Nghiên cứu đánh giá các thông số vận hành của hệ thống tiết kiệm năng lượng trong nhà nấu tại nhà máy bia sài gòn hà nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.06 MB, 79 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN HUY BẢO
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH
CỦA HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG
NHÀ NẤU TẠI NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TỪ VIỆT PHÚ
Hà Nội – Năm 2016
i
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Từ Việt Phú, đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo, động viên trong suốt quá trình học tập nghiên cứu, hoàn thành luận
văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ nhân viên của Viện Công nghệ
Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Viện Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa học thạc sĩ
của trường.
Em xin cảm ơn ban lãnh đạo, các anh chị Phòng Kỹ thuật, Phòng KCS và Phòng
Thống kê của Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội đã hết lòng giúp đỡ.
Với kiến thức còn hạn chế, em mong được sự đóng góp chân thành từ các thầy cô
để em có thể hoàn thiện được nghiên cứu của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2016
Học viên
Nguyễn Huy Bảo
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là hoàn
toàn trung thực, chưa từng được ai sử dụng để công bố trong bất kỳ công trình nào
khác. Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận án đã được ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2016
Học viên
Nguyễn Huy Bảo
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................vi
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................... 2
1.1.
Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới ........................ 2
1.2.
Giới thiệu chung về ngành công nghiệp bia tại Việt Nam ..................................... 3
1.3.
Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội ............................................................................. 5
1.3.1.
1.3.1.1.
Thuyết minh quy trình công nghệ ............................................................ 6
1.3.1.2.
Quá trình nấu ............................................................................................ 8
1.3.1.3.
Quá trình lên men ................................................................................... 12
1.3.1.4.
Quá trình lọc và bão hòa khí CO2........................................................... 14
1.3.1.5.
Quá trình chiết ........................................................................................ 15
1.3.2.
1.4.
Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy............................................. 6
Tình hình tiêu thụ năng lựơng trong nhà máy bia ..................................... 16
Biện pháp tiết kiệm năng lượng tại nồi sôi hoa ................................................... 18
1.4.1.
Nguyên lý hoạt động .................................................................................. 18
1.4.2.
Các thông số thiết bị của hệ thống ............................................................. 21
1.5.
Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch đường ......................................... 23
1.5.1.
Vai trò nhiệm vụ của nồi nấu hoa .............................................................. 23
1.5.2.
Các tác động lên quá trình đun sôi dịch đường ......................................... 23
1.6.
Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 24
CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 26
2.1.
Nguyên vật liệu .................................................................................................... 26
2.2.
Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 26
2.2.1.
Phân tích hóa lý và cảm quan .................................................................... 27
iv
2.2.2.
Phân tích số liệu ......................................................................................... 28
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 29
3.1.
Khảo sát chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm trên 2 mô hình không và
có sử dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng ..................................................................... 29
3.1.1.
Kết quả khảo sát chất lượng dịch đường trên 2 mô hình không và có sử
dụng hệ thông tiết kiệm năng lượng ........................................................................... 29
3.1.2.
Kết quả khảo sát chất lượng bia thành phẩm trên 2 mô hình không và có
áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng ...................................................................... 30
3.1.3.
Thảo luận kết quả phân tích chất lượng dịch đường và bia trên 2 mô hình
không và có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng .................................................. 31
3.2.
Đánh giá độ ổn định của các thông số chất lượng của bia thành phẩm và dịch
đường trên hệ thống tiết kiệm năng lượng. .................................................................... 32
3.2.1.
Kết quả phân tích trên các chỉ tiêu của dịch đường và bia thành phẩm .... 32
3.2.1.1.
Kết quả phân tích dịch đường trên 145 mẻ nấu ..................................... 32
3.2.1.2.
Kết quả phân tích bia thành phẩm trên 58 lô.......................................... 38
3.2.2.
