Tìm Hiểu Về Ứng Dụng Tự Động Hóa Trong Sản Xuất Bia.pdf

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

Báo cáo Nh p <b>ậ Môn Ngành Đi nệ </b>

<b>khi nể – T đ ngự ộ hoá </b>

Tên sinh viên : Đỗ Nguyên Giáp

MSSV: 20222515 Lớp : Tự động hóa 02

Khi cuộc sống của con người trở nên hiện đại hơn thì mọi cơng việc tay chân đang dần được thay thế bằng máy móc. Hơn nữa, nhữngloại máy móc ngày càng hồn thiện và đang tiến tới thời kỳ vận hành hoàn toàn tự động. Ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa cũng ra đời bởi những lý do đó.

Theo định nghĩa thì Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa là ngành học nghiên cứu, vận hành, thiết kế các hệ thống tự động và các q trình cơng nghệ – sản xuất tự động tại những nhà máy (sắt thép, xi măng, dược phẩm, nước giải khát,…); Điều khiển, giám sát, thiết kế và chế tạo các hệ thống robot, hệ thống điện cơ; quản lý sản phẩm tại những công ty kinh doanh lĩnh vực thiết bị điện tử tự động,…

Sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa được trang bị kiến thức về: Lý thuyết mạch điện – điện tử; Kỹ thuật đo lường và các hệ thống cảm biến thông minh; Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp; Kỹ thuật lập trình các chip vi điều khiển, vi xử lý; Các phương pháp điều khiển truyền thống và hiện đại; Lập trình tự động hóa các dây chuyền sản xuất cơng nghiệp; Điều khiển điện tử công suất và truyền động điện; Kỹ thuật điều khiển Robot; Kỹ thuật mạng nơron và trí tuệ nhân tạo (AI)…

<b>Mục tiêu chương trình đào tạo (Program Goals) </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Sinh viên tốt nghiệp chương trình Kỹ sư Kỹ thuật điều khiển - Tựđộng hóa:

1. Kiến thức cơ sở chun mơn vững chắc để có thể thích ứng tốt vớinhững cơng việc khác nhau thuộc lĩnh vực rộng của ngành Kỹ thuậtđiều khiển - Tự động hóa.

2. Kỹ năng chuyên nghiệp và phẩm chất cá nhân cần thiết để thànhcông trong nghề nghiệp.

3. Kỹ năng xã hôi cần thiết để làm việc hiệu quả trong nhóm đa ngànhvà trong mơi trường quốc tế.

4. Năng lực tham gia lập dự án, thiết kế, thực hiện và vận hành cácthiết bị sử dụng trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa.

<b>Chuẩn đầu ra của chương trình đào tạo </b>

Sinh viên tốt nghiệp Cử nhân kỹ thuật ngành Kỹ thuật điều khiển - Tựđộng hóa có các kiến thức, kỹ năng và năng lực như sau:

<b>1. Kiến thức cơ sở chun mơn vững chắc để thích ứng tốt vớinhững công việc khác nhau thuộc lĩnh vực rộng của ngành kỹthuật điện, chú trọng khả năng áp dụng kiến thức để tham giathiết kế, đánh giá các giải pháp, hệ thống/quá trình/sản phẩm kỹthuật điều khiển - Tự động hóa: </b>

1.1. Khả năng áp dụng kiến thức cơ sở tốn, vật lý, tin học để mơ tả,tính tốn và mơ phỏng các hệ thống, q trình và sản phẩm kỹ thuậtcó liên quan đến những ứng dụng của ngành kỹ thuật.

1.2. Khả năng áp dụng kiến thức cơ sở kỹ thuật điện, kỹ thuật điềukhiển, đo lường, tự động hóa để hiểu các vấn đề, các sản phẩm, thiếtbị kỹ thuật có liên quan đến những ứng dụng của ngành kỹ thuật điềukhiển - Tự động hóa.

1.3. Khả năng áp dụng kiến thức của lĩnh vực rộng của ngành kỹ thuậtđiện, kết hợp với khả năng sử dụng các phương pháp, cơng cụ tínhtốn hiện đại để tham gia thiết kế và đánh giá các giải pháp, dâychuyền sản xuất và sản phẩm kỹ thuật trong lĩnh vực Kỹ thuật điềukhiển - Tự động hóa.

