Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại học nông nghiệp I Hoàng hải đăng Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị
trong dây chuyền sản xuất bia
nhằm nâng cao năng xuất và chất lợng
của công ty cổ phần bia ninh bình

ơ
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành:
Kỹ

thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp

M số: 60.52.14
Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Xuân Vợng


ii
Lời cám ơn
Đề tài: Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản
xuất bia nhằm nâng cao năng suất và chất lợng của Công ty Cổ phần bia
Ninh Bình đợc thực hiện dới sự hớng dẫn của GS.TS Phạm Xuân
Vợng đến nay đ hoàn thành.
Tôi xin trân trọng cám ơn GS.TS Phạm Xuân Vợng đ trực tiếp hớng dẫn,
chỉ bảo, giúp đỡ định hớng cho tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin trân trọng cám ơn tập thể cán bộ, giáo viên trong khoa Cơ Điện -
Trờng Đại học Nông Nghiệp I - Hà Nội.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thày cô giáo đ trực tiếp giảng
dạy tôi trong quá trình học tập tại trờng và các thày cô giáo Khoa Sau Đại học-
Trờng Đại học Nông Nghiệp I - Hà Nội.
Tôi xin trân trọng cám ơn Ban giám hiệu, các thày cô Khoa máy thi
công-Trờng Cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình đ tạo điều kiện và giúp
đỡ tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin trân trọng cám ơn ban lnh đạo và cán bộ công nhân viên
Công ty Cổ phần bia Ninh Bình đ tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá
trình thực tập và thu thập số liệu.

Tác giả luận văn kí tên
Hoàng Hải Đăng
iii

1.4. Quy trình công nghệ sản xuất bia của công ty cổ phần bia
ninh bình
9
1.4.1. Thành phần hoá học và dinh dỡng của bia 9
1.4.2. Thành phần và các chỉ tiêu của nguyên liệu 10
1.4.3. Dây chuyền sản xuất 14
1.4.4. Sơ đồ công nghệ 16
1.4.5. Thuyết minh dây chuyền công nghệ 17
Chơng 2
Tính toán kiểm tra các thông số công nghệ của một
số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất bia 36
2.1. Hệ thống xử lý nguyên liệu
36
2.1.1. Máy nghiền gạo 36
2.1.2. Máy nghiền malt 36
2.2. Tính toán hệ thống thiết bị phân xởng nấu
37
2.2.1. Công suất nhà nấu 37
2.2.2. Công suất một mẻ nấu 37
iv
2.2.3. Tính nồi hồ hoá 37
2.2.4. Tính nồi đờng hoá 40
2.2.5. Tính thiết bị lọc dịch đờng 42
2.2.6. Tính nồi nấu hoa 44
2.3. Tính toán hệ thống thiết bị phân xởng lên men
45
2.3.1. Tính thiết bị lên men 45
2.3.2. Tính tank chứa bia thành phẩm 49
2.3.3. Tính hệ thống lọc bia 50
2.4. Tính hệ thống thiết bị gây men

4.2.1. yêu cầu công nghệ của quá trình lên men và tàng trữ bia 89
4.2.2. Đề xuất 90
Kết luận và đề nghị 92
Tài liệu tham khảo 93

v
Danh mục các bảng

Số bảng Tên bảng Trang

Bảng 4-1 ảnh hởng của mức độ nghiền malt đến thể tích bột nghiền
và thể tích khối b 75
Bảng 4-2 Sự liên quan giữa thiết bị lọc b và các thông số nghiền malt 77
Bảng 4-3 Các thông số cơ bản của máy nghiền 82
Bảng 4-4 Kích thớc của rnh 85


Hình 2-2 Nồi đờng hoá 40

Hình 2-3 Thiết bị lọc dịch đờng 42

Hình 2-4 Nồi nấu hoa 44

Hình 2-5 Tanh lên men 46

Hình 3-1 Đồ thị nhiệt của nồi hồ hoá 56

Hình 3-2 Đồ thị nhiệt của nồi đờng hoá 57

Hình 3-3 Đồ thị nhiệt của nồi hoa 58

Hình 4-1 Cấu tạo của máy 4 trục nghiền dùng để nghiền hạt 79

Hình 4-2 Sơ đồ tính toán để xác định đờng kính cho phép nhỏ nhất của trục
nghiền 80

Hình 4-3 Cấu tạo trục 81

Hình 4-4 Cấu tạo răng khía của trục 83

Hình 4-5 Sơ đồ tác động của cặp trục nghiền hạt 84

Hình 4-6 Sơ đồ của cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa các trục 86