Thảo luận ................................................................................................... 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 54
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 56
v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
Tiếng Việt
TKNL
Tiết kiệm năng lượng
KTKNL
Không tiết kiệm năng lượng
vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy ................................................. 7
Hình 1.2: Tỷ lệ nhiệt tổn thất bốc hơi do các nồi ........................................................... 17
Hình 1.3: Giản đồ nấu bia Sài Gòn Special không áp dụng hệ thống tiết kiệm năng
lượng .............................................................................................................................. 19
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý thu hồi lượng nhiệt bay hơi để gia nhiệt nước .................... 20
Hình 1.5: Giản đồ nấu bia Sài Gòn Special có áp dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng 21
Hình 3.1: Đồ thị theo dõi chỉ số pH trên 145 mẻ nấu .................................................... 33
Hình 3.2: Biểu đồ hộp của các mẻ trên chỉ tiêu pH. ...................................................... 33
Hình 3.3: Đồ thị theo dõi chỉ số độ đục trên 145 mẻ nấu .............................................. 34
Hình 3.4: Biểu đồ hộp của các mẻ trên chỉ tiêu độ đục ................................................. 35
Hình 3.5: Đồ thị theo dõi độ hòa tan của 145 mẻ nấu.................................................... 36
Hình 3.6: Biểu đồ hộp của các mẻ trên chỉ tiêu độ hòa tan ........................................... 36
Hình 3.7: Đồ thị theo dõi độ màu của dịch đường qua 145 mẻ nấu .............................. 37
Hình 3.8: Biểu đồ hộp của các mẻ trên độ màu. ............................................................ 38
Hình 3.9: Đồ thị theo dõi độ cồn của 58 lô bia thành phẩm .......................................... 39
Hình 3.10: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ cồn ................................................. 39
Hình 3.11: Đồ thị theo dõi chất khô biểu kiến của 58 lô bia thành phẩm...................... 40
Hình 3.12: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu chất khô biểu kiến .............................. 41
Hình 3.13: Đồ thị theo dõi chất khô nguyên thủy của 58 lô bia thành phẩm ................ 42
Hình 3.14: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu chất khô nguyên thủy ......................... 42
Hình 3.15: Đồ thị theo dõi lượng CO2 hòa tan của 58 lô bia thành phẩm ..................... 43
vii
Hình 3.16: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu lượng CO2 hòa tan .............................. 44
Hình 3.17: Đồ thị theo dõi độ màu của 58 lô bia thành phẩm ....................................... 45
Hình 3.18: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ màu ................................................ 45
Hình 3.19: Đồ thị theo dõi độ trong của 58 lô bia thành phẩm...................................... 46
Hình 3.20: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ trong .............................................. 47
Hình 3.21: Đồ thị theo dõi lượng khí air của bia thành phẩm trên 58 lô bia thành phẩm
........................................................................................................................................ 48
Hình 3.22: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu lượng khí air ....................................... 48
Hình 3.23: Đồ thị theo dõi chỉ tiêu cảm quan trên 58 lô bia thành phẩm. ..................... 49
Hình 3.24: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu cảm quan ............................................ 50
viii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Lượng bia tiêu thụ và sản xuất theo quốc gia năm 2014 ................................. 3
Bảng 2.1: Bảng tiêu chuẩn các phương pháp phân tích ................................................. 28
Bảng 3.1: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu hóa lý của 2 mô hình có và
không áp dụng hệ thống TKNL ..................................................................................... 29
Bảng 3.2: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu chất lượng trên bia thành phẩm
của mô hình có và không áp dụng hệ thống TKNL ....................................................... 30
ix
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm vừa qua, thị trường bia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng đang ngày càng phát triển do nhu cầu sử dụng bia của con người ngày càng tăng.
Tính đến năm 2015, lượng tiêu thụ bia của Việt nam đạt 3.4 tỷ lít tăng 41% so với năm
2010. Nhu cầu này đòi hỏi các nhà máy bia phải tăng năng suất để đáp ứng. Đi kèm với
việc tăng năng suất là vấn đề tiêu thụ năng lượng như điện, hơi nước, nhiên liệu và
nước. Trong bối cảnh hội nhập kinh tế, để cạnh tranh với các hãng bia lớn trên thế giới
và đối mặt với sự biến động giá cả của thị trường năng lượng, vấn đề về tiết kiệm năng
lượng trở nên cấp thiết, đòi hỏi phải phải áp dụng các công nghệ và thiết bị nhằm giảm
bớt tiêu hao năng lượng nhưng vẫn phải giữ được chất lượng sản phẩm tốt nhất.
Hiện nay, rất nhiều phương thức tiết kiệm năng lượng đã được áp dụng tại các
nhà máy bia tập trung chủ yếu vào những công đoạn như quá trình nấu, làm lạnh, thanh
trùng và quá trình CIP. Trong đó hệ thống tiết kiệm năng lượng cho quá trình nấu đang
là một mô hình được các nhà máy bia xem xét và sử dụng với những ưu điểm vượt trội
mà nó đem lại về khả năng tiết kiệm năng lượng cũng như chi phí. Mô hình này tận
dụng lượng hơi thải ra từ quá trình nấu – cụ thể là nồi nấu hoa, sau quá trình thu hồi,
lượng hơi này sẽ được tận dụng để tái sự dụng cho quá trình nấu như là dùng hơi gia
nhiệt cho nước hay quay về để gia nhiệt cho nồi nấu hoa. Tuy nhiên, các nghiên cứu
khảo sát và đánh giá các thông số hoạt động của hệ thống tiết kiệm năng lượng tới các
thông số chất lượng dịch đường nói riêng và bia thành phẩm nói chung vẫn chưa được
thực hiện. Do vậy, đây chính là định hướng để tiến hành khảo sát, đánh giá sự ổn định
của các chỉ tiêu chất lượng của dịch đường cũng như bia thành phẩm sau quá trình áp
dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng.
Chính vì vậy, chúng tôi thực hiện luận văn với nội dung: “Nghiên cứu đánh giá
các thông số vận hành của hệ thống tiết kiệm năng lƣợng trong nhà nấu tại Nhà
máy bia Sài Gòn – Hà Nội”, với mong muốn khảo sát sự thay đổi các chỉ tiêu chất
lượng của dịch đường cũng như của bia thành phẩm nhằm đánh giá tính hiệu quả của
hệ thống tiết kiệm năng lượng.
