(TIỂU LUẬN) tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.19 MB, 69 trang )
Mục lục
MỤC LỤC
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN BIA VÀ
CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT
1.1. Giới thiệu thành phần
Nguyên liệu để dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H 2O, men, hoa hupblon.
Trong đó hai ngun liệu chính dùng để sản xuất bia là malt và hoa hupblon. Ngồi ra có
thể thay thế malt bằng ngun liệu phụ như một mì, gạo ngơ để giảm chi phí sản xuất.
Cho đến nay bia trên thế giới được sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển :
BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC
Việc sản xuất dựa trên nền tảng công nghệ tiên tiến và tuân theo nghiêm ngặt
các quy trình cơng nghệ cũng như các tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới.
1.1.1. Gạo
Chỉ là nguyên liệu phụ chiếm 30% thành phần nguyên liệu sản xuất bia. Đây là
nguyên liệu được sử dụng để thay thế nhằm giảm chi phí sản xuất, cải thiện thành
phần dịch chiết, cải thiện mùi vị bia, và để bảo quản được lâu dài trong quá trình sản
xuất người ta thay thế 1 phần malt bằng 1 số loại đại mạch chưa được nảy mầm hoặc
các loại ngũ cốc khác thay thế nguyên liệu nảy mầm. Nhờ thế mà ta thu được bia
thành phẩm với giá rẻ hơn, chất lượng bia thành phẩm giảm không đáng kể.
Do nước ta là 1 nước nông nghiệp nên gạo là nông sản phổ biến và giá thành
rẻ, thành phần hóa học tương ứng với thành phần hóa học của malt, nên
người ta thường chọn gạo làm thành phần thay thế 1 lượng malt.
Yêu cầu về chất lượng gạo :
Đồng nhất về kích thước, màu sắc, khơng có hạt mốc, mối mọt,
khơng có mùi hơi, khơng cát sạn.
-
Độ ẩm : 12% đến 14%
-
Độ hòa tan : 80% đến 85%
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Hình 1.1. Gạo
1.1.2. Malt
Là loại hạt ngũ cốc hay thường gọi là lúa mạch. Chiếm 70% thành phần
nguyên liệu sản xuất bia và thường được nhập khẩu từ nước ngồi có dạng hạt
sau khi nghiền. Malt còn được dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thường
khơng đủ độ màu vì thế người ta thêm malt “đen” để tăng độ màu cho Bia.
Yêu cầu chất lượng malt :
-
Độ ẩm 5-6%
-
Độ hòa tan/ chất khô xay nhuyễn >80%
-
Chênh lệch : xay nhuyễn/ xay khô 1.2-1.5%
-
Protein tổng 9.5-10%
-
Cỡ hạt > 2.5mm là lớn hơn 85%
-
Cỡ hạt < 2.5mm là bé hơn 1%
-
Độ trong 2.5 EBC
-
Thời gian đường hóa hồn tồn ở 70 C là 15 phút
Tốc độ lọc bình thường
-
pH từ 5-6
-
Độ màu 3-4 EBC
o
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Hình 1.2. Malt
1.1.3. Nấm men
Nấm men dung trong sản xuất bia có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong
môi trường nước mạch nhà như loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ như axit amin,
peptit, vitamin, và các nguyên tố vi lượng qua màng tế bào. Sau đó hang loạt các phản
ứng sinh hóa mà đặc trưng là q trình trao đổi chất để chuyến hóa các chất này thành
những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành.
Căn cứ vào đặc điểm trên và kết hợp với điều kiện khách quan, nhà máy chọn
sử dụng nấm men chìm Saccharomyces để sử dụng lên men bia cho nhà máy
Yêu cầu chất lượng nấm men :
Thuần khiết và 1 đời men giống có thể dùng được trong 6-10 chù kì lên
men.
-
Tỉ lệ tế bào này chồi 15-20%
-
Tỉ lệ men chết dưới 5%
-
Tế bào to khỏe, hình dáng đặc trưng
Men giống khơng nhiễm vi sinh vật
Men khơ được hoạt hóa trong thiết bị có hoạt hóa chứa dịch nha ở
o
14 C
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Hình 1.3. Men bia
1.1.4. Hoa Hupblon
Là thành phần làm nên hương vị cay, đắng cho bia. Được nhập khẩu từ
o
nước ngoài và bảo quản ở nhiệt độ dưới 10 C để giảm sự mất axit. Có 2 loại
hoa Hupblon là Aroma và Bittermiss.
