Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Mục lục:
Chương 1 Tổng quan 3
1.1 Giới thiệu về bia 3
1.2 Lịch sử ra đời của bia 3
1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia thế giới 4
Chương 2 : Quy trình công nghệ sản xuất bia lon 11
2.1 Nguyên liệu 11
2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia lon 18
2.3 Giải thích quy trình công nghệ 19
Chương 3: Tính cân bằng vật chất 31
3.1 Ý nghĩa của việc tính cân bằng vật chất 31
3.2 Nguyên liệu và phương án thiết kế 31
3.3 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu: 32
3.4 Tính cân bằng vật chất theo năng suất nhà máy 37
3.5 Tính cân bằng năng lượng 38
Chương

4: Tính và chọn thiết bị 42
Tài liệu tham khảo 53
1
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Danh mục bảng:
Bảng 1: Tình hình sản xuất bia thế giới năm 2009 4
Bảng 2: Danh sách các nước dẫn đầu thế giới về sản lượng bia trong năm 2009 5
Bảng 3: Xếp hạng các nước dẫn đầu về mức tiêu thụ bia trong năm 2009 6
Bảng 4: Tiêu thụ bia thế giới theo châu lục 7
Bảng 5: Tiêu thụ bia thế giới thao đầu người 9
Danh mục hình:

vì nấm men có xu hướng chìm xuống đáy của thùng / thiết bị lên men. Trước đó, một
loại nấm men được sử dụng lại có khuynh hướng nổi lên trên bia thành phẩm, và cho
phép bia tràn ra ngoài thùng chứa hoặc tách lớp này ra cách thủ công. Nấu bia là nghề
thuộc mùa đông, và nước đá được dùng để giữ lạnh cho bia trong những tháng hè. Từ
beer đã từng được gọi là lager (từ tiếng Đức lagern, loại bia thượng hạng được ủ ở nơi
lạnh 30 ngày hoặc hơn). Ngày nay, thuật ngữ lager được sử dụng để chỉ loại bia sản
xuất bằng nấm men chìm, và thuật ngữ ale chỉ loại bia Anh sản xuất bằng phương
pháp lên men nổi.
3
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Cuộc cách mạng công nghiệp mang lại sự cơ giới hóa cho ngành sản xuất bia. Sự kiểm soát
quá trình tốt hơn, với việc sử dụng nhiệt kế và máy đo độ đường, được phát triển ở
Anh và chuyển giao cho châu Âu, nơi phát triển công nghệ làm nước đá và thiết bị làm
lạnh cuối thế kỷ 19 tạo điều kiện cho bia lager sản xuất vào mùa hè. Trong những năm
60 của thế kỷ 19, nhà hóa học người Pháp Louis Pasteur, qua những nghiên cứu của
ông về sự lên men, đã thực hiện nhiều thí nghiệm vi sinh vẩn còn giá trị trong công
nghiệp sản xuất bia. Nhà thực vật học người Đan Mạch Emile Hansen phát minh ra
phương pháp nuôi nấm men trong môi trường không chứa những nấm men khác và vi
khuẩn. Kỹ thuật canh trường thuần này nhanh chóng lan rộng khắp châu Âu làm cho
bia lager của người Đức nổi trội trên thị trường châu Mĩ.
Thế kỷ 21 này, sản xuất bia tiến đến quy mô lớn trong công nghiệp. Công nghệ bia càng hiện
đại hóa với những thiết bị bằng thép không gỉ, được tự động hóa bằng máy tính, những
thùng chứa lớn bằng kim loại, lon thủy tinh, hộp nhôm, bình chứa plastic. Bia ngày nay
được xuất khẩu trên khắp thế giới và được sản xuất dưới chứng chỉ của nước ngoài.
1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia thế giới:
1.3.1 Tình hình sản xuất bia:
Theo báo cáo của công ty sản xuất bia Kirin (Nhật Bãn, ngày 10-8-2010): Trong năm 2009, trừ
châu Âu và Bắc Mỹ, các châu lục trên thế giới đều có mức tăng sản lượng so với năm 2008.
Cụ thể, tổng sản lượng bia toàn thế giới năm 2009 đạt 181 tỷ lít, tăng 0,76 tỷ lít, hay 0,4 %

