TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA HÓA HỌC ---------------o0o--------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ NHÀ MÁY BIA NĂNG SUẤT 30 TRIỆU LÍT/NĂM, LÊN MEN THEO PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI Giáo viên hướng dẫn : GS.TS Hoàng Đình Hoà Sinh viên thực hiện : Lương Thị Hậu Lớp : 47K – Công nghệ thực phẩm Vinh, 2011 1 LỜI CẢM ƠN Quá trình làm đồ án đã giúp em có thêm nhiều hiểu biết về công nghệ sản xuất bia theo phương pháp lên men hiện đại, một ngành sản xuất hiện vẫn còn là tiềm năng và hứa hẹn phát triển ở nước ta. Được sự giúp đỡ tận tình của GS.TS Hoàng Đình Hòa, đồ án của em đã hoàn thành. Do kinh nghiệm bản thân còn ít và thời gian có hạn đồ án của em chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô để em hoàn thiện kiến thức và rút ra được nhiều kinh nghiệm hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 1 năm 2011 Sinh viên Lương Thị Hậu 2 MỤC LỤC Mục lục . Mở đầu 1 Phần một: Lập luận kinh tế kỹ thuật .3 I.1 Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới và tại Việt Nam 3 I.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới .3 I.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam 4 I.1.2.1 Tình hình sản xuất bia trong nước 4 I.1.2.2 Số lượng cơ sở sản xuất .4 I.1.2.3 Thương hiệu bia .5 I.1.2.4 Công nghệ và thiết bị 5 I.1.2.5 Định hướng phát triển của nền công nghiệp bia Việt Nam 5 I.2 Chọn loại sản phẩm, địa điểm xây dựng, vùng nguyên liệu và thi trường .6 I.2.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy 6 I.2.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu .6 I.2.3 Hệ thống thoát nước 7 I.2.4 Nguồn cung cấp điện, nước, lạnh 7 I.2.5 Nguồn cung cấp nhiên liệu 7 I.2.6 Nguồn nhân lực .7 I.2.7 Giao thông vận tải .7 I.2.8 Thị trường tiêu thụ sản phẩm 8 Phần hai: Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 II.1 Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm .9 II.1.1 Chỉ tiêu cảm quan 9 II.1.2 Chỉ tiêu hóa lý 9 II.1.3 Chỉ tiêu vi sinh vật .9 II.2 Chọn nguyên liệu sản xuất bia 10 II.2.1 Malt đại mạch 10 II.2.2 Gạo .11 II.2.3 Hoa Huoblon 13 II.2.4 Nước 14 II.2.5 Nấm men 15 II.2.6 Nguyên liệu phụ trợ khác .16 II.3 phương pháp lên men .17 II.3.1Phương pháp lên men hiện đại .17 II.4 Thuyết minh dây chuyền sản xuất 19 II.4.1 Làm sạch 20 II.4.2 Nghiền nguyên liệu 20 II.4.2.1 Nghiền malt 20 II.4.2.2 Nghiền gạo 20 II.4.3 Quá trình hồ hóa và đường hóa .21 II.4.3.1 Hồ hóa .21 II.4.3.2 Đường hóa 21 II.4.4 Lọc dịch đường 22 II.4.5 Nấu hoa 23 II.4.6 Lắng xoáy 24 3 II.4.7 Lạnh nhanh 24 II.4.8 Bão hòa O 2 vào dịch lên men .25 II.4.9 Quá trình lên men 25 II.4.9.1 Chuẩn bị men giống 25 II.4.9.2 Quá trình lên men .26 II.4.10 Lọc bia .27 II.4.11 Tàng trữ và ổn định tính chất của bia 27 II.4.12 Hoàn thiện sản phẩm .28 II.5 Quy trình công nghệ xử lý nước cấp, nước thải .29 II.5.1 Xử lý nước cấp 29 II.5.2 Xử lý nước thải 29 Phần ba: Lập kế hoạch sản xuất và tính cân bằng sản phẩm .31 III.1 Lập kế hoạch san xuất .31 III.2 Tính cân bằng sản phẩm 32 III.2.1 Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia chai .32 III.2.1.1 Tính lượng gạo và lượng malt .32 III.2.1.2 Tính lượng bã gạo và bã malt 33 III.2.1.3 Lượng nước dùng trong nấu và rửa bã 34 III.2.1.4 Lượng hoa sử dụng 36 III.2.1.5 Lượng men giống sử dụng 36 III.2.1.6 Các nguyên liệu khác .36 III.2.2 Hóa chất vệ sinh 40 III.2.2.1 Hóa chất vệ sinh các nồi nấu .40 III.2.2.2 Hóa chất vệ sinh các thiết bị lên men, tàng trữ bia 40 Phần bốn: Tính và chọn thiết bị .41 IV.1 Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu 41 IV.1.1 Cân nguyên liệu 41 IV.1.2 Gàu tải 41 IV.1.3 Máy nghiền .41 IV.1.4 Nồi hồ hóa 42 IV.1.5 Nồi đường hóa 44 IV.1.6 Thùng lọc đáy bằng 45 IV.1.7 Nồi trung gian 46 IV.1.8 Nồi nấu hoa 47 IV.1.9 Thùng lắng xoáy .48 IV.1.10 Thiết bị lạnh nhanh và sục khí .49 IV.1.11 Thùng nước nấu 49 IV.1.12 Hệ thống nước nấu .50 IV.1.13 Tính và chọn bơm 51 IV.2 Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng lên men .53 IV.2.1Tank lên men .53 IV.2.2 Thiết bị nhân men giống 54 IV.2.2.1 Thiết bị nhân giống cấp II .54 IV.2.2.2 Thiết bị nhân mne giống cấp I .55 IV.2.3 Thiết bị rửa men sữa kết lắng .55 IV.2.4 Thiết bị hoạt hóa men .56 IV.2.5 Hệ thống CIP lạnh 57 4 IV.3 Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng hoàn thiện 58 IV.3.1 Thiết bị lọc tong bia .58 IV.3.2 Thùng tàng trữ và bão hòa CO 2 .59 IV.3.3 Hệ thống chiết chai 59 Phần năm: Tính toán nhu cầu năng lượng, nhu cầu nước của nhà máy .63 V.1 Tính nhiệt lạnh 63 V.1.1 Lượng nhiệt lạnh cần cấp cho thiết bị lạnh nhanh .63 V.1.2 Lượng nhiệt lạnh cấp cho khu tank lên men 63 V.1.2.1 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính 63 V.1.2.2 Lượng nhiệt lạnh cần cấp để hạ nhiệt độ dịch 65 V.1.2.3 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men phụ .65 V.1.3 Lượng nhiệt lạnh cấp cho hệ thống cấp men giống .66 V.1.3.1 Lượng nhiệt lạnh cần cấp để tái sử dụng men kết lắng 66 V.1.3.2 Lượng nhiệt lạnh cần cấp để nhân men 67 V.1.4 Lượng nhiệt lạnh cấp cho phân xưởng hoàn thiện 69 V.1.5 Hệ thống lạnh 70 V.2 Tính hơi 72 V.2.1 Lượng hơi cấp cho nồi hồ hóa .72 V.2.2 Lượng hơi cấp cho nồi đường hóa .73 V.2.3 Lượng hơi cấp cho nồi nấu hoa .74 V.2.4 Lượng hơi cấp cho thiết bị đun nước nóng .75 V.2.5 Lượng hơi cấp cho phân xưởng hoàn thiện .75 V.2.6 Lượng nhiên liệu cho nồi hơi 76 V.3 Tính nước .78 V.3.1 Lượng nước dùng cho phân xưởng nấu .78 V.3.2 Lượng nước dùng cho phân xưởng lên men 78 V.3.3 Lượng nước dùng cho phân xưởng hoàn thiện 78 V.3.4 Lượng nước dùng cho các hoạt động khác của nhà máy .78 V.4 Tính điện .80 V.4.1 Phụ tải chiếu sáng 80 V.4.2 Phụ tải sản xuất 81 V.4.3 Xác định các thông số của hệ thống điện 82 V.4.4 Tính điện năng tiêu thụ hàng năm .82 V.4.4.1 Điện năng thắp sáng hàng năm .82 V.4.4.2 Điện năng tiêu thụ cho sản xuất hàng năm .83 V.4.4.3 Điện năng tiêu thụ cả năm 83 Phần sáu: Thuyết minh xây dựng nhà máy 84 VI.1 Phân tích và lựa chọn địa điêm xây dựng .84 VI.2 Thiết kế mặt bằng nhà máy .86 VI.2.1 Tính toán các hạng mục công trình 86 VI.2.1.1 Khu vực sản xuất .86 VI.2.1.1.1 Nhà sản xuất