Hình 1.4. Hoa hupblon
Yêu cầu chất lượng hoa Hupblon :
Bảng 1.1. Chất lượng hoa Hupblon
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Hiện nay nhà máy sử dụng 2 loại hoa chính là hoa viên và hoa cao có những chỉ tiêu sau :
Hoa viên :
-
Màu xanh lá mạ hơi vàng
-
Thơm đặc trưng, không hắc, dễ nhận mùi
-
Đắng dịu
-
Viên đơn, không vỡ vụn
-
90 hàm lượng axit đắng 5%, loại viên 45 hàm lượng axit đắng 8%
Có khả năng kết lắng nhanh khi đun sơi với nước nha, làm trong
nước nha, hương thơm rõ rệt có vị đắng dịu
Hoa cao :
-
Dạng keo vàng hổ phách
-
Mùi thơm đặc biệt, dễ nhận mùi, dễ bay hơi
-
Đắng rõ rệt
Hàm lượng axit đắng 30%
Tan hết và tạo kết lắng nhanh khi đun sôi với nước, hương thơm rõ rệt có vị
đắng dịu
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
1.1.5. Nước
Là 1 trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia. Trong thành phần bia nước
chiếm từ 87% đến 90%. Nước được dùng trong tất cả các công đoạn sản xuất bia. Vì vậy
mà thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm cuối cùng là
bia. Vì vậy nước sản xuất bia đều phải xử lý dù là nước ở giếng khoang hay hệ thống
nước sinh hoạt. Tùy theo công đoạn khác nhau mà yêu cầu về chất lượng nước cũng
khác nhau. Sự tồn tại của các muối Ca
2+
và Mg
2+
sẽ quyết định đến độ cứng của nước.
u cầu chất lượng nước :
-
Trong suốt
-
Khơng có mùi vị lạ
-
Độ cứng từ mềm đến trung bình : 4-5 D
Hàm lượng muối cacbonat : <50mg/l
-
Hàm lượng muối clorua : 75-100mg/l
-
Hàm lượng muối magie : < 100mg/l
o
Nước trong nồi phải là nước mềm , có độ cứng tồn phần bằng 0 để
chống đóng cặn và giảm hệ số trao đổi nhiệt.
-
Để xử lý nước có thể sử dụng hệ thống trao đổi ion, lắng lọc tùy thuộc vào
mức độ chất lượng nước cho từng cơng đoạn mà ta có phương pháp xử lý thích
hợp.
Hình 1.5. Nước
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
1.2. Quy trình cơng nghệ
Hình 1.6. Quy trình chế biến bia
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
1.2.1. Công đoạn nghiền
Đây là cơng đoạn đầu tiên trong quy trình nấu bia, nó thực hiện việc nghiền
gạo và malt để tạo điều kiện cho các enzim hoạt động tốt nhất. Giúp giảm kích thước
hạt nguyên liệu, tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước
Mục đích
-
Giúp giảm kích thước hạt nguyên liệu , tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm
cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần chất nội nhũ nhanh hơn thúc đẩy
q trình đường hóa và các q trình thủy phân xẩy ra thuận lợi và triệt để hơn.
-
Có 3 phương pháp nghiền: nghiền ở trạng thái khơ, nghiền có phun ẩm và nghiền
cùng với nước. Ở nhà máy bia sử dụng phương pháp nghiền khô cho các loại malt.
Nghiền malt khơ
-
Vỏ của các loại hạt có cấu tạo chủ yếu từ xenluloza, các hợp chất polyphrnol và
các chất khoáng. Ngồi ra có chứa thêm một ít pentozan, các chất màu và chất đắng.
