ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
MỞ ĐẦU
Bia là loại nước giải khát lên men rất bổ dưỡng. Bia có nồng độ rượu nhẹ (hàm
lượng rượu khoảng 3% ÷ 6%), có ga (hàm lượng CO
2
khoảng 3 ÷ 4 gam/lít), có bọt
mịn, xốp & có hương vị thơm ngon rất đặc trưng. Ngoài ra, bia còn chứa một số chất
bổ dưỡng.
Chất đạm: đặc biệt là đạm hoà tan chiếm (8 ÷ 10)% chất tan bao gồm prôtêin,
peptit, aminoaxit.
Gulucit: glucit tan (70% là dextrin, pentosan – sản phẩm caramen hoá).
Vitamin: chủ yếu là vitamin nhóm B (vitamin B
1
, B
6
).
Ngoài ra trong bia còn chứa một lượng các enzim khác nhau. Đặc biệt CO
2
hoà
tan trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát cho người uống bia, giúp tiêu hoá
nhanh thức ăn và ăn uống ngon miệng, giảm mệt mỏi, tăng phần tỉnh táo nếu người
uống sử dụng một liều lượng thích hợp. Nhờ những đặc điểm nêu trên, bia được sản
xuất và sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng
tăng.
Nước ta là một nước gần xích đạo nên nóng và oi bức. Vì vậy nhu cầu về nước
giải khát chiếm một vị trí quan trọng trong mùa hè, ngành công nghiệp nước giải khát
nói chung và ngành bia hiện nay nói riêng rất được quan tâm. Ngoài các nhà máy bia
có công suất lớn là nhà máy bia Hà Nội, nhà máy bia Hà Tây và nhà máy bia Sài Gòn
với tổng công suất khoảng 400 triệu lít/năm, gần đây đã xuất hiện rất nhiều nhà máy
sản xuất bia liên doanh với nước ngoài. Các nhà máy này cùng với những cơ sở sản
xuất quy mô nhỏ ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu

gần nguồn cung cấp nước, có hệ thống thoát nước hợp lí không ảnh hưởng đến vệ
sinh môi trường, đến sức khoẻ của người dân trong vùng. Phải gần nơi đông dân cư
để có nguồn nhân lực dồi dào, tiêu thụ sản phảm thuận lợi.
Qua khảo sát và tìm hiểu em chọn địa điểm xây dựng nhà máy bia ở thị xã Tam
Đường, tỉnh Lào Cai. Đây là một tỉnh vùng cao biên giới thuộc vùng trung du và miền
núi phía Bắc của Việt Nam, giáp ranh giữa vùng Tây Bắc và vùng Đông Bắc. Phía
Bắc Lào Cai giáp Trung Quốc, phía Tây giáp tỉnh Lai Châu, phía đông giáp tỉnh Hà
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
Giang, phía Nam giáp tỉnh Yên Bái. Theo kết quả điều tra dân số ngày 01/04/2009
dân số tỉnh là 613.075 người trong đó dân trong trong độ tuổi lao động chiếm 53%.
Theo dự kiến, năng suất nhà máy sẽ là 20 triệu lít/năm 20 triệu lít năm với 50% bia
hơi và 50% bia chai, bia hơi sản xuất chủ yếu vào mùa hè còn bia chai do đặc điểm có
thể bảo quản được 6 tháng nên sẽ sản xuất quanh năm. Chất lượng bia ở mức trung
bình khá hướng tới thị trường bình dân.
1.2 Nguyên liệu
Với chất lượng bia ở múc trung bình khá, tỷ lệ nguyên liệu chính/nguyên liệu thay thế
dự kiến là malt 60%, gạo chiếm 40% mục đích hạ giá thành sản phẩm, nâng cao lợi
nhuận. Gạo sẽ được thu mua từ các địa phương lân cận trong nước, malt nhập khẩu từ
nước ngoài (dự kiến là Trung Quốc) Nếu nhập khẩu malt từ Trung Quốc thì sẽ rất
thuận tiện vì tỉnh Lào Cai có vị trí địa lí rất gần với đường biên giới Việt Nam –
Trung Quốc, thông thương thuận lợi và nhanh chóng. Hoa houblon dự kiến cũng sẽ
được nhập khẩu từ Trung Quốc với 2 dạng : hoa viên và cao hoa. Nấm men sử dụng
tại nhà máy là loại Saccharomyces carlsbergensis. Về nguồn nước, trên địa phận tỉnh
Lào Cai, có 2 con sông lớn chảy qua là sông Hồng và sông Chảy, tận dụng nguồn
nước sẵn có này cùng với việc khai thác các nguồn nước ngầm sẽ đảm bảo cho nhu
cầu sản xuất của nhà máy. Vấn đề đặt ra là chi phí và trang thiết bị cần thiết cho việc
xử lý nguồn nước cấp đảm bảo tiêu chuẩn của nước nấu bia. Ngoài ra cũng có thể
xem xét sử dụng nguồn nước máy của tỉnh để hạ giá thành sản xuất vì trên thực tế,