chính .86 VI.2.1.1.2 Khu tank lên men .86 VI.2.1.1.3 Nhà hoàn thiện sản phẩm .87 VI.2.1.2 Kho hàng .87 VI.2.1.2.1 Kho chứa nguyên liệu 87 VI.2.1.2.2 kho chứa thành phẩm .88 5 VI.2.1.3 Các phân xưởng phụ trợ sản xuất 89 VI.2.1.3.1 Trạm biến áp 89 VI.2.1.3.2 Xưởng cơ điện 89 VI.2.1.3.3 Nhà đặt hệ thống lạnh, hệ thống thu hồi CO 2 và cấp khí nén 89 VI.2.1.3.4 Phân xưởng hơi 90 VI.2.1.3.5 Khu xử lý nước cấp 90 VI.2.1.3.6 Khu xử lý nước thải .90 VI.2.1.3.7 Bãi vỏ chai .90 VI.2.1.4 Các công trình khác .90 VI.2.1.4.1 Nhà hành chính .90 VI.2.1.4.2 Nhà giới thiệu sản phẩm 91 VI.2.1.4.3 Hội trường 91 VI.2.1.4.5 Nhà ăn, căng tin 91 VI.2.1.4.6 Gara ô tô 92 VI.2.1.4.7 Nhà để xe của nhân viên 92 VI.2.1.4.8 Phòng bảo vệ 92 VI.2.1.4.9 Nhà vệ sinh 92 VI.2.2 Bố trí các hạng mục công trình 94 VI.2.3 Tính toán và đánh giá các thông số xây dựng 94 VI.2.4. Thiết kế phân xưởng sản xuất chính .95 VI.2.4.1. Đặc điểm và cách bố trí các thiết bị trong phân xưởng sản xuất chính 95 VI.2.4.2 Thiết kế xây dựng phân xưởng sản xuất chính .95 Phần bảy: Tính toán kinh tế .97 VII.1 Phân tích thị trường 97 VII.2 Tính các chỉ tiêu dự án đầu tư 98 VII.2.1 Nhu cầu vốn đầu tư .98 VII.2.1.1 Vốn lưu động .98 VII.2.1.1.1 Tiền lương .98 VII.2.1.1.2 Chi phí nhiên liệu, năng lượng 100 VII.2.1.1.3 Chi phí marketing 100 VII.2.1.2 Vốn cố định .100 VII.2.1.2.1 Vốn đầu tư cho xây dựng .100 VII.2.1.2.2 Vốn đầu tư mua dây chuyền thiết bị . 102 VII.2.1.2.3 Tiền đầu tư mua phương tiện vận tải .103 VII.2.1.2.4 Tiền đầu tư ban đầu để mua chai, két .103 VII.2.1.2.5 Khấu hao tài sản cố định .103 VII.2.1.3 Nguồn vốn .104 VII 2.2 Tính giá thành sản phẩm .105 VII.2.2.1 Chi phí vận hành .105 VII.2.2.1.1 Chi phí nguyên vật liệu 105 VII.2.2.1.2 Chi phí nhân công trực tiếp 106 VII.2.2.1.3 Chi phí sản xuất chung .106 VII.2.2.1.4 Chi phí tiêu thụ sản phẩm 106 VII.2.2.1.5 Chi phí quản lý doanh nghiệp 106 VII.2.2.2 Các nguồn thu, chi khác 107 VII.2.2.2.1 Thu nhập từ việc bán các sản phẩm phụ của nhà máy .107 VII.2.2.2.2 Chi phí tiền vốn 107 6 VII.2.2.3 Giá thành sản phẩm .106 VII.2.2.4 Giá bán 107 VII.2.2.5 Thu nhập trước thuế của dự án .108 VII.2.3 Tính thời gian thu hồi vốn .109 Phần tám: Vệ sinh an toàn lao động .110 VIII.1 Vệ sinh .110 VIII.1.1 Vệ sinh cá nhân 110 VIII.1.2 Vệ sinh thiết bị nhà xưởng .110 VIII.2 An toàn lao động .111 VIII.2.1 Chống khí độc trong nhà máy .111 VIII.2.2 Chống ồn và rung động 111 VIII.2.3 An toàn điện trong sản xuất 112 VIII.2.4 An toàn khi thao tác vận hành một số thiết bị phòng cháy chữa cháy 112 Kết luận .113 Tài liệu tham khảo chính 115 MỞ ĐẦU Bia là một loại đồ uống giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp. Bia có màu sắc, hương vị đặc trưng nên dễ dàng phân biệt với các loại đồ uống khác. Trong bia có chứa hệ enzim khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hóa amylaza. Vì vậy khi uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khỏe, ăn ngon, dễ tiêu hóa mà còn giảm được sự mệt mỏi sau một ngày làm việc mệt nhọc. Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển, nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm chí đã trở thành loại nước giải khát không thể thiếu hàng ngày đối với mỗi người dân Phương Tây. Bia được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon,…với một quy trình công nghệ khá đặc biệt nên bia có các tính chất cảm quan rất hấp dẫn đối với con người: Hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn và với hàm lượng CO 2 khá cao (4 – 5 g/l) giúp cơ thể con người giải khát một cách triệt để khi ta uống. Ngoài ra trong bia còn chứa vitamin B 1, B 2, B 6 , C…rất nhiều vitamin PP và các axit amin cần thiết cho cơ thể, các chất khoáng. Chính vì vậy, từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộc được rất nhiều người ưa thích. Trong những năm gần đây, nhu cầu uống bia của con người ngày một tăng nhanh, cùng với sự phát triển của ngành công nghệ sinh học, công nghệ sản xuất bia đã có những bước tiến nhảy 7 vọt. Nhiều cải tiến về công nghệ đã được áp dụng vào sản xuất bia, đã nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ngày nay, ngành sản xuất bia Việt Nam cũng như các nhà máy bia liên doanh hay các hãng bia nước ngoài luôn luôn không ngừng mở rộng, cải tiến, xây dựng nhà máy mới phù hợp và nâng cao chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu chung, với xu hướng cạnh tranh và chiếm lĩnh thị trường. Hơn nữa, bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả năng thu hồi vốn nhanh và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triển công nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng các thiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho người tiêu dùng các loại bia có chất lượng cao, giá thành phù hợp là vô cùng cần thiết. Trong bản đồ án này Em trình bày thiết kế nhà máy bia chai năng suất 30 triệu lít/ năm, lên men theo phương pháp hiện đại. Đây là một nhà máy với năng suất nhỏ, nếu được trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năng thích ứng linh hoạt với qui mô sản xuất nhỏ và có khả năng mở rộng qui mô sản xuất. 8 PHẦN MỘT LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT I.1 Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới và tại Việt Nam I.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới Trong các loại đồ uống giải khát hiện nay bia rất được ưa chuộng , được phổ biến rộng rãi trên thế gới và sản lượng tiêu thụ ngày càng tăng. Hiện nay trên thế giới có trên 25 nước sản xuất bia với với sản lượng trên 100 tỷ lít/năm. Trong đó, Mỹ, Đức, mỗi nước sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm, Trung Quốc 7 tỷ lít/năm… Sản lượng trên thế giới lớn hơn 150 tỷ lít/năm với mức tiêu thụ bia bình quân ở các nước này là khá cao khoảng 100 lít/người/năm. Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiên tiến trong năm 2007 như sau: Cộng hòa Czech: 156,9 lít/người/năm, Đức: 115,8 lít/người/năm, Úc: 109,9 lít/người/năm, Áo: 108,3 lít/người/năm… Tổng lượng tiêu thụ trên thế giới năm 2003 khoảng 144,296 triệu kl, năm 2004 khoảng 150,392 triệu kl (tăng 4,2 %). Lượng bia tiêu thụ tăng hầu khắp các vùng ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy lượng tiêu thụ trên toàn thế giới tăng lên. Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung Quốc, Thái Lan, Philipin với tốc độ tăng đến 11,2 %. Châu Á là một trong những khu vực có lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng châu Á đang dần giữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia 9 trên thế giới. Ở các nước như Trung Quốc, Nhật Bản sản lượng bia đạt 7 – 10 tỷ lít/năm, trung bình 171 lít/người/năm. Trong khi sản xuất ở châu Âu có giảm (khoảng 4%), thì ở châu Á trước kia có mức tiêu thụ trên đầu người thấp, đến nay đã tăng bình quân 7%/năm. Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipin 22,2%, Malaysia 21,7%/năm, Indonexia 17,7%/năm. Đây là những nước có tốc độ tăng nhanh trong khu vực. Các nước xung quanh như Singapore đạt 18 lít/người/năm, Philipin đạt 20 lít/người/năm…(Theo số liệu của hiệp hội bia rượu – nước giải khát Việt Nam). Công nghiệp bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự tăng trưởng của ngành công nghiệp bia châu Á. Từ năm 1980 đến năm 1990 sản lượng bia tăng từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít tức là tăng 17 lần. Thời kỳ từ năm 1981 đến 1987 mức tăng trưởng trên 20% (Theo số liệu của hiệp hội bia rượu – nước giải khát Việt Nam). Đến năm 2004 tổng lượng bia tiêu thụ ở Trung Quốc là 28,640 triệu lít xếp thứ hạng đầu tiên trên thế giới. Tổng lượng bia tiêu thụ ở các nước khu vực châu Á trong năm 2004 đạt 43,147 triệu lít, tăng 11,2 % so với năm 2003. Do thị trường bia trên thế giới đang phát triển một cách năng động, các hãng bia sử dụng các chiến lược kinh doanh khác nhau. Tại Mỹ và châu Âu, do thị trường bia đã ổn định, chiến lược kinh doanh bia là dành thị phần giảm chi phí sản xuất. Ngược lại, Trung Quốc là nơi thị trường đang tăng trưởng (nhất là các loại bia chất lượng cao) chiến lược là phát triển sản xuất tăng sản lượng và nâng cao chất lượng. I.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam Ở Việt Nam bia mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỷ 20, nhưng là một nước nằm trong vùng nhiệt đới cận xích đạo đã tạo điều kiện thuận lợi để ngành công nghiệp bia tồn tại và ngày càng phát triển. Từ ban đầu chỉ có các nhà máy bia Sài Gòn (thành lập từ năm 1875) và nhà máy Hà Nội (thành lập từ năm 1890). I.1.2.1 Tình hình sản xuất bia trong nước Trong những năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như độ tăng trưởng GDP (tổng sản phẩm quốc nội), tốc độ tăng đân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư…mà ngành công nghiệp bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như năm 2003 sản lượng bia đạt 1290 triệu 10 . cần thiết. Trong bản đồ án này Em trình bày thiết kế nhà máy bia chai năng suất 30 triệu lít/ năm, lên men theo phương pháp hiện đại. Đây là một nhà máy. TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA HÓA HỌC ---------------o0o--------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ NHÀ MÁY BIA NĂNG SUẤT 30 TRIỆU LÍT/NĂM, LÊN MEN THEO PHƯƠNG PHÁP