-
Nội nhũ malt chứa chủ yếu tinh bột ,dextrin và các chất khác. Các thành phần
này của nội nhũ là thành phần chính cung cấp chất hịa tan cho dịch đường. Trong
q trình đường hóa chúng phải chịu tác động của enzyme để chuyển hóa thành
các hợp chất thấp phân tử, dễ hòa tan bởi vậy sẽ rất hợp lí nếu những phân tử này
của nội nhũ được nghiền thật mịn. Nghiền mịn phần nội nhũ lại có phần bất lợi là
phần cháo trong dịch lọc sẽ nén chặt lại cản trở việc lọc dịch và đến lúc rửa bã
malt sẽ không thể nào chiết rút hết các thành phần dinh dưỡng ở trong đó.
-
Trong q trình nghiền Malt , vỏ malt càng được giữ nguyên ven càng tốt, để
tránh không cho các chất chat, chất đắng hịa tan vào dịch đường gây khó chịu cho
bia đồng thời cho quá trình lọc được hiệu quả hơn do vỏ trấu tạo độ xốp nhất định cho
màng lọc. Nếu nghiền malt quá nát sẽ gây lắc màng lọc khiến khả năng lọc kém đi.
Thiết bị nghiền Malt: được sử dụng là một máy
nghiền trục. Yêu cầu của malt sau khi nghiền:
-
Vỏ malt càng nguyên vẹn càng tốt.
-
Phần nội nhũ phải đạt yêu cầu sau:
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
-
Hạt mảnh lớn 20%
-
Hạt mảnh nhỏ 20%
-
Hạt tạo thành bột 60%
-
Tỉ lệ vỏ - tấm – bột:
-
Vỏ 15-18%
-
Tấm 42- 50%
-
Bột 25
-35%.
Nghiền gạo
Gạo sau khi nhập về nhà máy sẽ được lưu trữ ở kho sau đó được lấy ra sử dụng.
Gạo được nghiền búa, mục đích của q trình nghiền gạo cũng giống như nghiền malt là
phá vỡ cấu trúc cơ học của hạt gạo và giúp cho quá trình thủy phân được tốt.
Yêu cầu trong công đoạn nghiền
-
Khi nghiền phải cho nguyên liệu vào từ từ, không được cho quá nhiều làm
tràn khỏi máng gây tổn thất nguyên liệu, không cho vào q ít gây hao tốn năng
lượng.
-
Vệ sinh cơng nghiệp an tồn lao động trong q trình nghiền.
-
Vệ sinh thiết bị trước và sau khi nghiền, vệ sinh sàn nhà, kiểm tra máy
móc trước khi vận hành. Bao chưa nguyên liệu phải là bao mới và nếu là bao
cũ phải giữa sạch sẽ. Đối với công nhân phải đeo khẩu trang và đội mũ trong
quá trình vận hành. Giữ cho nền nhà sạch sẽ và khơ thống khi nghiền ngun
liệu.
1.2.2. Cơng đoạn nấu
Mục đích
-
Trích ly các chất chiết từ malt và gạo và nước
-
Góp phần tạo màu cho bia.
Thủy phân một số chất có phân tử lớn thành các chất phân tử lượng
nhỏ để cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men phát triển. Qúa trình
thủy phân này chủ yếu nhờ hệ enzyme có sẵn trong malt, ngồi ra có thể
bổ xung thêm một lượng nhỏ chế phẩm enzyme.
Cách tiến hành
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
-
Gạo được bơm vào nồi nấu gạo, hỗn hợp gạo nước chiếm thể tích 2/3
nồi nấu. Hỗn hợp này được tăng nhiệt độ lên khoảng 70-72 độ C và giữ
trong thời gian 20 phút để thực hiện q trình đường hóa, lúc này chủ yếu
cho loại đường maltose và dextrin. Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 83-85 độ C và
giữ trong thời gian 15 phút để thực hiện q trình hồ hóa bột gạo .Sau đó
dịch gạo được hạ xuống 72 độ C rồi bổ xung malt lót vào, giữ trong khoảng
15-20 phút để dịch hóa hồn tồn tinh bột gạo. Sau đó tăng nhiệt độ lên 100
độ C trong 20 phút , rồi cho nước lạnh vào và hạ nhiệt độ xuống 80 độ C.