Tuyên Quang và xuất khẩu sang các tỉnh vùng biên giới của Trung Quốc. Hiện nay
trên địa phận thị xã Tam Đường tỉnh Lào Cai, chỉ có một vài cơ sở sản xuất bia tư
nhân với quy mô nhỏ lẻ, năng suất thấp, sản xuất chủ yếu là bia hơi. Với đặc tính của
bia và nhu cầu nước giải khát ngày càng cao cùng với sự giảm chi phí sản xuất do
dùng 40% nguyên liệu thay thế và địa điểm đặt nhà máy thuận lợi thì dự án có triển
vọng sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
PHẦN 2
NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT
2.1 Nguyên liệu sản xuất bia
2.1.1 Malt đại mạch
Malt đại mạch là sản phẩm không tồn tại trong tự nhiên, nó là một sản phẩm
nhân tạo: cho hạt đại mạch nảy mầm và sự nảy mầm dừng lại ở sấy khô.
Hạt đại mạch bao gồm:
Lớp vỏ hạt: có vai trò như một màng bán thấm, chỉ cho nước thấm vào bên trong
hạt đồng thời giữ các chất hoà tan trong hạt không cho thấm ra ngoài. Vỏ hạt chiếm
một giá trị khá lớn nhưng không có giá trị dinh dưỡng. Đối với công nghệ sản xuất
bia vỏ hạt gây ảnh hưởng hai mặt, mặt bất lợi là vì trong vỏ chứa các chất màu, các
chất đắng & chất chát. Nếu những chất này hoà tan vào dịch đường sẽ làm giảm chất
lượng của sản phẩm. Mặt lợi của vỏ là nó đóng vai trò xây dựng màng lọc trong quá
trình tách bã khỏi khối cháo.
Nội nhũ: là phần lớn nhất đồng thời là phần giá trị nhất của hạt. Cấu trúc của nội
nhũ gồm các tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy các hạt tinh bột, một ít protein,
xelluloza, chất béo, đường.
Phôi: là phần sống của hạt, trọng lượng cả phôi chỉ chiếm khoảng 2,5-5% so với
trọng lượng của hạt. Vai trò của phôi có tầm quan trọng đăc biệt không những đối với
sự sống lưu truyền của cây mà ngay cả trong công nghệ sản xuất bia. Quá trình chế
biến hạt để trở thành malt dựa vào sự nảy mầm của hạt hay sự phát triển của phôi.