Hình 4-7 Sơ đồ để dựng quỹ đạo bay của hạt sản phẩm có trục cán


nhằm nâng cao chất lợng và sản lợng bia chủ yếu tập chung vào các lĩnh
vực: Sử dụng nguyên liệu thay thế, nghiên cứu công nghệ lên men bia nồng độ
caonhằm mục đích nâng cao hiệu suất trích ly nguyên liệu cải thiện chất
lợng dịch đờng, tăng hiệu suất lên men và rút ngắn chu kỳ sản xuất.
Thực tế sản xuất bia ở Công ty Cổ phần bia Ninh Bình có những điểm
khác biệt nh sử dụng gạo làm nguyên liệu thay thế cao, thời gian lên men và
2
tàng trữ ngắn, hệ thống thiết bị đôi khi còn cha đồng bộ một số thiết bị nhập
từ nớc ngoài một số thiết bị sản xuất tại Việt Nam nh máy nghiền gạo và
malt nên năng suất và chất lợng bia cha cao. Để nâng cao năng suất chất
lợng và giảm giá thành sản phẩm thì việc nghiên cứu cải tiến một số thiết bị
là vấn đề cấp thiết. Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên chúng tôi tiến hành
nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản
xuất bia nhằm nâng cao năng suất và chất lợng của Công ty cổ phần bia
Ninh Bình.
1.2. Đối tợng, mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề
tài

- Cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia nhằm nâng
cao năng suất và chất lợng, đáp ứng đợc nhu cầu thực trạng của Công ty
cổ phần bia Ninh Bình.
- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao năng suất và chất lợng và
hạ giá thành sản phẩm.
- Kết quả của đề tài góp phần thúc đẩy nền công nghiệp sản xuất bia
phát triển.
1.3. Tóm tắt nội dung luận văn
Nội dung luận văn gồm:
Mở đầu
Chơng 1: Tổng quan nghiên cứu
Chơng 2: Tính toán kiểm tra các thông số công nghệ của một số thiết

Qua một vài năm gần đây, theo số liệu thống kê cho thấy sản lợng bia
tiêu thụ ở khu vực Châu á tăng nhanh và theo nhận định của các nhà nghiên
cứu thị trờng bia của thế giới thì bia của Châu á đang ngày càng giữ vị trí
4
dẫn đầu trên thị trờng bia thế giới. Trong khi đó ở Châu Âu có phần chững
lại, từ năm 1989ữ1993 tăng bình quân 4,4%/năm, thì ở Châu á trớc kia
nhiều nớc có mức tiêu thụ bia trên đầu ngời thấp đến nay đ tăng bình quân
6,5%/năm. Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là
Philippin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm. Đây là
những nớc có tốc độ tăng nhanh trong khu vực.
Thị trờng bia Nhật Bản chiếm 66% thị trờng bia khu vực với 30,9 tỉ
USD. Năm 1939 sản lợng bia của Nhật Bản là 30 triệu lít và mức tiêu thụ
tính trên đầu ngời tơng đơng ở Việt Nam hiện nay, năm 1960 sản lợng
bia vợt quá 100 triệu lít, đến năm 1991 mức tiêu thụ bình quân đầu ngời là
55,6 lít/ngời/năm.
Công nghiệp bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu
thúc đẩy sự tăng trởng của ngành công nghiệp bia Châu á. Từ năm
1980ữ1993 sản lợng bia tăng từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tức là tăng 17
lần. Thời kỳ từ năm 1981ữ1987, mức tăng trởng trên 30%/năm, từ năm 1988
tốc độ tăng trởng bình quân mỗi năm trên 20%.[4]
1.2. Tình Hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam
Bia đợc đa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của nhà
máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, nh vậy bia Việt Nam đ có lịch sử
trên 100 năm.
Hiện nay do nền kinh tế của nớc ta phát triển khá mạnh nên đời sống
cũng nh thu nhập của ngời dân đợc cải thiện một cách đáng kể. Bia không
còn đợc coi là một loại nớc uống xa xỉ nữa cho nên nhu cầu về bia là rất lớn
cộng thêm là sự thay đổi về cơ chế quản lý của nhà nớc mà chỉ trong một
thời gian ngắn ngành sản xuất bia có những bớc phát triển mạnh mẽ thông
qua việc đầu t và mở rộng các nhà máy bia có từ trớc và xây dựng các nhà