1
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới
Bia là loại đồ uống có lịch sử hình thành lâu đời nhất trên thế giới. Người ta tìm
thấy nhiều bằng chứng về sự xuất hiện của bia trên toàn thế giới có thể kể đến như là
trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà khoảng 6000 năm TCN, trong các tài liệu về
người Summer, hay sự xuất hiện của bia làm từ ngũ cốc nãy mầm do người Sumérien
và Assyrien tạo ra (Arnold, John P (2005)). Và theo một vài tài liệu thì bia lúa mạch
đã có mặt vào khoảng 3500 năm TCN tại Godin Tepei gần dãy Zagros (John, N.W
(1992). Cho đến cuối thế kỷ 19, các mô hình sản xuất bia thủ công được công nghiệp
hoá, việc sản xuất nhỏ lẻ dần bị thu hẹp lại và chính từ giai đoạn này - sau khi các
nghiên cứu về bia của Louis Pasteur được công bố, ngành khoa học nghiên cứu về bia
được phát triển trên toàn thế giới. Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuât, rất nhiều công
trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới đã góp phần không nhỏ cho sự phát triển
của ngành công nghiệp bia. Ngày nay, bia trở thành một lại thức uống không thể thiếu
trong đời sống của con người bởi các giá trị dinh dưỡng và chất lượng của nó đem lại.
Năm 1040, nhà máy bia đầu tiên được xây dựng tại Đức và ngay sau đó, bia trở thành
sản phẩm được ưa chuộng tại các nước như Tiệp Khắc, Đan Mạch, Pháp… Ngày nay,
ngành công nghiệp bia phát triển nhanh, đem lại nguồn thu nhập tương đối cao cho
ngành kinh doanh bia và các dịch vụ đi kèm.
Theo báo cáo của Kirin Beer, lượng bia sản xuất năm 2014 đạt 1910 triệu hecto
lít trong đó thì tổng khối lượng sản xuất của toàn châu Á chiếm 33.9% và ở châu Âu
chiếm 27%. Châu Á là khu vực có ngành công nghiệp bia phát triển chậm hơn châu
Âu, tuy nhiên với số lượng dân cư lớn và thị trường trẻ nên có mức tiêu thụ và sản xuất
bia nhiều. Trong đó thì có Trung Quốc (450 triệu hl) với mức tăng trưởng về sản xuất
đứng thứ nhất bên cạnh các nước Mỹ (225 triệu hl), Brazin (141 triệu hl), Đức (96 triệu
hl) và Mexico (82 triệu hl) (Kirin Beer 2014).
2
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Tổng lượng tiêu thụ bia năm 2014 trên toàn thế giới đạt 1890.6 triệu hector lít
tăng 0.4% so với năm 2013. Lượng tiêu thụ bia trên thế giới vẫn có xu hướng tăng đều
và châu Á chiếm 34% trong lượng tiêu thụ toàn cầu kế đến là châu Âu với 27%. Dẫn
đầu trong các nước có mức tiêu thụ bia lớn nhất là Trung Quốc (448 530 nghìn hl), tiếp
đến Mỹ (241 720 nghìn hl), Brazil (131 460 nghìn hl), Nga (100 120 nghìn hl) và Đức
(84 410 nghìn hl). Bên cạnh đó, lượng bia tiêu thụ tính trên đầu người cao nhất là Cộng
Hòa Séc với mức tiêu thụ là 142.6 lít và mức tiêu thụ này đã duy trì trong vòng 22 năm
tính đến 2014. Trong số 35 nước được đánh giá mức tiêu thụ bia theo đầu người thì
phần đông là các nước đang phát triển với hơn 19 nước có mức tiêu thụ tăng hơn so với
2013.
1.2. Giới thiệu chung về ngành công nghiệp bia tại Việt Nam
Theo số liệu của Vietinbank năm 2013, sản phẩm bia chiếm 99.17% tổng sản
lượng đồ uống có cồn tại Việt Nam. Ngành công nghiệp Bia Việt Nam có tốc độ tăng
trưởng cao, sản lượng và doanh số tiêu thụ trong giai đoạn 2009 – 2013 đạt lần lượt là
14.81% và 5.48% (Nguyễn Thị Hằng (2014)).
Bảng 1.1: Lượng bia tiêu thụ và sản xuất theo quốc gia năm 2014
3
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Đến năm 2014, mức tiêu thụ bia của Việt Nam đã nằm trong tốp 11 nước có mức
tiêu thụ bia hàng đầu trên thế giới, sản lượng bia Việt cũng nằm trong tốp 10 nước có
sản lượng lớn nhất (Kirin Beer 2014). Về các sản phẩm bia được tiêu thụ trong thị
trường Việt Nam, bia chai chiếm thị phần lớn nhất với 52%, kế đến là bia lon (35.5%)
và bia hơi (12.5%).
