BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
“Thiết kế nhà máy bia lên men bằng phương pháp cổ
điển với năng suất 20 triệu lít/năm”
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Bia là loại nước uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp
một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzim phong phú, kích thích
tiêu hoá cho cơ thể con người.
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và
nước với một quy trình công nghệ khá đặc biệt. Ngoài ra để tăng hiệu quả kinh tế
cũng như đa dạng hoá sản phẩm, các nhà máy sản xuất bia còn dùng một số loại
nguyên liệu thay thế như: đại mạch chưa nảy mầm, gạo, ngô đã tách phôi,
Ngày nay, do phương pháp thực hiện, do nguyên liệu, do nấm men sử dụng
khác nhau mà có rất nhiều loại bia khác nhau. Mỗi loại được đặc trưng bởi mùi, vị,
màu sắc, độ rượu khác nhau.
Nước ta có khí hậu nhiệt đới nên nhu cầu sử dụng bia khá nhiều. Lượng bia
tiêu thụ trong cả nước tăng vọt trong những năm qua. Sự phát triển của nền kinh tế
làm mức sống trong nhân dân tăng cao. Nhu cầu thị trường đòi hỏi sản xuất ra
những loại bia đặc biệt có chất lượng cao.
Với những yêu cầu trên, tôi đã lựa chọn đề tài “Thiết kế nhà máy bia lên
men bằng phương pháp cổ điển với năng suất 20 triệu lít/năm”. Đây là phương
pháp lên men dài ngày trong thiết bị lên men chính và lên men phụ được đặt trong
phòng lạnh có nhiệt độ xác định nên cho sản phẩm có chất lượng cao. Sản phẩm
được sản xuất ra để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng, góp phần vào sự phát triển
của nền kinh tế quốc dân.
Chương I. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các
điều kiện khác, tôi quyết định xây dựng nhà máy bia tại khu công nghiệp Phú Tài,
thuộc phường Trần Quang Diệu, thành phố Qui Nhơn, tỉnh Bình Định.
1.1 Đặc điểm tự nhiên:

1.6 Thoát nước:
Nước thải của nhà máy chứa nhiều chất hữu cơ, là điều kiện dễ dàng cho vi
sinh vật phát triển. Nếu thải trực tiếp ra ngoài sẽ gây ô nhiễm môi trường. Do đó,
nước thải trong các phân xưởng chảy ra sẽ được qua hệ thống xử lý nước thải của
nhà máy trước khi thải ra đường cống nước thải của khu công nghiệp.
1.7 Hệ thống giao thông vận tải:
Giao thông vận tải là vấn đề rất cần thiết đối với hoạt động của nhà máy.
Nhà máy phải vận chuyển một khối lượng lớn nguyên liệu, nhiên liệu, cũng như vận
chuyển sản phẩm đến nơi tiêu thụ.
Vị trí nhà máy đặt trên quốc lộ 1A, cách ga Diêu Trì 1Km, cách ngã ba
tuyến giáp với quốc lộ 19 đi các tỉnh Tây Nguyên 8 Km, đồng thời cách cảng biển
Qui Nhơn 10 Km nên rất thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu và phân phối
sản phẩm.
1.8 Hợp tác hoá:
Trong sản xuất bia có một lượng lớn phế phẩm giàu chất dinh dưỡng như
bã malt, men bia. Bã malt là nguồn nguyên liệu rất tốt để sản xuất thức ăn gia súc,
có giá trị đối với nông nghiệp. Men bia rất giàu chất dinh dưỡng, làm thức ăn cho
gia súc. Các sản phẩm cặn lắng, bã hoa còn là nguyên liệu làm phân bón tốt để cung
cấp cho nông dân tỉnh lân cận.
1.9 Nguồn nhân lực:
Việc xây dựng nhà máy bia góp phần giải quyết công việc cho người dân
trong tỉnh. Công nhân trong nhà máy chủ yếu tuyển người địa phương. Cán bộ quản
lý và kỹ thuật của nhà máy có thể tuyển từ các trường đại học như: Đà Nẵng, Qui
Nhơn, Nha Trang.
1.10 Thị trường tiêu thụ sản phẩm:
Bia thành phẩm của nhà máy sản xuất sẽ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của
nhân dân địa phương, tiêu thụ trong nước và có thể xuất khẩu ra nước ngoài.
1.11 Thiết bị:
Nhà máy có thể nhập thiết bị từ nước ngoài để đảm bảo qui trình công
nghệ. Tuy nhiên, có thể tự gia công chế tạo một số thiết bị trong nước để giảm bớt