Hòa
Theo báo cáo mới nhất của công ty sản xuất bia Kirin (Nhật Bãn, ngày 22-12-2010): Trong năm
2009, lượng bia tiêu thụ trên toàn thế giới là 177.27 tỷ lít, tăng 110 triệu lít, hay 0,1 % so với
năm 2008. Sau đây là bảng (3) xếp hạng các nước dẫn đầu về mức tiêu thụ bia trong năm
2009:
Trung Quốc vẫn đang là quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất thế giới từ năm 2003. Brazil lần đầu tiên
trở thành quốc gia tiêu thụ nhiều bia thứ ba thế giới, với mức tăng 4,4 % so với năm 2008.
Nga tụt xuống vị trí thứ tư với mức tăng -8,3 % (so với năm 2008), đây là lần sụt giảm đầu
tiên kể từ năm 1998.
Việt Nam đang giữ vị trí thứ 15 trong năm 2009, với mức tăng hàng năm cao nhất: 14,2 %
so với năm 2008.
Bảng 4: Tiêu thụ bia thế giới theo châu lục
7
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
.
Hình 1: Tiêu thụ bia thế giới năm 2009 và qua các năm
Lượng bia tiêu thụ ở châu Á trong năm 2009 đạt 58,07 tỷ lít, gần 1/3 lượng bia tiêu thụ trên toàn
thế giới, tăng 5,7 % so với năm 2008. Đóng góp đáng kể vào mức tăng này là Trung Quốc,
Việt Nam và Ấn Độ, với mức tăng hằng năm lần lượt là 7.8%, 14.2%, 10.0%.
Thị trường tiêu thụ bia lớn nhì thế giới- châu Âu- có mức giảm 6,1 % do ảnh hưởng khủng hoảng
kinh tế.
Bắc Mỹ và Mỹ Latinh đảo vị trí trên bảng xếp hạng với nhau. Bắc Mỹ giảm 1,7 % còn 26,864 tỷ
lít, trong khi Mỹ Latinh tăng 1,4 % lên đến 27,564 tỷ lít. Như vậy, Mỹ Latinh vượt qua Bắc
Mỹ để trở thành thị trường tiêu thụ bia lớn thứ 3 thế giới.
8
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
1.3.3 Theo bình quân đầu người:
Bảng 3: Tiêu thụ bia trên thế giới theo bình quân đầu người:

* Hệ thống cung cấp và dịch vụ hạ tầng khu công nghiệp
- Cấp điện: Khu công nghiệp có trạm biến áp 110/22KV-2x40MVA phục vụ cho các nhà máy sản
xuất trong khu công nghiệp. Trạm biến áp được cấp điện từ nguồn lưới điện quốc gia và từ Nhà
máy Điện Phú Mỹ. Đảm bão cấp điện 22KV liên tục 24/24 giờ cho các nhà đầu tư tới hàng rào nhà
máy.
- Cấp nước: Nước sạch cung cấp cho các nhà đầu tư được cấp từ các nhà máy nước ngầm Phú Mỹ
công suất 20.000 m3/ngày đêm. Đảm bão cấp nước liên tục 24/24 giờ cho các nhà đầu tư tới hàng
rào Nhà máy.
10
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
- Thông tin: Có hệ thống thông tin liên lạc đầy đủ đảm bão liên lạc trong nước và quốc tế dễ dàng
bao gồm điện thoại, điện thoại di động, Fax, Internet ... Thời gian thực hiện dịch vụ trong vòng 7-
10 ngày.
- Khí đốt: Có tuyến ống khí 14 inch dẫn từ Phú Mỹ đến và trạm giảm áp khí đặt tại khu công
nghiệp, từ trạm giảm áp khí sẽ có các tuyến nhánh khí dẫn đến để cấp trực tiếp cho các nhà máy.
Tuyến nhánh khí có đường kính 3 - 4 inch.
- Giao thông trong và ngoài Khu công nghiệp: Đường bê tông nhựa tải trọng H30. Bao gồm các
loại đường có chiều rộng 8m, 15m có hè đường cho người đi bộ kết hợp với hệ thống chiếu sáng,
cây xanh tạo cảnh quan sạch đẹp cho Khu công nghiệp.
- Hệ thống thoát nước: Trong khu công nghiệp hiện có 2 hệ thống thoát nước riêng biệt, một hệ
thống thoát nước mưa và một hệ thống thoát nước thải công nghiệp.
- Xử lý nước thải: Có nhà máy xử lý nước thải chung cho toàn khu công nghiệp với công suất
10,000 m3/ngày đêm, hiện nay đã triển khai giai đoạn I với công suất 4.000 m3/ngày đêm.
▪ Thời hạn thuê đất: đến ngày 08/7/2052.
11
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Chương 2 : Quy trình công nghệ sản xuất bia lon
2.1 Nguyên liệu:

Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Pentozan hòa tan: 1,0 Protein (N * 6,25): 10,0
Hextozan và pentozan không tan: 9,0 Protein hòa tan: 3,0
Xenluloza: 6,0 Chất béo: 2,5
Sacaroza: 5 Chất tro: 2,5
Malt đại mạch thành phẩm được bão quản trong cyclon ít nhất 1 tháng mới được đưa vào sản xuất
bia. Thời gian bão quản malt không quá 2 năm.
2.1.2 Thế liệu:
Thế liệu là nhóm nguyên liệu chứa đường hoặc tinh bột được sử dụng để thay thế một phần malt
đại mạch trong sản xuất bia. Mục đích của việc dùng thế liệu là là giảm giá thành sản phẩm, tăng
độ bền hóa lý của bia và góp phần đa dạng hóa các sản phẩm bia trên thị trường.
Nhóm thế liệu chứa đường gồm có sacácharose tinh thể, các loại syrup có chứa glucose và maltose
từ quá trình thủy phân tinh bột. Nhóm thế liệu chứa tinh bột gồm các loại ngũ cốc (đại mạch, bắp,
gạo, lúa mạch, lúa miến, triticale), các loại củ (khoai tây, khoai lang, khoai mì…). Ở nước ta, gạo
được xem là thế liệu phổ biến nhất.
Gạo (Oryza sativa) có độ ẩm trung bình 10 – 13%. Thành phần hóa học (tính theo chất khô) của
gạo gồm có: tinh bột 75 – 81%, đường 2 – 5%, cellulose 0,6 – 0,8%, protein tổng 7 – 11%, chất
béo 1,6 – 2,5% và khoáng 1,0 – 1,2% (Kalunhans, 1992). Ưu điểm của gạo so với các loại thế liệu
khác là cung cấp một hàm lượng chất chiết rất cao cho dịch nha do hàm lượng gluxit và protein
khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt (có thể đạt đến 90% chất khô). Thực tế và
thực nghiệm cho thấy có thể dùng gạo thay cho malt đến 50% ( nếu malt có hoạt tính enzyme tốt).
Quá trình đường hóa và lọc vẫn tiến triển bình thường. Tuy nhiên, khi sử dụng gạo với tỷ lệ cao thì
sẽ làm mất cân đối tỷ lệ hàm lượng C và N trong dịch nha nên sẽ ảnh hưởng không tốt đến quá
trình lên men bia.
2.1.3 Houblon (Humulus lupulus)
Houblon thuộc nhóm thực vật lưỡng tính, dạng dây leo. Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái
chưa thụ phấn. Hoa đực không được sử dụng vì nó rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa (lupulin), chất
đắng cũng rất kém.
i) Thành phần hóa học của hoa houblon đã sấy khô như sau: độ ẩm 10 – 14%;

α
-acid đắng và các đồng phân
β

- phần chỉ
β
-acid đắng và các đồng phân + nhựa mềm
α
và
β
γ
- phần chỉ nhựa cứng
α
và
β
Phần

α
: Humulone và các đồng phân:
Hình 2: Humulông và các đồng phân
Ở dạng tinh thể hình khối, humulone có nhiệt độ nóng chảy là 64,5
o
C, tan kém trong nước lã, tan
tốt trong este, etylic, hecxan và metanol.
14
R %
Humulone -CH
2
CH(CH
3

Hòa
Humulone là chất gây đắng mạnh nhất (cả số lượng và chất lượng), có độ hoạt động bề mặt lớn,
nhờ đó giúp bia có khả năng tạo bọt tốt; tính kháng sinh mạnh. Người ta đã chứng minh rằng
khoảng 85 – 95% chất đắng trong bia là do humulone và các đồng phân của nó gây nên.
Phần
β
: Lupulone và các đồng phân:

Hình 3: Lupulông và các đồng phân
Lupulone: nhiệt độ nóng chảy: 92
o
C, tan kém trong nước lã và dịch đường, tan được trong este,
hecxan và metanol. Tinh thể dạng hình kim.
Khả năng gây đắng của lupulone yếu hơn humulone, song khả năng kháng sinh lại mạnh hơn. Sự
hoạt động bề mặt hay khả năng tạo bọt cũng kém hơn humulone.
Thực tế và thực nghiệm đã chứng minh rằng: khả năng gây đắng hữu ích của
α
gấp 9 lần
β
. Vì
vậy tổng độ đắng trong bia =
9
β
α
+
. Chất lượng của hoa houblon được quy về độ đắng của
α
.
Khả năng kháng sinh của
α