Theo điều tra của Euromonitor International, hiện có khoảng 150 doanh nghiệp
sản xuất bia với 3 ông lớn của ngành bia dẫn đầu là Tổng Công ty CP Bia Rượu Nước
giải khát Sài Gòn (Sabeco) – 47.5%, xếp thứ 2 là công ty TNHH Nhà máy bia VIệt
Nam VBL – 17.5% và thứ 3 là Tổng Công ty CP Bia Rượu Nước giải khát Hà Nội
(Habeco) – 17.3%. Năm 2010, Sabeco đã được xếp hạng thứ 21 trong số các doanh
nghiệp sản xuất bia hàng đầu trên thế giới và đứng top 3 nhà sản xuất bia Đông Nam Á
(Euromonitor (2013))
Bên cạnh đó theo Quyết định 3690 của Bộ Công Thương về “Phê duyệt quy
hoạch phát triển ngành bia, rượu, nước giải khát việt nam đến năm 2025, tầm nhìn đến
năm 2035”, mục tiêu tổng quan của ngành là đẩy mạnh sự phát triển của ngành bia,
rượu, nước giải khát với định hướng đa dạng hóa sản phẩm, đảm bảo tốt chất lượng và
khả năng cạnh tranh trong quá trình hội nhập, mục tiêu cụ thể đối với ngành bia là sản
lượng dự kiến các năm 2020 đạt 4.1 tỷ lít bia, năm 2025 là 4.5 tỷ lít bia và đến năm
2035 là 5.5 tỷ lít bia. Hơn nữa các định hướng phát triển cụ thể của ngành bia là: giảm
tiêu hao nguyên liệu, nhiên liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm và khuyến khích sản
xuất các dòng bia không cồn, chất lượng cao để đẩy mạnh xuất khẩu.
Thực tế cho thấy hiện tại ở nước ta có khá nhiều nhà máy bia lớn nhỏ được xây
dựng mới và sự mở rộng của các nhà máy bia cũ nhằm nâng cao năng suất, đổi mới
thiết bị. Hơn nữa cũng có sự sát nhập của các nhà máy bia nhằm nới rộng thị trường
như trường hợp của Huda và Carlsberg hay việc Masan mua lại Pybeco năm 2012, các
4
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
doanh nghiệp lớn mở rộng quy mô qua việc mua lại doanh nghiệp nhỏ, doanh nghiệp
có lợi thế tại thị trường địa phương.
Thông qua việc phân tích đánh giá tổng quanh ngành bia trên thế giới và tại Việt
Nam cho thấy rằng thị trường kinh doanh và sản xuất bia tại Việt Nam có tiềm năng rất
lớn, đây sẽ là ngành công nghiệp đem lại lợi nhuận lớn cho nhà kinh doanh và các dịch
vụ đi kèm.
1.3. Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội
Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội, một trong những nhà máy thành viên của Tổng
Công ty … Bia rượu nước giải khát Sài Gòn, được thành lập vào ngày 6 tháng 7 năm
2007. Nhà máy hiện nay có công suất đạt 90 triệu lít/năm với những sản phẩm bia
chính là: bia Sài Gòn Special lon, bia Sài Gòn Special chai lùn, bia Sài Gòn lon 333,
bia chai Sài Gòn đỏ 355, bia chai 333, bia hơi Sài Gòn Special Keg 2 lít, Sài Gòn
Premium Keg 2 lít.
Năm 2008, nhà máy chính thức đi vào hoạt động và là một trong những nhà máy
có hệ thống trang thiết bị hiện đại tại Việt Nam. Với sự đầu tư công nghệ, trang thiết bị
phù hợp và luôn đặt mục tiêu tiết kiệm năng lượng trong sản xuất đã góp phần giảm
đáng kể lượng năng lượng tiêu thụ của nhà máy. Tính từ năm 2009 với những đề xuất
và cải tiến mới nhằm tối ưu nguồn năng lượng là tiết kiệm năng lượng tại nồi sôi hoa,
sử dụng biến tần cho các động cơ công suất cao, tận dụng nguồn biogas thải ra trong
quá trình xử lý lò đốt hơi, thu hồi tái sử dụng lượng nước dư thừa…, nhà máy đã có
những con số đáng kể trong giảm tải năng lượng cụ thể như mức tiêu thụ điện năm
2010 chỉ bằng 77% so với năm 2009, mức dầu giảm đến 19% và mức nước là 14% cho
sản xuất 1000 lít bia.
5
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
1.3.1. Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy
1.3.1.1.
Thuyết minh quy trình công nghệ
Bia được sản xuất từ nguyên liệu chính là: malt, gạo, nước, hoa houblon, nấm
men. Ngoài ra còn một số nguyên liệu có thể được thêm vào để thay thế malt như: lúa
mì, ngô, gạo... Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội
được thể hiện trong sơ đồ 1 – 1. Quy trình sản xuất bia là một quy trình phức tạp gồm
nhiều công đoạn. Về tổng thể quy trình được chia ra 4 quá trình chính:
Quá trình nấu
Quá trình lên men
Quá trình lọc và bão hòa khí CO2
Quá trình chiết
6
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy
7
Luận văn thạc sĩ
1.3.1.2.