<b>2. Có kỹ năng chuyên nghiệp và phẩm chất cá nhân cần thiết đểthành công trong nghề nghiệp: </b>

2.1. Khả năng nhận dạng, lập luận phân tích và giải quyết vấn đề kỹthuật.

2.2. Khả năng thiết kế và thực hiện các thí nghiệm, nghiên cứu, vàkhả năng phân tích kết quả

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

2.3. Tư duy hệ thống và tư duy phê bình

2.4. Tư duy chủ động, linh hoạt, sáng tạo, tìm tịi và kỹ năng quản lýthời gian. Hiểu biết các vấn đề đương đại và ý thức học suốt đời. 2.5. Hiểu biết về đạo đức nghề nghiệp, sở hữu trí tuệ

<b>3. Có kỹ năng xã hội cần thiết để làm việc hiệu quả trong nhóm đangành và trong mơi trường quốc tế: </b>

3.1. Kỹ năng làm việc theo nhóm, trong mơi trường làm việc đangành

3.2. Kỹ năng giao tiếp hiệu quả bằng văn bản, thuyết trình và thảoluận, sử dụng phương tiện điện tử, truyền thông

3.3. Kỹ năng sử dụng tiếng Anh hiệu quả trong công việc, đạt điểmTOEIC theo quy định của trường Đại học Bách khoa Hà Nội

<b>4. Năng lực tham gia thiết kế, xây dựng/phát triển hệ thống/sảnphẩm/giải pháp kỹ thuật thuộc lĩnh vực Kỹ thuật điều khiển - Tựđộng hóa trong bối cảnh kinh tế, xã hội và môi trường thực tế: </b>

4.1. Nhận thức về mối liên hệ mật thiết giữa giải pháp kỹ thuật vớicác yếu tố kinh tế, xã hội và mơi trường trong thế giới tồn cầu hóa.Hiểu biết các quy định pháp lý trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển - Tựđộng hóa.

4.2. Năng lực nhận biết vấn đề và hình thành ý tưởng giải pháp kỹthuật, tham gia xây dựng dự án

4.3. Năng lực tham gia thiết kế hệ thống, quá trình, sản phẩm và đưara các giải pháp kỹ thuật có liên quan đến kỹ thuật điều khiển - Tựđộng hóa

4.4. Năng lực tham gia thực thi, chế tạo và triển khai hệ thống, sảnphẩm và các giải pháp kỹ thuật có liên quan đến kỹ thuật điều khiển -Tự động hóa

4.5. Năng lực vận hành, sử dụng và khai thác hệ thống, q trình, sảnphẩm có liên quan đến các ngành kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

<b>5. Phẩm chất chính trị, ý thức phục vụ nhân dân, có sức khoẻ, đápứng yêu cầu xây dựng và bảo vệ Tổ quốc: </b>

5.1 Có trình độ lý luận chính trị theo chương trình quy định chung củaBộ Giáo dục và Đào tạo

5.2 Đạt các yêu cầu về kiến thức Giáo dục thể chất và Giáo dục quốcphòng - An ninh theo quy định chung của Bộ Giáo dục và Đào tạo

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

I)

Giới thiệu chung về bia

-Bia là thức uống vô cùng phổ biến và được hầu hết mọi người ưa chuộng . Bia có độ cồn thấp , bổ mát,có bọt mịn xốp và có hương vị đặc trưng. Ngày nay Bia có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới, từ những nhà hàng sang trọng, quán bar, cho đến những khu lao động

.Là một trong những thức uống được tiêu thụ nhiều nhất, chỉ tính riêng trong năm 2020 đã có tới 177 tỉ lít bia được tiêu thụ trên tồn thế giới, và Việt Nam đứng thứ chín với 3.8 tỉ lít bia. Chính vì nhu

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

cầu lớn như vậy nên hiện nay ngành Công nghiệp sản xuất bia vơ cùng phát triển, máy móc và cơng nghệ sản xuất ngày càng hiện đại nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm đảm bảo nhu cầu người tiêu

dùng.