Trong thời gian nấu gạo , tạo dịch malt có nhiệt độ khoảng 52 độ C,
giữ ở nhiệt độ này khoảng 20 phút, sau đó cho dịch gạo vào nồi dịch
malt ở 52 độ C tạo ra hỗn hợp nhiệt độ 64 độ C , giữ nhiệt độ này trong
khoảng 40 phút sau đó tăng nhiệt độ lên 72 độ C, giữ trong 30 phút .
Cuối cùng tăng nhiệt độ lên 76 độ C ,giữ trong 5 phút rồi bơm sang nồi
lọc.
-
Qúa trình chuyển các thành phần chính của malt hoặc nguyên liệu thay thế
thành các chất hịa tan vào trong nước được gọi là q trình thủy phân. Trong đó
quan trọng nhất là các loại đường và acid amin. Người ta gọi q trình đường hóa
thì vẫn chưa đủ, vì khâu này khơng chỉ tinh bột biến thành đường mà con protein
trong nước nha và tỉ lệ đó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bia sau này.
-
Qúa trình thủy phân thủy phân protein và đường hóa phụ thuộc vào nhiều
nhân tố, đặc biệt là nhiệt độ, pH và độ loãng hỗn hợp thủy phân. Người ta dựa vào
các nhân tố này để điều chỉnh quá trình thủy phân theo hướng nấu tốt nhất.
1.2.3. Công đoạn lọc
Mục đích
Tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để chuẩn bị cho quá trình tiếp theo,
phần rắn phải loại bỏ ra ngồi.
-
Rửa bã để tận thu chất chiết cịn xót
lại trong bã. Cách tiến hành
-
Thiết bị lọc là nồi lọc, đáy bằng với màng lọc là lớp bã.
-
Trước khi tiến hành lọc, thiết bị lọc được rửa thật kĩ bằng nước.
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
-
Sau đó, bơm cháo sang thiết bị lọc bằng bơm li tâm. Trong thời gian bơm cháo,
hệ thống dao cào được hạ thấp và cho quay để dàn đều bã trên mặt đáy sau khi bơm
hết qua nồi lọc thì hệ thống này được nâng lên và để yên khối cháo trong 30 phút để
bã kết lắng tạo thành lớp lọc. Kết lắng đầu tiên là các phần tử nặng nhất, kết lắng cuối
cùng là những phần tử nhẹ nhất, có kích thước nhỏ nhất và lớp này gọi là bùn trên.
-
Dịch đường xả ra lúc đầu còn rất đục, ta phải bơm hồi lưu trở lại nồi
lọc. Qúa trình bơm hồi lưu kéo dài 15 phút, sau đó thì dịch đường bắt đầu
trong.
-
Sau khi lọc xong bã malt được rửa bằng nước nóng 75- 78 độ C. Ở nhiệt độ này
thích hợp cho việc tiếp tục đường hóa lượng tinh bột đã được hồ hóa ở giai đoạn đun
sơi.
-
Nếu nhiệt độ của nước rửa thấp hơn thì tốc độ chảy của dịch rửa bã
chậm, kéo dài thời gian lọc và hiệu quả trích ly chất chiết thấp. Nếu nhiệt độ
của nước rửa cao thì sẽ hồ hóa tinh bột cịn xót lại trong bã,làm tăng độ nhớt
của dịch rửa bã, kéo dài thời gian rửa bã và đây cũng là nguyên nhân làm đục
dịch đường.
-
Dịch đường trong được bơm ngay sang thiết bị đun hoa hupblon.
1.2.4. Công đoạn nấu hoa hupblon
Mục đích
Trích lấy chất đắng, tinh dầu thơm, các hợp chất chứa nitơ và các
thành phần khác của hoa hupblon và dịch ngọt để biến đổi nó thành dịch
đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa.
Vô hoạt enzyme, kết tủa protein kém bền nhiệt, làm tang độ bền keo
và ổn định thành phần của dịch đường.
Thanh trùng dịch đường, góp phần tiêu diệt vi sinh vật cho dịch
đường trước khi lên men.
-
Hình thành 1 số hợp chất có lợi có bia
thành phẩm. Cách tiến hành
Dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn với nhau trong
thiết bị đun hoa, sau đó bổ sung thêm caramen để tạo màu, CaCl 2 để tạo
vị.