Đại mạch loại 1 dung trọng ≥ 680g/l hạt.
Đại mạch loại 2 dung trọng (650 ÷ 680)g/l hạt.
Đại mạch loại 3 dung trọng (630 ÷650)g/l hạt.
- Trọng lượng tuyệt đối: đại mạch trung bình bằng (35 ÷ 45)g/1000 hạt.
Đại mạch loại nặng > 44g/1000 hạt.
Đại mạch loại trung = (44 ÷ 45)g/1000 hạt.
Đại mạch loại nhẹ = (35 ÷ 40)g/1000 hạt.
Trong sản xuất chỉ dùng hai loại trên, loại thứ ba chỉ dùng với một tỷ lệ nhất định
thông thường không quá (15 ÷ 20)%.
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
- Hàm lượng ẩm (w): phải đạt trung bình (10 ÷ 15)%. Khi bảo quản tốt nhất w = (12 ÷
13)% & không vượt quá 13% khi tàng trữ & w tối thiểu cho phép là 10%. Trên 13%
(nhất là > 15% ÷ 16% hạt dễ bốc nóng, khó bảo quản, nếu độ ẩm < 10% hạt nhanh
chóng mất khả năng nảy mầm.
- Hàm lượng protit: di chuyển trong giới hạn (8 ÷ 14)% chất khô của hạt. Protit càng
nhiều, tinh bột càng giảm & do đó chất hoà tan càng thấp. Đại mạch có nhiều prôtit
quá thì khó chế biến. Nhưng ngược lại protit < 8% thì không thích hợp cho sản xuất
bia vì bia ít bột. Đại mạch chất lượng cao nếu protid chiếm từ (9 ÷ 11)% chất khô.
- Hàm lượng tinh bột: chiếm từ (55 ÷ 65)% trọng lượng hạt. Đại mạch dùng để sản
xuất bia phải có lượng tinh bột không nhỏ quá từ (63 ÷ 65)% tính theo chất khô.
Ngoài ra malt dùng để sản xuất bia không được lẫn cát, rác cỏ, các loại thóc khác, tất
cả phải thuộc một nhóm đồng nhất. Nhìn hạt thóc tốt, khô, vỏ mọng không có vết là
loại đại mạch nhiều tinh bột chuyên dùng để sản xuất bia vàng.
2.1.2 Gạo
Để hạ giá thành sản xuất, cải tiến mùi vị của bia và nhằm mục đích để được lâu
dài, trong sản xuất bia người ta thường trộn lẫn một số đại mạch chưa nảy mầm hoặc
các loại ngũ cốc khác để thay thế thóc mầm, cũng có khi dùng tinh bột hoặc các loại
đường (gluco, saccaro, malto ...) để làm nguyên liệu thay thế.

và chất thơm của hoa houblon. Lượng hạt này phụ thuộc vào giống và điều kiện trồng
hoa houblon. Người ta đã chứng minh rằng ở điều kiện thời tiết nhiều ánh nắng mặt
trời thì hoa sẽ có nhiều hạt lupulin hơn.
Hoa houblon có hình dạng quả trứng, dài từ (3 4) cm, màu hoa khi chín thường
từ vàng đến vàng óng. Trọng lượng từng phần của hoa như sau: cánh hoa (66 67)%,
hạt lupulin (19 20)%, cuống hoa (7 8)% và những cuống con của cánh hoa (5 6)%.
Hiện nay có trên 100 giống hoa houblon trên thế giới.
Thành phần chủ yếu trong hoa houblon: trong hoa houblon có chứa đựng những
hợp chất đặc trưng cho loại hoa này như chất thơm, tinh dầu thơm ... những hợp chất
này có ý nghĩa quan trọng về kỹ thuật trong sản xuất bia. Ngoài những hợp chất đặc
trưng trong hoa còn chứa đựng những hợp chất khác tượng tự các loại thực vật, một
vài trong những hợp chất ấy cũng có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật.
Chỉ tiêu chất lượng của hoa houblon trong sản xuất bia:
Hoa cánh phải có màu vàng hơi xanh, hoa viên có màu xanh, hoa cao có màu
đen hoặc vàng sẫm. Hoa cánh sử dụng phải là hoa cái chưa thụ phấn, nghiền còn dính.
Hoa có mùi thơm đặc trưng, không lẫn các tạp chất.
Độ ẩm 11-13%
Chất đắng 15-21 %
Polyphenol 2,5-6 %
Tinh dầu thơm0,3-1 %
Cellulose 12-14 %
Chất khoáng 5-8 %
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
Protein 15-21 %
Các hợp chất khác 26-28 %
2.1.4 Nước
Nước là 1 trong các nguyên liệu chính để sản xuất bia chiếm (80 ÷ 90)% trọng
lượng bia thành phẩm. Thành phần hoá học và chất lượng của nước ảnh hưởng trực

Cl : (75 ÷ 150) mg/l.
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
- Hàm lượng CaSO4: (150 ÷ 200) mg/l.
- Hàm lượng
+2
Fe
< 0,3 mg/l.
- Vi sinh vật ≤ 100 tế bào/lít.
- Các kim loại nặng: không có.
- Các vi sinh vật gây bệnh: không có.
- Ecoli ≤ 2% (2 tế bào/lít).
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
PHẦN 3
CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
3.1 Lựa chọn phương pháp lên men
Lên men cổ điển.
Lên men cổ điển là quá trình mà sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn phân tử
lượng của các chất trong nguyên liệu, thu được bằng các phản ứng dị hoá xảy ra trong
quá trình lên men.
Các phương pháp lên men cổ điển gồm có:
Lên men chìm, gián đoạn, trong thiết bị hở.
Lên men nổi.
Lên men trong thiết bị kín thu hồi CO
2
.
Ưu điểm: bia có chất lượng cao, mùi vị hài hoà.