- Sạch, có mùi thơm đặc trưng, có vị ngọt, màu vàng sáng đồng đều. Không
được có mùi vị lạ, không mốc, không hôi khói.
- Kích thước hạt malt phải đồng đều: hạt trên sàng 2,8 mm và chiếm 94%,
hạt dưới sàng 2,2 mm không quá 0,5%.
- Khối lượng riêng của malt: 520÷600 g/l
- Độ ẩm của malt không quá 6%
- Malt có thời gian đường hoá 10÷35 phút, hoạt lực amylaza là 100÷300
đơn vị.
Malt sau khi nhập từ nước ngoài về được bảo quản trong kho với thời gian
dự trử sản xuất khoảng một tháng.
2.2 Hoa houblon:
2.2.1 Vai trò:
Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia. Làm
cho bia có vị đắng dễ chịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ
bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
Trong sản xuất bia người ta sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì hoa đã thụ
phấn sẽ tạo hạt làm giảm chất lượng bia. Hoa được sử dụng dưới nhiều dạng khác
nhau: dạng hoa nguyên cánh, hoa viên, cao hoa,… Tuy nhiên, không sử dụng 100%
cao hoa vì sẽ làm cho mùi, vị của bia bị giảm sút.
Nhà máy sử dụng hoa houblon ở dạng hoa nguyên và dạng viên. Sử dụng
hoa nguyên có ưu điểm là bảo toàn được chất lượng, nhưng đồng thời cũng có
nhược điểm là giá thành cao, khó bảo quản.
2.2.1 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 hoa houblon, các tanin và
tinh dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số các chất khác như: protein, mỡ, sáp,
các tạp chất phi protein.
- Nhựa hoa là thành phần chính, bao gồm nhựa cứng và nhựa mềm: nhựa
mềm gồm có
α

Trong bia thành phẩm, hàm lượng nước chiếm khoảng 85÷90%. Trong nhà
máy, 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. Lượng nước dùng để nấu
bia không những đòi hỏi có đầy đủ tiêu chuẩn của nước uống mà còn có những yêu
cầu riêng đáp ứng cho công nghệ sản xuất bia.
2.3.2 Thành phần:
Nước thực chất là một dung dịch loãng của các 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

+ sunfat: 60-80 mg/l
Không được có mặt xianua, thuỷ ngân, bari, crom, amoniac, sunphuahyđro,
nitrit.
2.4 Nguyên liệu thay thế:
2.4.1 Vai trò:
Trong sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm người ta có thể thay thế
một phần malt đại mạch bằng các loại nguyên liệu khác. Nguyên liệu này có thể
dạng hạt hay dạng đường.
Tại nhà máy, nguyên liệu thay thế được dùng là ngô với tỷ lệ 10% so với
tổng lượng nguyên liệu.
Ngô có các loại hạt như: ngô răng ngựa, ngô đá và ngô bột. Hạt ngô có
màu vàng, trắng, đỏ hoặc hồng. Trong công nghệ sản xuất bia, ngô dùng để thay
malt đại mạch chủ yếu là loại trắng đục (hàm lượng tinh bột cao, protein thấp) được
sử dụng dưới dạng đã nghiền nhỏ.
2.4.2 Thành phần của hạt ngô:
- Hạt ngô bao gồm các thành phần sau:
+ lớp vỏ quả: 5÷7% khối lượng hạt
+ lớp vỏ hạt: 2% khối lượng hạt
+ lớp alơron: 6÷8% khối lượng hạt
+ phôi: 10÷11% khối lượng hạt
+ nội nhũ: 75% khối lượng hạt
Trong thành phần của phôi có 33÷45% chất béo, 20% protein, 75% đường
và tro, 4% xenluloza, gần 5% tinh bột.
Trong thành phần của nội nhũ có 77÷84% tinh bột, 7÷11% protein, 1%
chất béo, 0,3÷0,8% tro, 1% đường, 0,5% xelluloza.
2.4.3 Những yêu cầu cơ bản của ngô dùng để nấu bia:
- Có màu trắng đục, kích thước hạt đồng đều.
- Hạt ngô sạch, được tách phôi hoàn toàn.
- Trước khi nấu phải được nghiền mịn.
Thu mua và bảo quản ngô để sử dụng:

thanh trùng
thành phẩm
3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
3.2.1 Làm sạch:
3.2.1.1 Mục đích:
Tách hết bụi bẩn, loại bỏ tạp chất kim loại lẫn trong nguyên liệu, đối với
malt còn để loại bỏ mầm rễ còn sót lại. Quá trình này đảm bảo nguyên liệu phải
được sạch, kích thước hạt đồng đều, không ảnh hưởng đến chất lượng bia, thuận lợi
cho quá trình nghiền.
3.2.1.2 Tiến hành:
Malt và ngô đã tách phôi sau khi định lượng thì đưa qua máy làm sạch, sau
đó qua bộ phận tách từ để loại bỏ tạp chất có từ tính rồi cho vào máy nghiền.
3.2.2 Nghiền nguyên liệu:
3.2.2.1 Mục đích:
Phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột làm cho nước xâm nhập vào nội nhũ nhanh hơn,
thúc đẩy quá trình thuỷ phân tinh bột và các chất khác diễn ra nhanh và triệt để hơn.
3.2.2.2 Phương pháp thực hiện:
Có ba phương pháp nghiền malt là nghiền khô, nghiền ẩm và nghiền ướt.
Chọn nghiền khô cho cả malt và ngô vì phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện.
Sử dụng máy nghiền hai cặp trục để nghiền malt, và máy nghiền búa để
nghiền ngô.
3.2.3 Nấu nguyên liệu:
3.2.3.1 Mục đích:
Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hoà tan sang trạng
thái hoà tan nhờ tác động của các hệ enzim thuỷ phân.
3.2.3.2 Phương pháp nấu:
Có ba phương pháp nấu bia là phương pháp ngâm, phương pháp đun sôi và
phương pháp kết hợp giữa đun sôi với ngâm.
Ưu điểm của phương pháp ngâm là thời gian nấu ngắn nên ít tốn năng lượng,
nhưng có nhược điểm là khối nấu không được đun sôi nên đường hoá không triệt

cho nước ấm 32
0
C vào trước rồi tiến hành xuống bột hoà malt trong 10 phút. Dùng
axit lactic để hạ pH môi trường đến 5,6 rồi nâng nhiệt độ lên 52
0
C mất khoảng 30
phút, giữ nhiệt độ này 30 phút để thực hiện quá trình đạm hoá.
Phải tính toán sao cho khi nồi cháo ngô đun sôi xong thì quá trình đạm hoá ở
nồi malt cũng vừa kết thúc. Bơm cháo ngô sang nồi malt để hội cháo, mất khoảng
10 phút và nhiệt độ của toàn khối đạt 63
0
C, giữ trong 30 phút để tạo điều kiện cho
enzim β-amylaza thuỷ phân tinh bột. Sau đó, tiếp tục nâng nhiệt độ của dịch lên
73
0
C trong 10 phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để enzim α-amylaza tiếp tục thuỷ
phân tinh bột.
Cuối cùng nâng nhiệt độ toàn khối nấu lên 78
0
C trong vòng 5 phút rồi sau đó
bơm dịch đi lọc.
Sơ đồ nâng và giữ nhiệt của quá trình nấu
T (ph)
t
0
C
cháo ngô
cháo malt
dịch cháo hỗn hợp
3.2.4 Lọc dịch đường:

houblon, làm cho dịch đường đạt nồng độ theo yêu cầu, làm keo tụ protein, vô hoạt
các enzim và thanh trùng dịch đường.
3.2.5.2 Tiến hành:
Thiết bị houblon hoá về cấu tạo cũng giống với thiết bị nấu nhưng bề mặt
truyền nhiệt lớn hơn vì cần bốc hơi một lượng lớn hơi nước trong quá trình đun sôi.
Liều lượng hoa houblon được sử dụng là 3g/1 lít dịch đường. Hoa được dử
dụng dưới hai dạng: hoa nguyên cánh chiếm 35% và hoa viên chiếm 65%.
Chọn phương án cho hoa 3 lần:
+ ½ hoa viên cho vào lúc dịch đường vừa lấp đáy nồi.
+ ½ hoa viên còn lại cho vào sau khi sôi 30 phút.
+ hoa nguyên cánh cho vào 30 phút trước khi nấu kết thúc.
Tiến hành: dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc chuyển vào nồi houblon
hoá. Khi dịch đường vừa lấp đáy nồi thì bắt đầu cung cấp nhiệt để nhiệt độ dịch
đường luôn giữ ở 75
0
C, đồng thời cho 1/2 lượng hoa viên vào để lấy chất đắng. Sau
khi dịch đường và nước rửa bã chuyển hết vào nồi houblon thì tiến hành nâng nhiệt
đến nhiệt độ sôi. Giữ sôi 30 phút rồi cho 1/2 lượng hoa viên còn lại vào nhằm lấy
chất đắng, tạo hương và kết lắng protein. Trước khi kết thúc quá trình houblon hoá
30 phút thì cho hoa nguyên cánh vào để tạo hương vị đặc trưng của bia. Tổng thời
gian đun sôi là 120 phút. Sau khi đun sôi xong, dịch đường được bơm sang thiết bị
lắng trong.
3.2.6 Tách bã hoa:
Sau khi đun sôi xong, dịch đường được chuyển sang thùng lọc bã hoa để tách
dịch đường ra ngoài, còn bã thì được giữ lại bên trong.
Sau khi giải phóng hết dịch đường, thiết bị houblon hoá được tráng qua nước
nóng, nước nóng này dùng để rửa bã hoa, nước rửa bã được dùng vào việc đường
hoá mẻ sau hoặc bổ sung vào dịch đường ở phân đoạn nấu bia.
Bã được thu gom và chuyển ra ngoài như một loại phế thải. Dịch đường
nóng nhờ bơm ly tâm chuyển đến thiết bị lắng trong và làm lạnh.

. Đồng thời, còn tạo ra các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu
bậc cao, aldehyt, glyxerin … hoà tan vào dịch lên men tạo thành bia non.
3.2.8.2 Tiến hành:
Dịch lên men sau khi làm lạnh được bổ sung không khí vô trùng (khoảng 8
mg O
2
/lít dịch đường) rồi đưa vào thùng lên men. Dịch men giống được chuyển vào
thùng lên men theo luồng dịch đường với tỷ lệ 1 lít men giống đặc/100 lít dịch lên
men nhằm tạo điều kiện cho nấm men tiếp xúc tốt với môi trường. Nhiệt độ lên men
chính là 9
0
C, áp suất dư trong thiết bị lên men chính là 0,2÷0,4 at, CO
2
sinh ra trong
quá trình lên men sẽ hoà tan vào bia non một phần. Độ hoà tan của CO
2
vào bia non
sẽ tăng khi nhiệt độ giảm, do đó để đảm bảo lượng CO
2
hoà tan trong bia nhiều thì
nhiệt độ thời kỳ cuối của quá trình lên men 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 0,15÷0,2% ngày đêm. Đối với dịch lên men có nồng
độ 16% thì thời gian lên men chính chọn 9 ngày.
3.2.8.3 Nấm men bia:

0
C rồi đưa vào thiết bị lên
men.
Để 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.
 Xử lý sữa men:
Sữa men được thu vào các chậu chuyên dùng, sau đó trộn với nước vô trùng
có cùng thể tích và cho qua rây có đường kính 0,4÷0,6 mm rồi ngâm trong nước
lạnh. Hàng ngày phải thay nước cho men và giữ nhiệt độ nước trong thiết bị bảo
quản gần 0
0
C. Trong nước lạnh, nấm men có thể bảo quản tốt từ 4÷6 ngày.
Để 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 tỷ lệ 2÷6 lít men/100 lít dịch đường, khuấy đều
rồi để yên 1÷3 giờ. Cho lên men ở nhiệt độ không vượt quá nhiệt độ lên men chính.
Khi nào nấm men nẩy chồi mạnh và rượu tạo thành khoảng 0,3% coi như được.
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.
3.2.9 Lên men phụ và tàng trữ bia non:
3.2.9.1 Mục đích:
- Tiếp tục lên men phần đường còn lại sau khi lên men chính, bão hoà CO
2
và tăng cường mùi vị cho bia.
- Thực hiện quá trình chín của bia (ổn định chất lượng bia).
3.2.9.2 Tiến hành:
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