-
Một u cầu ln phải đảm bảo đó là khơng để nhiệt độ của dịch đường hạ
o
xuống dưới 70 C. Để đảm bảo yêu cầu này ngay từ dịch đường đầu tiên chảy vào
nồi đun
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
hoa là phải cấp hơi vào để nâng nhiệt độ chúng lên. Lúc đầu lượng dịch
cịn ít thì lượng hơi cấp vào cũng thấp. Khi lượng dịch tăng dần thì
lượng hơi cấp vào cũng tang dần lên.
-
Để dịch đường nguội trong một thời gian dài là điều tối kị trong sản xuất. Vì
như vậy sẽ tạo điều kiện cho Oxi trong khơng khí tiếp xúc với đường, phản ứng
Oxi hóa sẽ khơng tránh khỏi và như vậy sẽ làm giảm chất lượng của dịch đường.
Cường độ đun sôi cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình này. Cường
độ đun sơi càng mạnh thì lượng protein biến tính và keo tụ càng nhiều.
1.3. Sơ đồ công nghệ các nồi nấu
Tiếp theo chúng ta sẽ đi vào giới thiệu sơ đồ cơng nghệ của 4 nồi chính
sử dụng trong nhà máy bia và các thiết bị chính sử dụng trong đó.
1.3.1. Nồi Gạo
Hình 1.7. Sơ đồ cơng nghệ nồi gạo
Trong nồi gạo sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm, van tuyến tính, van
khí nén, cảm biến nhiệt độ và cảm biến mức, mục đích và chi tiết các thiết bị
đó sẽ được giới thiệu ở phần tiếp theo trong chương 2 này.
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
1.3.2. Nồi Malt
Hình 1.8. Sơ đồ cơng nghệ nồi malt
Tương tự nồi gạo, trong nồi malt sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm,
van tuyến tính, van khí nén, cảm biến nhiệt độ và cảm biến mức, mục đích và
chi tiết các thiết bị đó sẽ được giới thiệu ở phần tiếp theo trong chương 2 này.
1.3.3. Nồi Hoa
Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ nồi hoa
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Trong nồi hoa sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm, van tuyến tính, van khí nén , mục
đích và chi tiết các thiết bị đó sẽ được giới thiệu ở phần tiếp theo trong chương 2 này.
1.3.4. Nồi Lọc
Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ nồi lọc
Trong nồi lọc sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm, van tuyến tính, van
khí nén, cảm biến nhiệt độ và cảm biến mức, mục đích và chi tiết các thiết bị
đó sẽ được giới thiệu ở phần tiếp theo trong chương 2 này.
1.4. Các thiết bị sử dụng trong các nồi nấu
1.4.1. Động cơ khuấy
Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt, Lọc
Mục đích : Khuấy hỗn hợp cháo yến mạch trong nồi gạo
Loại : HPS 500
Số liệu kĩ thuât :
- Điện áp 380V
- Công suất 3.7KW 5HP
- Tần số 50Hz
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Hình 1.11. Động cơ khuấy
1.4.2. Máy bơm dịch
Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt, Lọc
Mục đích : Bơm hỗn hợp cháo yến mạch từ nồi gạo sang nồi
malt và bơm nước cho nồi gạo, malt, lọc
Loại : SUDMO KRP 50/127-1.510
Số liệu kĩ thuật :
- Điện áp 380V
- Công suất 2.8 kW, 7.4A
3
- Lưu lượng: 20 m /h
- Khối lượng: 30 kg
- Áp suất: 0.5 bar đến 2.5 bar
- Đường ống vào 65mm, đường ống ra 50mm
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Hình 1.12. Bơm ly tâm
1.4.3. Van gia nhiệt
Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt, Hoa
Mục đích : Van cấp hơi nước để gia nhiệt cho q trình đun sơi
hỗn hợp trong nồi gạo
Loại : Van cầu điều khiển bằng khí nén KFM –
Germany Số liệu kĩ thuật :
- Cỡ 1’’ đến 20 ‘’
o
o