II) Quy trình sản xuất bia hiện nay

<b>1) Nguyên liệu và gia công nguyên liệu </b>

a) Nguyên liệu bao gồm:

-Nước : chiếm 80-90%

- Malt : bao gồm vỏ, nội nhũ và phôi, là linh hồn của bia <b> </b>

- Hoa Hupblon : dùng để tạo vị đắng cho bia, được bảo quản ở nhiệt độ thấp để giảm độ mất mát của axit

- Men Bia : là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường, chuyển hóa đường thành cồn và CO2

<b>- </b>Các chất phụ gia : nhằm điều chỉnh độ kiềm của nước, độ pH, chất tạo màu Caramen, bột trợ lọc, hóa chất vệ sinh, làm lạnh nhanh.

b) Chuẩn bị nguyên liệu : sàng ngun liệu, mục đích của q trình này là làm sạch sơ bộ và làm sạch nguyên liệu trước khi nghiền. Ngun lí của q trình sàng là dùng sàng hàng tuần hồn có đầu vào và đầu ra có hút khí

c) Tách đá trong nguyên liệu : mục đích của quá trình là tách đá ra khỏi nguyên liệu, nâng cao chất lượng nguyên liệu. Thiết bị tách đá làm việc theo nguyên lí lực trọng trường d) Nghiền nguyên liệu : gồm có quá trình nghiền Malt và quá trình nghiền gạo. Mục đích của q trình nghiền là làm dập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xúc với nước làm cho sự xâm nhập của nước vào thành phần của nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa và q trình thủy phân khác nhanh hơn và triệt để hơn. Yêu cầu quá trình nghiền : quá trình nghiền Malt càng bảo toàn nguyên vỏ Malt bao nhiêu càng tốt bấy nhiêu. Thứ nhất , nếu nghiền vỏ quá mịn lượng chất đắng , chất chát trong võ dễ hòa tan vào dịch đường gây bia có vị đắng và chát khó chịu. Thứ hai, lớp vỏ trấu đóng vai trị quan trọng trong việc tạo thành màng lọc, nhờ có vỏ trấu lớp lọc được kết cấu rất chắc nhưng vẫn đảm bảo đủ độ xốp để tạo thành

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

các mương mao đi theo đường ziczac . Dịch đường ở phía trên màng lọc sẽ chảy theo các đường ziczac xuyên qua các lớp lọc đạt đến độ trong cần thiết và giải phóng khỏi hỗn hợp.

<b> 2) Công đoạn chuẩn bị dịch lên men</b>

a) Q trình hồ hóa: Gạo sau khi được nghiền nhỏ sẽ được xử lí hồ hóa trước khi mang đi đường hóa. Mục đích của q trình hồ hóa là dùng nhiệt độ cao để nấu chín tinh bột gạo và nhờ được sự hoạt động của enzim thủy phân trong 10% Malt lót để phân cắt các hợp chất cao phân tử có trong gạo,phá vỡ màng tế bào của tinh bột và làm đứt liên kết giữa chúng để tạo ra các cấu tử thấp phân tử dễ hòa tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường. Các loại gạo khác nhau có độ bền của màng tế bào khơng giống nhau do đó đối với mỗi mẻ ngun liệu phải có chế độ hồ hóa thích hợp. b) Q trình Đường hóa :Mục đích của q trình đường hóa ngun liệu là tạo các vùng nhiệt độ thích hợp cho hệ thống enzim hoạt động để phân cắt các hợp chất cao phân tử có trong Malt và gạo thành sản phẩm thấp phân tử để cùng với các cấu tử thấp phân tử đã có sẵn trong ngun liệu hịa tan bền vững vào dịch đường. Thành phần của dịch đường gồm 93% chất hữu cơ chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp, 7% các chất vô cơ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Thực chất của quá trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử dưới sự xúc tác của enzim.

<small> Q trình đường hóa được diễn ra theo 3 giai đoạn :</small>

Giai đoạn 1- Giai đoạn đạm hóa : kết thúc q trình ngâm Malt sau 15 phút hỗn hợp Malt và nước trong nồi đường hóa đang ở nhiệt độ 30 độ C lên 52 độ C và duy trì nhiệt độ này trong nồi đường hóa 30 phút . Trong quá trình đạm hóa enzim pectinaza và proteaza hoạt độngmạnh thủy phân protit đơn giản và phức tạp thành ambumin, pepton, polypeptit và sau đó thành các axit amin. Các sản phẩm này giúp cho bia có khả năng giữ bọt tốt , hương vị đậm đà.