3
)
2
30-55
Colupulone -CH(CH
3
)
2
20-55
Adlupulone -CH(CH
3
)CH
2
CH
3
5-10
Prelupulone -CH
2
CH
2
CH(CH
3
)
2
1-3
Postlupulone -CH
2
CH
3
_

thậm chí tạo ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi.
Các dạng tinh dầu có nhóm –OH dễ tác dụng với axit béo tạo thành este phức tạp. Trong quá trình
bão quản, những hợp chất khác nhau của tinh dầu sẽ bị thủy phân một phần, dẫn tới chỗ thay đổi
tính chất gây thơm có lợi cho bia.
Tinh dầu hoa tan rất yếu trong nước (0,4 mg/l), khó tan trong cồn thấp độ, song tan hoàn toàn
trong cồn tuyệt đối và ester. Đa phần các cấu tử dễ bay hơi, thậm chí ở nhiệt độ phòng.
Trong quá trình đun sôi dịch đưởng với hoa houblon, đại bộ phận những cấu tử gây hương đều bay
hơi hết, tuy nhiên vẫn có một số cấu tử bị biến đổi và hình thành những sản phẩm mới bền hương,
góp phần tạo hương thơm đặc trưng cho bia.
ii) Sử dụng:
• Các nhà sản xuất có thể sử dụng houblon dưới dạng hoa tươi, hoa khô, hoa viên hoặc cao
hoa. Để thuận tiện và dễ sử dụng, ta dùng hoa viên và cao hoa.
Hoa khô: từ hoa tươi đem sấy (t
o
< 55
o
C) tới W= 8 – 10%; bão quản ở 0
o
C trong kho kín.
Hoa viên: nghiền hoa khô thành bột, ép định hình thành dạng hình trụ đường kính khoảng 5 mm,
có nhiều dạng:
16
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
• Hoa viên loại 90: từ 100 kg hoa thu được 90 kg sản phẩm.
• Hoa viên loại 45: từ 100 kg hoa thu được 45 kg sản phẩm có chứa lượng α-axit lớn.
• Hoa viên đã được đồng phân hóa (isomeric): các α-axit đã được đồng phân thành iso α-axit.
Cao hoa:
• Cao hoa “hữu cơ”: dùng dung môi hữu cơ (hexan, metanol, metylen clorua, tricloetylen, etanol)
trích ly chất đắng và tinh dầu trong hoa houblon , sau đó tách dung môi.

2
/L 2
4 pH 6-7
5 Chloride mg/L Không lớn hơn 7
6 Sulphate mg/L Không lớn hơn 200
7 Sắt mg/L Không lớn hơn 0,3
8 Manganese mg/L Không lớn hơn 0,05
9 Nitrite mg/L Không lớn hơn 3
10 Nitrate mg/L Không lớn hơn 25
11 Tổng số vi khuẩn hiếu
khí
cfu/mL 75
12 Coliform Không phát hiện
2.1.5 Nấm men bia:
Sacacharomyces pastorianus (hay Sacácharomyces carlsbergensis): loài nấm men chìm, được lai
giữa 2 loài Sacácharomyces bayanus và Sacácharomyces cerevisiae.
2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia lon:
18
Malt đại mạch Gạo
Tạp
chất
Tách tạp chất Tách tạp chất
Tạp
chất
Nghiền
Nghiền
Xử lý thế liệu
Malt lót
Nước
Nấu dịch nha