- Nhiệt độ làm việc : -50 C đến 700 C
- Áp suất làm việc : 0,8bar đến 8bar
- Dịng vào : 4mA đến 20mA
Hình 1.13. Van cấp nhiệt
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
1.4.4. Van khí nén
Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt, Lọc, Hoa
Mục đích : Đưa hỗn hợp cháo yến mạch từ nồi gạo sang nồi malt
Loại : Van bướm điều khiển bằng khí nén CCO4
Số liệu kĩ thuật :
- Cỡ 1’’ đên 6’’
o
o
- Nhiệt độ làm việc : 0 C đến 150 C
- Lưu lượng : 60 đến 875l/ phút
- Dòng vào : 4mA đến 20mA
Hình 1.14. Van khí nén
1.4.5. Cảm biến nhiệt độ
Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt
Mục đích : Đo nhiệt độ ở nồi gạo và nồi malt để gửi tín hiệu về bộ điều khiển
Loại : TFP-160
Số liệu kĩ thuật :
- Điện áp làm việc : 18VDC đến 32 VDC
- Đầu ra tương tự : 4mA đến 20mA
o
o
- Dải đo : -250 C đến 550 C
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Hình 1.15. Cảm biến nhiệt độ
1.4.6. Cảm biến mức
Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt
Mục đích : Xác định mức chất lỏng ở nồi gạo và nồi malt để gửi tín
hiệu về bộ điều khiển
Loại : LMT121
Số liệu kĩ thuật :
- Điện áp : 18VDC đến 30VDC
- Tín hiệu ra : chuyển đổi 2 kiểu tín hiệu open/close
- Dịng ra : 50mA
Hình 1.16. Cảm biến lưu lượng
Chương 1. Tổng quan về công nghệ chế biến bia và các thiết bị sử dụng trong sản xuất
Kết luận :
Kết thúc chương 1, đã giúp chúng ta có cái nhìn tổng qt về sơ đồ cơng nghệ của
bộ phận nấu trong quy trình sản xuất bia và các thiết bị cấu thành những thành phần đó
với thơng số kĩ thuật cụ thể, rõ ràng. Và nhiệm vụ chính của đồ án này là thiết kế bộ điều
khiển nhiệt độ chuẩn cho các nồi nấu để đảm bảo bia được thơm ngon hơn, để thiết kế
được nó trước tiên chúng ta phải mơ hình hóa các đối tượng dưới dạng hàm tốn học
sau đó sẽ dùng những tiêu chuẩn đã học để thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng, cụ thể
hơn là bộ điểu khiển PID chương tiếp theo sẽ làm sáng tỏ vấn đề này.
Chương 2. Mơ hình hàm truyền và thiết kế bộ điều khiển PID các đối tượng
Chương 2
MƠ HÌNH HĨA HÀM TRUYỀN VÀ THIẾT KẾ BỘ
ĐIỀU KHIỂN PID CÁC ĐỐI TƯỢNG
2.1. Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học
2.1.1. Mơ hình hóa bằng lý thuyết
Là phương pháp đi từ các định luật cơ bản của vật lý và hóa học kết hợp
với các thông số kỹ thuật của thiết bị cơng nghệ, kết quả nhận được là các
phương trình vi phân và phương trình đại số.
Phương pháp lý thuyết có ưu điểm là cho ta hiểu sâu các quan hệ bên trong
của quá trình liên quan trực tiếp tới các hiện tượng vật lý, hóa học hoặc sinh
học. Một mơ hình lý thuyết nếu được tiến hành chi tiết cho ta xác định được
tương đối chính xác cấu trúc của mơ hình.
Cách thức tiến hành xây dựng một mơ hình lý thuyết phụ thuộc rất nhiều vào quá trình cụ
thể, khó có thể tuân theo một bài bản thống nhất. Vì vậy cơng việc này địi hỏi rất nhiều
kinh nghiệm, cơng sức và thời gian. Sự chính xác của cấu trúc mơ hình lý thuyết phụ
thuộc vào mức độ chi tiết của của mơ hình, hay là phụ thuộc số lượng quan hệ động học
đã đư ợc xác định. Thực tế ta khó có thể xây dựng một mơ hình lý thuyết phản ánh đầy
đủ động học của quá trình. Vấn đề lớn nhất của phương pháp lý thuyết là tham số của mơ
hình khó có thể xác định chính xác. Hơn nữa phương pháp lý thuyết rất khó áp dụng cho
xác định mơ hình có nhiễu, nhất là nhiễu khơng đo được.