Nguyễn Huy Bảo
Quá trình nấu
a) Nghiền gạo
Mục đích của quá trình nghiền gạo là dùng tác động cơ học nghiền hạt gạo thành
dạng bột phá vỡ một phần cấu trúc màng tinh bột tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình
hồ hóa, dịch hóa, trích ly các chất hòa tan từ nguyên liệu.
Quá trình này sử dụng máy nghiền búa đi kèm với hệ thống nhập liệu và hệ thống
lấy liệu là các bang tải, gầu tải, silo chứa, hệ thống hút bụi. Bên cạnh đó ở các hệ thống
này còn có sang rung, bộ phận tách kim loại, sàng tách đá, máy nghiền, thùng chứa bột.
Về quy trình của công đoạn nghiền gạo thì nguyên liệu được nhập vào kho đưa
lên các silo chứa qua đường băng tải, sau đó từ silo chứa được đưa đến hệ thống
nghiền, bụi được thải ra ngoài bằng hệ thống hút bụi. Nguyên liệu được đưa qua bộ
phận sàng rung để tách các tạp chất, qua bộ phận kim loại tách kim loại lẫn trong
nguyên liệu. Sau đó khi nguyên liệu được tách hết tạp chất được đưa đến máy nghiền,
bột thành phẩm được đưa qua thùng chứa và thông qua hệ thống vít tải để vào nồi nấu.
b) Nghiền malt
Mục đích của quá trình là thông qua phương pháp nghiền malt khô làm cho malt
lót được tạo thành hạt có độ xốp để làm lớp lót cho nồi hồ hóa, phương pháp nghiền
malt ướt áp dụng cho lượng malt còn lại.
Quá trình sử dụng hệ thống máy nghiền malt khô và nghiền malt ướt đi kèm với 2
thiết bị là hệ thống nhập liệu và hệ thống lấy liệu gồm băng tải, gầu tải, silo chứa malt,
hệ thống hút bụi, máy sàng, máy rung, máy tách kim loại và cân khối lượng.
Malt được đưa liên tục vào máy nghiền từ silo chứa thông qua hệ thống băng tải
đến gầu tải qua máy sàng rung, sàng loại bỏ những hạt malt không đạt yêu cầu và phần
rác thải lớn nằm trên sàng và được loại ra ngoài, còn malt tiêu chuẩn được đưa qua hệ
8
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
thống máy tách đất và tách kim loại, sau đó qua cân khối lượng và chia làm 2 phần:
một phần vào máy nghiền malt lót (máy nghiền khô) phần còn lại đưa vào hệ thống
máy nghiền malt ướt.
c) Quá trình hồ hóa
Quá trình hồ hóa bao gồm 2 công đoạn chính là pha bột gạo và gia nhiệt. Pha bột
gạo là quá trình nhập liệu vào nồi hồ hóa qua các bước sau:
Bật cánh khuấy
Bổ sung malt lót lần 1 và bổ sung nước. Mục đích là tạo độ xốp cho nồi hồ hóa
tránh hiện tượng cháy khét đáy nồi tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme có
trong malt để hồ hóa tinh bột.
Tiếp tục bổ sung nước ở 25oC kết hợp với gạo. Tỷ lệ gạo: nước = 1: 2.5
Có thể bổ sung thêm acid để tạo môi trường có ph thấp dễ dàng cho enzyme
hoạt động.
Quá trình gia nhiệt được bắt đầu khi kết thúc nhập liệu bao gồm các bước sau:
Nhiệt được nâng lên 72oC trong 10 phút và được duy trì trong 20 phút tạo điều
kiện cho enzyme α-amylase hoạt động.
Nhiệt được nâng tiếp lên 83oC trong 15 phút và duy trì tại đó trong 10 phút
nhằm giúp quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn.
Sau đó nhiệt được đưa về lại 72oC bằng việc bổ sung thêm nước và giữ trong 20
phút, giai đoạn này làm giảm độ nhớt của nước và giúp tránh vô hoạt enzyme
bởi nhiệt độ cao. Trước khi kết thúc quá trình có bổ sung lượng malt lót bằng
lượng malt lót ban đầu và có bổ sung nước. Malt lót bổ sung giúp cung cấp thêm
enzyme amylase làm cho quá trình hồ hóa triệt để hơn và giúp dễ dàng đun sôi
cũng như giảm độ nhớt nồi cháo.
9
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Quá trình này kết thúc bằng việc nâng nhiệt lên đến 100oC và duy trì ở 15 – 20
phút tạo điều kiện cho quá trình đường hóa và lọc sau này.
d) Quá trình đƣờng hóa
Quá trình đường hóa bao gồm hai công đoạn là pha bột malt và gia nhiệt nồi malt.