<small> Giai đoạn 2- Giai đoạn đường hóa : sau khi kết thúc q trình đạm </small>hóa 30 phút ta bơm nốt lượng cháo trong nồi hồ hóa sang nồi đường hóa làm cho nhiệt độ của nồi đường hóa tăng từ 52 độ C lên 65 độ C bắt đầu q trình đường hóa. Q trình đường hóa kéo dài khoảng 30 phú . Trong khoảng nhiệt độ này enzim B-amilaza hoạt động mạnh phân cắt hợp chất amyloza và amylopectin thành đường maltoza, dextrin và một ít glucoza. Kết thúc q trình đường hóa nâng nhiệt độ này lên 75 độ C và duy trì nồi đường hóa này ở nhiệt độ trong khoảng40 phút để tiến hành q trình dịch hóa.

Giai đoạn 3- Giai đoạn dịch hóa : nhằm giữ nhiệt độ yêu cầu cho enzim a-amilaza hoạt động phân cắt cơ chất. Enzim này phân cắt tinh bột theo hai giai đoạn : cắt tinh bột thành dexstin và cắt một phần dexstrin thành glucoza.

<b>3) Quá trình lọc thô : lọc và rửa bã malt, bao gồm 2 giai đoạn </b>

<small> </small>Quá trình lọc bã bao gồm 2 giai đoạn : - Giai đoạn 1 : Ép để tách dịch lỏng - Giai đoạn 2 : rửa bã để chiết rút các chất hòa tan cịn sót lại trong bã.Thường sau q trình lọc và rửa bã dịch đường thu được có nồng độ khoảng12%

<b>4) Quá trình nấu hoa bia: mục đích của q trình nấu dịch đường </b>

với hoa Houblon là trích li chất đắng , tinh dầu thơm, các hợp chất chứa nito và các thành phần khác của hoa Houblon vào dịch đường đểbiến đổi dịch đường ngọt thành dịch đường có vị đắng và hương thơmdịu và hoa đặc trưng cơ bản về tính chất cảm quan của bia sau này

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>5) Công đoạn lên men </b>

Quá trình lên men bia được chia làm 2 giai đoạn là lên men chính và lên men phụ. Mục đích của quá trình lên men chính là : tạo điều kiện thích hợp cho nấm men hoạt động chuyển hóa dịch đường hoa hublonthành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm nhằm định hình hương vị cho sản phẩm bia.

<b>6) Q trình hồn thiện sản phẩm </b>

a) Quá trình lọc bia : mục đích chính của q trình lọc bia là loại bỏ nấm men , các hạt phân tán cơ học, chất protein, phenol, nhựa đắng vànhiều hạt nhỏ li ti khác nhằm tăng độ bền của bia, tăng thời gian bảo quản khi chúng lưu hành trên thị trường b) Quá trình bão hịa CO2 : khí CO2 có trong bia là nhờ q trình lên men rượu, nấm men chuyển hóa đường thành rượu và CO2. Trong quá trình lên men chính một lượng lớn bị thải vào mơi trường khơng khí, nhưng trong q trình lên men phụ một lượng lớn CO2 được hòa tan vào trong bia. Tuy nhiên, do các cơng đoạn sau q trình lên men đặc biệt là công đoạn lọc bia lượng CO2 bị thất thỏa khá lớn bởi vậy ta phải tiến hành bão hòa CO2 để đảm bảo lượng yêu cầu trong bia thành phẩm c) Quá trình chiết rót bia d)Q trình rửa chai: để đảm bảo vệ sinh an tồn thực phẩm và đảm bảochất lượng sản phẩm , chai dù là nhập mới hay thu mua lại đều phải rửa trước khi mang đi chiết bai. e) Thanh trùng bia : trong bia thành phẩm thường còn chứa một số tế bào còn sống bao gồm nấm men thuần chủng, vi khuẩn lactic và các vi sinh vật lạ khác có khả năng phát triển tỏng bia . Xử lí nhiệt nhằm mục đích tiêu diệt vi sinh vật có trong sản phẩm bia tăng thời gian bảoquản và đảm bảo chất lượng của bia. Có hai phương pháp thanh trùngsản phẩm bia là thanh trùng toàn bộ khối bia và thanh trùng trong bao bì. Trong thực tế sản xuất thường sử dụng các phương pháp thanh trùng trong bao bì các thiết bị khác nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

III. Ứng dụng tự động hóa trong sản xuất bia

Như đã nói , cơng nghệ sản xuất bia ngày càng tân tiến và hiện đại nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người dùng. Hiện nay, các nhà máy bia đã có hệ thống điều khiển tự động với sự hỗ trợ của máy tính từ bảng điều khiển trung tâm .

