Tôi rất mong sự góp ý kiến của thầy cô và các bạn.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Gs, Ts Nguyễn Bin và tập thể tác giả (1999), Sổ tay quá trình và thiết bị công
nghệ hoá chất tập II, Nxb KH&KT.
2. Đỗ Văn Đài và tập thể tác giả (1992), Sổ tay quá trình và thiết bị công
nghệ hoá chất tập I, Nxb KH&KT.
3. PGS, TS Hoàng Đình Hoà (2000), Công nghệ sản xuất malt và bia, Nxb

KH&KT.
4. Th.S Phan Bích Ngọc (1991), Công nghệ lên men, Nxb Đà Nẵng.
5. Hồ Xưởng (1992), Công nghệ sản xuất bia, Nxb KH&KT.
6. Th.S Trần Thế Truyền (1999), Cơ sở thiết kế nhà máy hoá, Nxb Đà Nẵng.

22
7. Ц.Ρ.ЗąЙЧИΚ(1997), ΟЂΟΥДΟΒАΗИЕ ПΡΕДПΡИЯТИЙ
ΒИΗΟДΕЛЂЧΕСΚΟЙ ΠΡΟΜЫΙΙΙЛΕΗΗΟСΤИ
̦
̦
Μоскьа.



MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: NGUYÊN LIỆU 2
CHƯƠNG II 6
DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 6
CHƯƠNG III 8
TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 8
CHƯƠNG IV 13
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 13
KẾT LUẬN 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

23
TÍNH ĐIỆN - HƠI - NƯỚC 25
CHƯƠNG IX 44
TÍNH KINH TẾ 44

Từ các số liệu trên ta lập được bảng sau:
Bảng 6: Bảng tổng kết các công trình.
STT Tên công trình Kích thước (m) Diện tích (m
2
)

24
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

19
Phân xưởng nấu
Phân xưởng lên men
Phân xưởng chiết rót
Kho chứa nguyên liệu
Kho thành phẩm
Kho chứa két và lon
Phân xưởng lò hơi
Nhà hành chính
Khu xử lý nước
Đài nước
Trạm biến áp
Nhà đặt máy phát điện
Nhà ăn - Căn tin
Nhà tắm, nhà vệ sinh
Gara ô tô
Nhà để xe đạp, xe máy
Phòng thường trực, bảo vệ
Kho nhiên liệu
Khu xử lý nước thải
Tổng cộng
12 x 12 x 12,25
54 x 27 x 13,5
24 x 18 x 5,7
18 x 15 x 5,4
24 x 18 x 5,4
24 x 18 x 5,4
12 x 12 x 5,4
30 x 6 x 8,4
12 x 6 x 5,4

D = 3, L = 6
4 x 4 x 4
6 x 6 x 5,4
12 x 12 x 5,4
(9 x 9 x 3,6)
15 x 6 x 3,6
15 x 4 x 3,6
4 x 3 x 3,6
12 x 6 x 5,4
20 x 5 x 5,4
144
1458
432
270
432
432
144
180
72
42,4
16
36
144
81
90
60
12
72
100
4217,4

II. Tính khu đất xây dựng nhà máy:
2.1 Diện tích khu đất:
XD
XD
K
F
F =
, m
2
[10, tr 49]
Trong đó :
F : Diện tích khu đất nhà máy.
F
XD
: Tổng diện tích xây dựng các công trình.
K
XD
: Hệ số xây dựng. Đối với nhà máy thực phẩm thường K
XD
=35÷40%
Chọn K
XD
= 35 %
F =
35,0
4,4217
= 12049,71 m
2

25

2.2 Tính hệ số sử dụng:
F
F
K
sd
sd
=
[10, tr 50]
Trong đó:
K
sd
: Hệ số sử dụng, nó đánh giá chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật tổng mặt
bằng nhà máy.
F
sd
: Diện tích sử dụng khu đất.
F
sd
= F
CX
+ F
gt
+ F
xd
, m
2
Với: F
CX
: Diện tích trồng cây xanh (bằng 25% tổng diện tích các công trình)
F

CX
= 0,25 x 4217,4 = 1054,35 (m
2
)
F
gt
: Diện tích đường giao thông (bằng 50% tổng diện tích các công trình)
F
gt
= 0,5 x 4217,4 = 2108,7 (m
2
)
Vậy: F
sd
= 1054,35 + 2108,7 + 4217,4 = 7380,45 (m
2
)
K
sd
=
6125,0
12049,71
45,7380
=
CHƯƠNG VIII
TÍNH ĐIỆN - HƠI - NƯỚC
I.Tính điện:
Ðiện dùng trong nhà máy được sử dụng vào hai mục đích: Ðiện chiếu sáng và
điện động lực.
1.1. Tính phụ tải chiếu sáng:

Ðể chiếu sáng nhà máy sử dụng 3 loại đèn:
- Ðèn huỳnh quang bóng bầu dục, ánh sáng trắng, công suất 100W để chiếu
sáng các khu vực nhà máy.
- Ðèn tuýp huỳnh quang, ánh sáng trắng, công suất 40W.
- Đèn tròn dây tóc, ánh sáng vàng, công suất 100÷300 W.