Công đoạn pha bột malt là bổ sung malt vào trong nồi đường hóa. Công đoạn này được
thực hiện như sau:
Bổ sung toàn bộ phần malt còn lại có phối trộn với nước vào trong nồi đường
hóa. Ở giai đoạn này có bổ sung thêm CaCl2 và acid lactic với mục đích bổ sung
lượng Ca2+ để tạo điều kiện thuận lợi cho enzyme hoạt động và hạ pH về pH tối
ưu cho enzyme.
Công đoạn gia nhiệt nồi malt như sau:
Sau công đoạn nhập liệu, nồi malt được gia nhiệt lên 50oC – đây là nhiệt tối ưu
cho sự hoạt động của enzyme protease và nhiệt này được giữ trong 10 phút kết
hợp khuấy đảo (thủy phân protein thành các acid amin).
Nhiệt được nâng tiếp lên 65oC và giữ trong 15 phút, lúc này pH của dịch phải
đạt từ 5.3 – 5.5 nhằm tạo điều kiện tối ưu cho β-amylase trong malt hoạt động
để phân cắt tinh bột thành maltose và dextrin.
Nhiệt được nâng tiếp lên 75oC và giữ trong 30 phút là điều kiện tốt nhất cho sự
hoạt động của α-amylase giúp thủy phân tinh bột thành dextrin bậc thấp, glucose
và maltose.
Kết thúc quá trình nhiệt được nâng lên 76oC và bơm sang thùng lọc.
Việc nâng nhiệt độ nhiều lần là tạo điều kiện hoạt động cho các enzyme hoạt
động, phát huy hết hoạt lực của enzyme do mỗi enzyme chỉ thích nghi với điều kiện
nhiệt độ xác định.
e) Lọc dịch đƣờng và rửa bã
10
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Mục đích của quá trình lọc là tách phần dịch đường ra khỏi bã và rửa bã bằng
nước nóng ở 76oC để tăng hiệu suất thu hồi đường.
Công đoạn này sử dụng thùng lọc Lautertun áp dụng sự chênh lệch áp suất phía
trên và dưới màng lọc. Dịch đường sẽ tự chảy qua lớp lọc để ra ngoài.
Các bước của giai đoạn lọc:
Dịch đường trước khi bơm sang thùng lọc được kiểm tra các chỉ tiêu.
Trước khi tiến hành lọc, một lượng nước ở nhiệt độ 80oC được bơm vào làm lớp
lót phía dưới thùng lọc tạo màng lọc.
Dịch lọc được bơm tuần hoàn trong thời gian 8 – 10 phút đến khi đạt độ trong
mong muốn thì chuyển qua nồi hoa
Bên cạnh qúa trình lọc có tiến hành rửa bã, các công đoạn rửa bã được chia làm 3
lần với sự lặp di lặp lại của quá trình nâng hạ cánh khuấy. Quá trình rửa bã ở lần 3 có
tiến hành kiểm tra đường sót, quá trình rửa bã chỉ kết thúc khi lượng dịch lọc đạt thể
tích và độ trong yêu cầu. Trong quá trình này bã sẽ làm tắc các mương mao dẫn vì vậy
cần tiến hành làm lại lớp lọc.
f) Houblon hóa
Mục đích của quá trình này là trích ly chất đắng và chất thơm trong hoa houblon
vào dịch đường.
Các bước tiến hành của quá trình houblon hóa như sau:
Dịch đường được chuyển từ nồi lọc sang sẽ nồi hoa và được đun sôi.
Khi dịch đạt ≥ 95oC, thực hiện cấp hoa lần 1 hoa houblon dạng cao đồng thời
nâng nhiệt nồi sối hoa lên 100oC nhằm nâng cao hiệu suất trích ly.
Cấp hoa lần 2 với mục tiêu trích ly tinh dầu tạo cho bia có mùi thơm đặc trưng và
tạo màu cho dịch đường, việc cấp hoa lần 2 vào 20 phút trước khi kết thúc đun sôi
11
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
và 5 phút trước khi kết thúc đun sôi. Trong quá trình này bổ sung thêm ZnCl2 và
caramel tùy thuộc theo cường độ màu của dịch đường trước sôi để lựa chọn lượng
phù hợp. Mục đích của việc bổ sung là lượng chất bổ sung sẽ tham gia vào quá
trình sinh tổng hợp protein tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nấm men
trong giai đoạn tăng sinh và tạo màu đặc trưng cho sản phẩm.
Quá trình hoàn tất khi nồng độ dịch đường từ 13.2 – 13.3, lúc này toàn bộ lượng
dịch được bơm qua nồi lắng xoáy.
g) Lắng cặn và làm lạnh nhanh
Sau quá trình houblon hóa dịch đường ở 101oC sẽ được chuyển sang nồi lắng
xoáy qua đường ống dịch theo phương tiếp tuyến với nồi lắng xoáy. Cặn và chất hòa
tan có khối lượng lớn dưới lực ly tâm sẽ xoáy và giữa thiết bị và lắng xuống đáy. Phần
dịch trong nhẹ sẽ văng ra xung quanh và được bơm sang thiết bị lạnh nhanh.