Thanh trùng
Làm khô lon
In hạn sử dụng
Bia lon
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
2.3. Giải thích quy trình công nghệ:
2.3.1 Tách tạp chất của malt và gạo:
Mục đích công nghệ: chuẩn bị.
Malt và gạo có thể bị lẫn một số tạp chất như rơm rạ, bụi, kim loại… Tách tạp chất là một quá
trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất.
Các biến đổi của nguyên liệu:
Vật lý: sự giảm khối lượng của khối nguyên liệu.
Hóa học: thành phần hóa học của cả khối nguyên liệu có sự thay đổi do quá trình đã tách được các
tạp chất nhưng thành phần hóa học bên trong hạt nguyên liệu lại không có sự thay đổi.
Sinh học: giảm số lượng vi sinh vật cho cả khối nguyên liệu.
Thiết bị:
Hệ thống rây, quạt, thiết bị tách từ. Rây sẽ tách các tạp chất có kích thước quá lớn hay quá nhỏ ra
khỏi hạt. Còn quạt sẽ tách đi những tạp chất nhẹ như rơm rạ, bụi… Thiết bị tách từ để loại bỏ sắt
bị lẫn trong nguyên liệu.
1-bộ phận điện từ; 2- thùng quay; 3- phễu nạp liệu;
4- cửa thoát tạp chất từ; 5-cửa tháo nguyên liệu đã được làm sạch
Hình 4: Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách từ dạng thùng quay
20
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Phần chính của thiết bị là bộ phận điện từ (1) sẽ tạo ra từ trường nhờ dòng điện. Thùng quay (2)
được làm bằng nhôm hoặc đồng thau sẽ quay xung quanh bộ phận điện từ (1). Nguyên liệu cần
tách từ nạp vào phễu (3) sẽ rơi xuống thùng quay (2). Các tạp chất từ sẽ bám vào thùng quay và
được tách ra theo cửa (4). Nguyên liệu đã tách từ sẽ thoát ra ngoài theo cửa (5).

Các biến đổi của nguyên liệu:
Vật lý và hóa lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làm tăng độ nhớt
của khối nguyên liệu. Khi nhiệt độ tăng đến 100
o
C thì cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ, giải phóng
22
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
các sợi amylose và amilopectin ở dạng tự do, đồng thời độ nhớt của khối nguyên liệu sẽ giảm
xuống.
Hóa sinh: các phân tử tinh bột bị thủy phân sơ bộ nhờ hoạt động của
α
-amylase làm giảm khối
lượng phân tử.
Hóa học: đường và acid amin tự do trong nguyên liệu có thể phân hủy.
Sinh học: tiêu diệt, ức chế vi sinh vật.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy là lớp vỏ áo để gia nhiệt. Bên trong thiết
bị có cánh khuấy.
Phương pháp thực hiện: cho thế liệu gạo với nước vào thiết bị với tỷ lệ 1:3 (w/w) và bổ sung malt
lót. Gia nhiệt nhanh hỗn hợp đến 72
o
C và giữ ở nhiệt độ này trong 20 – 30 phút. Sau đó, gia nhiệt
nhanh hỗn hợp đến sôi và đun sôi trong 30 phút. Cánh khuấy luôn hoạt động liên tục trong suốt
quá trình xử lý thế liệu.
2.3.4 Nấu dịch nha:
Mục đích công nghệ: khai thác
Quá trình nấu dịch nha nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước và thủy
phân những cơ chất có phân tử lượng lớn (tinh bột, protein,
β

-amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm chủ yếu là các dextrin và các
oligosacácharide; T
opt
= 70 – 75
o
C, pH
opt
= 5,3 – 5,8.
23
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
_Ngoài ra, còn có sự xúc tác của
β
-glucanase, phosphatase…
Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng oxy hóa polyphenol.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Thiết bị nấu dịch nha có cấu tạo tương tự như thiết bị xử lý thế liệu.Phương pháp nấu dịch nha:
đun sôi 1 lần:
Cho malt và nước vào thiết bị nấu với tỷ lệ 1:4 (w/w). Gia nhiệt hỗn hợp đến 50
o
C và dừng ở nhiệt
độ này trong thời gian 30 phút. Trộn phần thế liệu đã đun sôi vào thiết bị nấu và hiệu chỉnh nhiệt
độ hỗn hợp trong nồi ở 63
o
C, giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này trong thời gian 20 – 30 phút. Sau đó, gia
nhiệt hỗn hợp đến 72
o
C và giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này cho đến khi kết thúc quá trình đường hóa
(kiểm tra bằng phương pháp thử với dung dịch I
2

Vật lý: gia tăng nhiệt độ, thay đổi tỷ trọng của dịch nha.
Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng đồng phân hóa các
α
-acid thành iso alpha acid,
phản ứng phân hủy đường và acid amin…
Hóa lý: các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra sự đông tụ protein, sự tạo
phức giữa protein malt đại mạch và polyphenol của houblon sẽ hình thành nên kết tủa, sự bay hơi
của nước và một số cấu tử dễ bay hơi có trong dịch nha.
25

Trích đoạn Tính cân bằng năng lượng:

---