Từ những ưu nhược điểm trên, ta có thể thấy phương pháp lý thuyết rất có ích
cho việc tìm hiểu và khảo sát các đặc tính động học của quá trình, thiết kế
sách lược điều khiển và lựa chọn bộ điều khiển. Nhưng ít phù hợp cho việc
xác định các tham số của bộ điều khiển.
Chương 2. Mơ hình hàm truyền và thiết kế bộ điều khiển PID các đối tượng
Hình 2.1. Mơ hình nồi nấu trong nhà máy
Giả thiết:
Mực nước là h=const
Tiết diện nồi là A
Nhiệt độ nước vào không đổi
Tổn thất nhiệt xung quanh là không đáng kể
Nhiệt độ tại mọi điểm trong nồi là như nhau
+ Phương trình cân bằng năng lượng:
( . . )
= .
Trong đó.
m: Khối lượng nước trong nồi
.
.
− .
.
.
+
Chương 2. Mơ hình hàm truyền và thiết kế bộ điều khiển PID các đối tượng
: Nhiệt dung riêng của nước
: Khối lượng riêng của chất lỏng trong nồi
: Nhiệt độ nước vào
T: Nhiệt dộ chất lỏng trong nồi
U: Áp suất hơi cấp
: Hệ số áp suất nhiệt độ
, : Lưu lượng nước vào, ra
Trong quá trình gia nhiệt =0
Ta có: m=A. . ℎ
. . . .
<=> . .
, là hằng số. Biến đổi Laplace ta có:
.. .()=
=> ′( ) =
Van điều khiển có đặc tính là khâu qn tính bậc nhất có trễ nên mơ hình nồi nấu có
dạng:
()=
Chương 2. Mơ hình hàm truyền và thiết kế bộ điều khiển PID các đối tượng
2.1.2. Mơ hình hóa bằng thực nghiệm
Là phương pháp nhận dạng quá trình. Dựa trên thơng tin ban đầu về q
trình, quan sát tín hiệu vào – ra thực nghiệm và phân tích các số liệu thu được
để xác định cấu trúc và tham số mơ hình từ một lớp các mơ hình thích hợp.
Ưu điểm của phương pháp là cho phép xác định tương đối chính xác các tham
số mơ hình khi đã biết trước cấu trúc mơ hình. Tuy nhiên chất lượng mơ hình
sẽ phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy của phép đo.
Các mơ hình của hệ thống điều khiển nhiệt độ nước trong mỗi nồi phụ thuộc
vào độ mở của van trong quá trình gia nhiệt của mỗi nồi.
Do trong q trình làm đồ án chúng em khơng có điều kiện đến nhà máy thực
hành, vậy nên chúng em xin phép được lấy số liệu mơ hình hàm truyền các nồi
từ tài tham khảo để phục vụ cho mục đích nghiên cứu.
2.2. Thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ nồi nấu.
2.2.1. Quy trình vận hành nồi Gạo
+ Cách vận hành nồi Gạo
Bước 1.
Cấp nước vào nồi cháo theo quy trình
cơng nghệ. Bật cánh khuấy 28 vịng/phút.
Cho malt lót + CaSO4 .
Đổ gạo đã nghiền vào, trộn đều rồi cho enzym Termamyl.
Bước 2.
0
Nâng nhiệt nồi cháo lên 86 C ( khoảng 20 phút).
0
Giữ nhiệt độ 86 C trong 30 phút (tốc độ cánh khuấy 14 vòng/phút).
Trong thời gian này hịa bột malt lót với nước để bổ sung.
0
Hạ nhiệt độ xuống 72 C (trong khoảng 10 phút) bằng cách cho bột
malt lót đã hịa nước ở trên và cấp thêm nước.
0
Giữ nhiệt độ 72 C trong 20 phút (tốc độ cánh khuấy 14 vòng/phút).