Mục đích của quá trình lạnh nhanh dịch đường là để hạ nhiệt độ của dịch đường
về nhiệt độ thích hợp của nhiệt độ lên men là 9oC. Công đoạn lạnh nhanh được thực
hiện bằng việc cho dịch đường nóng trao đổi nhiệt với dòng nước lạnh 2oC đi ngược
chiều nhau. Trong quá trình này có bổ sung O2 để tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men
phát triển tạo sinh khối ban đầu. Kết thúc quá trình lạnh nhanh nhiệt độ của dịch đường
vào khoảng 6 – 8oC.
1.3.1.3.
Quá trình lên men
Quá trình lên men bao gồm 2 giai đoạn là lên men chính và lên men phụ. Cả hai
giai đoạn này đều diễn ra trong cùng lô lên men.
Lên men chính: đây là quá trình chuyển đường và dextrin bậc thấp sang
rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm khác thông qua sự hỗ trợ của nấm
men.
12
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Lên men phụ: là quá trình chuyển hóa tiếp đường còn sót lại sau quá trình
lên men chính để tạo thành CO2 và các sản phẩm phụ khác. Quá trình lên
men phụ giúp ổn đinh bọt, hàm lượng CO2, tạo hương thơm và độ trong
cho bia thành phẩm.
Về nguyên tắc hoạt động của quá trình lên men:
Dịch đường houblon hóa sau làm lạnh nhanh được bổ sung thêm O2 để tạo điều
kiện thuận lợi cho sự phát triển ban đầu của nấm men. Dịch lạnh được bơm vào tank
lên men qua van đáy, mật độ tế bào 1h sau đầy tank phải đạt từ 15 – 25 triệu tế bào/ml.
Dịch lên men và men giống được đưa vào cùng một lúc phía dưới đáy tank. Chất tải
lạnh đi qua các áo lạnh để đảm bảo nhiệt đồng đều trong tank. Quá trình lên men sinh
khí CO2 làm tăng áp suất vì vậy CO2 được thu hồi qua cửa thu hồi khí CO2. Áp suất
trong tank được điều chỉnh ở 0.8 Bar.
Quá trình lên men chính chia là 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Nấm men tăng sinh khối thông qua việc sử dụng oxy để phân
giải đường theo con đường hiếu khí. Hàm lượng chất khô trong dung dịch
đường giảm đi. Lúc này bọt khí CO2 nổi lên làm tăng áp suất của tank lên
men.
Giai đoạn 2: Sinh khối nấm men tăng lên cực đại đảm bảo thực hiện quá
trình lên men yếm khí để chuyển đường glucose thành rượu. Lượng khí
CO2 giai đoạn này sinh ra nhiều hơn. Hàm lượng chất khô giảm đi.
Giai đoạn 3: Hàm lượng chất khô giảm đi nhanh chóng. Nhiệt độ khối
dung dịch có xu hướng tăng, do vậy lúc này tank được làm lạnh để duy trì
nhiệt độ lên men.
Giai đoạn 4: Giai đoạn cuối của quá trinh lên men, tốc độ lên men lúc này
giảm dần, lượng chất khô theo ngày giảm dần. Nhiệt độ dung dịch hạ nhiệt
13
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
và lượng CO2 sinh ra ít hơn. Lượng nấm men cùng với cặn lắng xuống đáy
tank và chia thành 2 lớp: lớp trên là nấm men sống, lớp dưới là cặn lớn và
nấm men chết.
Quá trình lên men phụ - quá trình này bao gồm các quá trình sinh lý, hóa sinh và
hóa lý của lên men chính nhưng ở tốc độ chậm vì nhiệt độ thấp hơn và lượng nấm men
ít hơn. Lên men phụ là quá trình lên men tiếp nhằm chuyển hóa phần đường có khả
năng lên me còn tồn tại trong bia non. Đây cũng là quá trình khử diacetyl, giảm hàm
lượng aldehid và hàm lượng rượu bậc cao, phản ứng tạo este để tăng chất lượng cảm
quan của sản phẩm. Quá trình này kéo dài từ 12 – 14 ngày. Nhiệt độ được duy trì từ 0 –
2oC và áp suất là 0.8 – 1.2 bar.
Quá trình lên men phụ - tàng trữ bia cực kỳ quan trọng trong việc kết lắng cặn.
Thời gian dài và nhiệt độ thấp là các điều kiện quan trọng nhất để thu được bia có độ
bền keo và chất lượng cao. Thời gian tàng trữ bia càng dài, độ trong của bia sẽ tăng lên.
Áp suất trong quá trình lên men phụ giảm, quá trình này yêu cầu phải bổ sung thêm
CO2 với mục đích đảm bảo áp suất – bão hòa khí CO2 đảo trộn đều khối dịch.
1.3.1.4.
Quá trình lọc và bão hòa khí CO2
Mục đích quá trình là loại bỏ các tạp chất và xác nấm men trong bia đảm bảo cho
bia được trong và không có mùi vị lạ.