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hệ thống điều khiển tự động AC cho nhà máy bia bao gồm -Quá trình sản xuất bia nóng được kiểm sốt tự động - quản lý hồn tồn tự động hóa tồn bộ quy trình sản xuất bia wort . -Hệ thống tự động để kiểm soát thời gian của nhiệt độ trong quá trìnhlên men và trưởng thành. -Hệ thống tự động điều khiển phương tiện truyền thông.

Tại sao chọn hệ thống AC để kiểm soát sản xuất bia? Nguyên nhân chính là: - Xóa bỏ các lỗi của con người - Máy thực hiện các nhiệm vụ cần thiết một cách chính xác và kịp thời. -Chi phí tiết kiệm cho chủ sở hữu - chỉ cần một công nhân vận hành trong nhà máy bia. -Giảm thiểu số lượng các điều kiện lỗi trong nhà máy bia - mọi thứ vẫn còn được kiểm soát. -Giám sát và đăng ký Của quá trình sản xuất vào bộ nhớ máy tính. - Giảm thiểu yêu cầu Cho sự chú ý của người vận hành liên tục - phảnứng ban đầu của máy. - Chấtlượng ổn định của bia - Các quy trình sản xuất tiêu chuẩn ln được quan sát. -Sáu công thức nấu ăn đã lập trình sẵn - để sản xuất các loại bia nổi tiếng nhất: Pils, Lager, Black, Weissenbeer, Ale, Special

-Chế độ pha rượu thủ công - để sản xuất tất cả các loại bia khác-Chế độ vệ sinh đặc biệt - để tự động làm sạch, khử trùng và khử trùng nhà máy bia, ống dẫn nước.

<b>Sự miêu tả:</b>

Hệ thống kiểm soát mức độ AC badget bao gồm:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>I. AC-1 Tự động điều khiển quá trình nóng (phụ kiện tùy chọn)</b>

Bộ điều khiển được phát triển trên nền PC với hệ điều hành và chương trình điều khiển.

Trong giá của tự động hóa thiết bị sôi hai thiết bị được chứa mộtbộ phận lắp ráp hoàn chỉnh phần cứng bao gồm pneu-actuator vàcác yếu tố lắp đặt của thiết bị đun sôi. Việc tự động hóa cũng có chứa hệ thống opration bao gồm cả giấy phép và phần mềm sản xuất bia.

Phần mềm cho phép thay đổi các tiếp nhận trực tiếp thông qua bảng điều khiển hoặc bằng cách cài đặt qua cổng USB. Phần mềm và thiết bị đun sôi đều được thiết kế để pha tất cả các loại bia trên thế giới theo cách decoction và trong cách infusion là tốt. Cũng theo cách decoction, có thể pha trên một hoặc hai mashes.

Trình tự quy trình như thời gian, tốc độ bơm, khối lượng riêng của nước bơm lại hoặc khối lượng tràn, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy của mỗi phương tiện truyền thơng có thể điều hành tự đặt sau khi nhập mật khẩu người dùng ở cấp độ thứ ba.

Nhà máy bia được điều khiển tự động với việc kiểm soát hầu hếtcác hoạt động nấu bia bằng máy tính - theo một chương trình cụ thể từ bảng điều khiển trung tâm (màn hình cảm ứng). Brewer chọn một công thức và bắt đầu một chương trình kiểm sốt q trình sản xuất. Brewer kiểm tra tiến độ của các thủ tục và thực hiện các xét nghiệm trong phịng thí nghiệm, xử lý các điều kiệnkhông đạt tiêu chuẩn và đảm bảo việc chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình sản xuất bia.

Hoạt động thủ công trước khi bắt đầu sản xuất bia:-Phay nghiền (mài)

-Sản lượng malt (mashing)-Hoạt động tự động:

</div>