Lọc có chất trợ lọc:
Ưu điểm: lọc triệt để, hiệu quả.
Nhược điểm: chi phí cao hơn, thiết bị cấu tạo phức tạp.
Lọc không có chất trợ lọc:
Ưu điểm: chi phí lọc thấp, thiết bị đơn giản.
Nhược điểm: nhanh bị bít, chỉ dùng để lọc hoàn thiện.
Với mục tiêu sản xuất bia chất lượng ở mức trung bình, phục vụ đối tượng khách
hàng thuộc tầng lớp bình dân, em quyết định chọn máy lọc khung bản sử dụng bột trợ
lọc diatomit để lọc bia hơi. Với bia chai yêu cầu chất lượng cao hơn thì sau khi lọc
khung bản sẽ tiến hành lọc tiếp lần 2 qua máy lọc đĩa với bột trợ lọc PVPP
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
3.3 Sơ đồ công nghệ phân xưởng lên men
3.4 Thuyết minh công nghệ
Dịch đường từ nồi lắng xoáy được làm lạnh xuống đến 8-10 ºC bởi máy làm
lạnh nhanh dạng tấm bản, tác nhân làm lạnh là nước 2 ºC sau đó sẽ được phối trộn
ngay bằng nước bài khí để thu được dịch lên men có độ đường phù hợp: đối với bia
hơi là 10 ºP còn bia chai là 12 ºP. Trên đường đi của dịch ở mẻ nấu đầu tiên, ta sẽ tiếp
men với mật độ tế bào là 130 triệu TB/ml dịch và bổ sung O
2
với lượng 5-7 mg/l để
thúc đẩy sự phát triển của nấm men. Trong các lần bơm dịch ở các mẻ nấu tiếp theo,
không cần tiếp men hoặc bổ sung O
2
. Dự kiến 1 tank lên men sẽ chứa dịch của 5 mẻ
nấu, do đó lượng tế bào nấm men giao cấy trong 1 tank lên men sẽ tương đương với
giá trị là 26 triệu TB/ml dịch. So với lý thuyết thì tỷ lệ gieo cấy này là khá cao, tuy
nhiên nó phù hợp với mục đích đề ra là lên men trong thời gian ngắn (15 ngày đối với
bia hơi và 18 ngày đối với bia chai) nhằm giảm chi phí, tăng lợi nhuận. Lưu ý là trước

.
Trong quá trình lên men chính, sau thời gian khoảng 1 ngày, hàm lượng CO
2
thoát ra
mạnh nên ta sẽ thu hồi để sử dụng cho các mục đích khác nhau. Áp suất dư trong tank
lên men nếu cao quá sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động của nấm men, nếu thấp quá
thì hàm lượng CO
2
bão hòa vào bia non sẽ kém đi, áp dụng lý thuyết, ta sẽ luôn khống
chế áp suất dư ở mức 0,5 – 0,7 atm.
Trong suốt quá trình lên men, mỗi ngày sẽ tiến hành lấy mẫu định kì 2 lần, kiểm
tra các chỉ số: hàm lượng đường ( ºP), tổng số tế bào nấm men (10
6
TB/ml dịch), phần
trăm tế bào chết, phần trăm tế bào nảy chồi, nhiệt độ và áp suất thực tế
nhằm có những điều chỉnh thích hợp nếu xảy ra sự cố.
Lê Tuân Lớp CN lên men K50
14
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy bia 20 triệu lít năm
PHẦN 4
TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM
Tổn thất qua các công đoạn
Tổn thất do nghiền 1%
Tổn thất do nấu đường hóa, lọc: 2%
Tổn thất do lắng 2%
Tổn thất do làm lạnh nhanh 1%
Tổn thất do quá trình lên men (cả chính và phụ): 4,0%
Tổn thất do lọc bia: 1,0%
Tổn thất do bão hòa CO
2

15