Quá trình lọc bia được tiến hành như sau:
Nước được đưa vào thùng chứa bột trợ lọc với tỷ lệ bột/nước = 1/5. Lúc này cánh
khuấy được mở để tiến hành hòa tan khối bột. Ở hệ thống điều khiển thiết bị bật
quá trình tạo màng lần 1, bật van hút và tiến hành đổ bột Hyflo Supercel. Khi bột
tan hết tiến hành phủ bột lần 2 và bổ sung bằng bột Standard Supercel.
14
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Bia từ tank lên men và được bơm qua máy lọc, lúc này bia sẽ đuổi nước trong
thiết bị lọc và được tuần hoàn đến khi độ màu bia đat yêu cầu thì chuyển tiếp sang
máy lọc PVPP.
Ở thiết bị lọc PVPP bia được chia thành 2 dòng tuần hoàn riêng biệt với mục đích
loại bỏ các hạt PVPP lơ lửng.
Bão hòa khí CO2: Công đoạn này diễn ra ở tank BBT – tank bia thành phẩm. Bia
sau lọc được chuyển sang tank.
BBT lúc này nhiệt độ của bia được hạ xuống 0oC rồi cho CO2 cho đến khi áp suất
trong thùng nạp CO2 đạt 4 – 5 kg/cm2. Quá trình nạp CO2 được thực hiện bằng cách
sục từ dưới lên trên ngược chiều với dòng chảy của bia nhằm làm cho bia dễ dàng hấp
thụ CO2 hơn sau đó qua công đoạn chiết.
1.3.1.5.
Quá trình chiết
Quá trình chiết chai bao gồm 5 công đoạn nhỏ như sau: Rửa chai Chiết chai
Dập nút Thanh trùng Xếp két.
a) Rửa chai
Công đoạn rửa chai nhằm loại bỏ toàn bộ nhãn, cặn bẩn trong và ngoài chai và
đảm bảo chai được vô trùng trong quá trình chiết bia. Chai được rửa bằng thiết bị rửa
chai, chai được ngâm, phun trong và ngoài bằng nước và bằng chất tẩy rửa rồi cuôi
cùng tráng lại bằng nước để loại bỏ chất tẩy rửa.
b) Chiêt chai
Bia được chiết vào chai thông qua thiết bị chiết đẳng áp có nghĩa là áp suất trong
chai và trong bể chứa bia của máy chiết cân bằng, do đó bia đi vào chai dưới tác động
của trọng lực. Bia được dẫn xuống đáy chai do vậy giảm khả năng hấp thụ O2 vào bia.
c) Dập nút
15
Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Huy Bảo
Kết thúc quá trình chiết, bia chai được xiết nắp. Thiết bị cho công đoạn này gắn
liền với thiết bị chiết chai. Nắp được giữ bởi nam châm và nhờ tác động của đầu xiết
các rang của nắp chai được ép sát vào miệng chai và khi đó đầu xiết được nâng lên để
chai qua công đoạn tiếp theo.
d) Thanh trùng
Thanh trùng là công đoạn cuối cùng cho phần lớp các quy trình chế biến. Thanh
trùng có nhiệm vụ là tiêu diệt tế bào vi sinh vật, ổn định chất lượng của sản phẩm, tăng
thời gian bảo quản thông qua xử lý nhiệt. Nhiệt độ thanh trùng cho bia là 65oC trong 40
– 45 phút.
Công đoạn thanh tùng diễn ra như sau: bia sau khi dập nắp được chuyển đến vòi
phun để làm sạch bia trên chai rồi đưa qua thiết bị thanh trùng. Bia lạnh được đưa vào
khoang nâng nhiệt để lên đến nhiệt độ thanh trùng trong 10 phút sau đó qua khoang
nhiệt độ thanh trùng chính và bia ở giai đoạn này 20 phút và qua khoang họa nhiệt
bằng nhiệt độ chai đi vào. Thời gian lưu trong khoang hạ nhiệt là 10 phút. Kết thúc quá
trình, bia chai theo băng tải vào bộ phận dán nhãn vào thân và cổ chai sau đó qua máy
xếp két và lưu kho hoặc xuất xường.
1.3.2. Tình hình tiêu thụ năng lựơng trong nhà máy bia
Năng lượng sử dụng trong nhà máy bia bao gồm các 3 dạng chính là điện, nhiệt
và lạnh, trong đó năng lượng nhiệt và lạnh được sử dụng ở nhiều quá trình và các công
đoạn khác nhau trong nhà máy bia. Theo dữ liệu của U.S. Environmental Protection
Agency (EPA) thì hệ thống làm lạnh, quá trình bao gói, và hệ thống nén khí sử dụng
đến 70% lượng điện của nhà máy bia, bên cạnh đó nhà nấu chiếm đến 45% lượng khí
đốt tự nhiên trong đó thì 30 – 40% lượng hơi được sử dụng cho nồi nấu hoa.
Cũng theo luận văn của thạc sĩ Lê Viết Thắng về nghiên cứu hệ thống tiết kiệm
năng lượng cho nhà nấu bia thực hiện tại Nhà máy bia Thanh Hóa, thì lượng nhiệt tổn
16