và tạo thành một dung dịch huyền phù, sau đó dung dịch huyền phù được bơm vào
máy lọc ép để tạo một lớp diatomit trên vải lọc. Tiếp theo, bia được lọc qua lớp
diatomit này, bia lúc đầu còn đục nên phải trở lại thùng tiếp liệu. Áp suất lọc của
thiết bị là 1,2÷1,3 at. Nếu vượt khỏi 3 at thì lớp vải lọc có thể bị rách.
3.2.11 Ổn định bia sau khi lọc:
Sau khi lọc thì hàm lượng CO
2
trong bia 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 0,5 at 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
yêu cầu thì phải bổ sung CO
2
cho bia.
3.2.12 Chiết chai:
3.2.12.1 Mục đích:
Để thuận tiện cho việc tiêu thụ, vận chuyển, bảo quản thì rót bia vào chai
thuỷ tinh màu xanh.
3.2.12.2 Tiến hành:
Trước khi rót, chai được rửa và sát trùng kỹ bằng nước nóng 75
0
C và dung

C và 29
0
C.
Chương IV. TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM
4.1 Chọn các số liệu ban đầu:
- Độ bia của sản phẩm: 16%
- Tỉ lệ nguyên liệu dùng: malt đại mạch/ngô = 90/10
- Năng suất nhà máy: 20 triệu lít/năm
- Các thông số trạng thái ban đầu của nguyên liệu:
+ độ ẩm của malt: 5%
+ độ ẩm của ngô: 11%
+ độ chiết của malt: 80%
+ độ chiết của ngô: 80%
- Lượng hoa sử dụng: 3g/lít dịch đường đem đun sôi
- Mức tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn:
Bảng 4.1: Bảng tiêu hao nguyên liệu qua các công đoạn
Công
đoạn
Làm
sạch
Nghiền
Nấu,
lọc
Houblo
n hoá
Lắng
trong
và
làm
lạnh

Bảng 4.2: Biểu đồ sản xuất của nhà máy
Tháng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cả
năm
Số ngày
làm việc
26 19 27 25 26 26 26 27 25 27 26 280
Số
ca
Phân
xưởng
nấu
78 57 81 75 78 78 78 81 75 81 78 840
Phân
xưởng
chiết
rót
52 38 54 50 52 52 52 54 50 54 52 560
Số mẻ nấu
234 171 243 225 234 234 234 243 225 243 234 2520
4.3 Tính cân bằng sản phẩm cho 100 kg nguyên liệu ban đầu:
4.3.1 Lượng chất khô trong nguyên liệu:
Malt:
50,85
100
)5100(90
=
−×
(kg)

ngô:
90,9
11100
10081,8
=
−
×
(kg)
4.3.3 Lượng nguyên liệu còn lại sau khi nghiền:
- Chất khô: malt:
23,84
100
)5,0100(65,84
=
−×
(kg)
ngô:
77,8
100
)5,0100(81,8
=
−×
(kg)
- Nguyên liệu: malt:
66,88
5100
10023,84
=
−
×

(kg)
4.3.6 Thể tích dịch đường khi đun sôi:
Nồng độ chất khô của dịch đường sau khi lắng trong và làm lạnh là 16%,
trong quá trình houblon có một lượng nước bay hơi làm nồng độ của dịch đường
tăng khoảng 1÷1,5%, ta chọn 1,4%; còn quá trình lắng trong và làm lạnh, nồng độ
của dịch đường tăng khoảng 0,4÷1,2%, ta chọn 0,4%. [6, tr 341]
Do đó cần phải khống chế nồng độ dịch đường trước khi houblon hoá là:
16 – 1,4 – 0,4 = 14,2%
Khối lượng riêng của dịch đường 14,2% ở 20
0
C là:
ρ = 1.057,62 (kg/m
3
) [1, tr 58]
Khối lượng dịch đường từ 100 kg nguyên liệu ban đầu là:
24,508
2,14
10017,72
=
×
(kg)
Thể tích dịch đường trước khi đun sôi (qui về 20
0
C):
55,480
62,057.1
1024,508
3
=
×