gần đây nhờ cải cách của Chính phủ ngành sản xuất bia đ có những bớc
phát triển khá nhanh.
Theo số liệu đ thu thập đợc, các nhà máy bia lớn nh Công ty bia Sài
Gòn và công ty bia Hà Nội nộp ngân sách cho Nhà nớc từ 3,5ữ4tỷ đồng/năm.
1.2.3. Chủng loại bia
Tại Việt Nam hiện nay thờng sản xuất dới 3 dạng chủ yếu là: bia lon,
bia chai và bia hơi. Tỷ lệ sản xuất các loại bia này phụ thuộc vào các mùa
trong năm và biến đổi rất khác nhau do nhu cầu và thị hiếu của ngời tiêu
dùng, ví dụ nh năm 1995 tỷ lệ sản xuất bia của một số nhà máy lớn nh sau:
- Công ty bia Sài Gòn tỷ lệ bia chai là chủ yếu chiếm 65%, còn bia lon
chiếm 30,5% và bia hơi chiếm 3,5%.
- Công ty bia Hà Nội tỷ lệ bia chai và bia lon là chủ yếu chiếm 60,4%
và bia hơi chiếm 39,6%.
- Các nhà máy bia địa phơng và các cơ sở bia t nhân thì tỷ lệ bia hơi
chiếm chủ yếu.
Trên thực tế bia hơi giá thành rẻ, thích hợp với túi tiền của đông đảo
tầng lớp dân c trong x hội. Bia hơi đáp ứng nhu cầu tiêu thụ tại chỗ vì vậy
thị trờng tiêu thụ bia hơi vẫn còn rất lớn.
1.2.4. Định hớng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam đến năm 2010
Do nớc ta là nớc đang phát triển có nền kinh tế tăng trởng hàng năm
từ 8ữ10% năm do vậy mức thu nhập của ngời dân ngày càng đợc nâng cao
mức sống của ngời dân ngày càng đợc cải thiện. Vì vậy nhu cầu sử dụng bia
rất lớn và khi đời sống của ngời dân ngày càng đợc nâng cao thì bia đợc
xem nh một loại nớc giải khát thông thờng chứ không còn là một sản
phẩm xa xỉ cho riêng những ngời giàu mà bia bây giờ là sản phẩm của mọi
ngời dân. Chính điều này đ thúc đẩy nền công nghiệp bia có những bớc
7
tiến vợt bậc trong những năm gần đây. Bên cạnh yếu tố tăng trởng của nền
kinh tế thì chúng ta cũng không bỏ qua yếu tố khá quan trọng nữa đó là sự ổn
định về chính trị và chính sách khá thông thoáng của nhà nớc nhằm thu hút

cao.
Đứng trớc thực trạng của Công ty cổ phần bia Ninh Bình nh vậy.
Công ty đ xây dựng kế hoạch đầu t chiều sâu cải tiến thiết bị để nâng cao
năng suất và chất lợng, tạo sản phẩm mới đáp ứng kịp thời nhu cầu của ngời
tiêu dùng.
1.3.1. Điều kiện tự nhiên xã hội
Thành phố Ninh Bình nằm ở trung tâm tỉnh Ninh Bình có vị trí chiến
lợc về kinh tế và giao thông, nằm trên quốc lộ 1A tạo điều kiện cho việc
thông thơng kinh tế, nhất là thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên vật liệu
về nhà máy cũng nh chuyên chở đi tiêu thụ. Đây là thành phố có nhiều điều
kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất bia về: cơ sở hạ tầng, giao
thông vận tải, thị trờng tiêu thụ, sức lao động
1.3.2. Nguồn nhân lực
Sử dụng lực lợng lao động tại địa phơng nhằm giải quyết công ăn
việc làm đồng thời sử dụng nguồn nhân công tại chỗ nên không phải quan tâm
đến nơi ăn chốn ở.
1.3.3. Nguồn cung cấp nguyên liệu
Nguyên liệu để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, gạo. Trong
đó hoa houblon đợc nhập từ Pháp, Đức hoặc úc, malt đại mạch đợc nhập từ
úc (hiện nay nhà máy malt ở Bắc Ninh đợc xây dựng xong thì có thể nhập
malt từ đây để giảm giá thành sản phẩm), gạo đợc cung cấp bởi tỉnh nhà và
công ty lơng thực Miền Bắc.
9
1.4. Quy trình công nghệ sản xuất bia của công ty cổ phần bia
ninh bình
1.4.1. Thành phần hoá học và dinh dỡng của bia
Bia là loại nớc giải khát có ga đợc chế biến từ 2 loại nguyên liệu
chính là malt đại mạch và hoa houblon ngoài ra còn phải kể đến các nguyên
liệu thay thế khác nh gạo
Thành phần hoá học của bia rất phức tạp nó phụ thuộc chủ yếu vào

Hình 1-1 Cấu tạo hạt đại mạch
a mặt cắt dọc
1 - vỏ trấu; 2 - vỏ quả; 3 - vỏ hạt; 4 - lớp alơron; 5 - nội nhũ; 6 - ngù; 7 - phôi lá;
8 - phôi thân; 9 - phôi rễ; 10 - lớp tế bào bao;
b mặt cắt ngang

1, 2, 3, 4 - vỏ; 5 - lớp alơron; 6 - phôi; 7 - tế bào bao; 8 - ngù; 9 - nội nhũ

Sau quá trình nảy mầm một lợng lớn enzim đợc tạo thành và tích tụ
trong hạt malt đại mạch, đây là nhân tố thực hiện những biến đổi tinh bột,
prôtít thành đờng peptit, polypeptit và các axit amin Những chất này giữ
11
vai trò quan trọng đối với sự phát triển của nấm men cũng nh đối với chất
lợng bia sau này.
Malt đại mạch là nguyên liệu chính cung cấp các chất chiết là các dịch
đờng để tiến hành lên men đồng thời nó cũng góp phần tạo hơng vị, bọt cho
bia thành phẩm. Có nhiều loại malt và mỗi loại sử dụng với mục đích tạo ra
các loại bia khác nhau nh: Malt vàng để sản xuất bia vàng, malt đen để sản

0
C.
Hoa viên: Thu đợc từ cánh hoa sấy khô, nghiền nhỏ và đùn thành viên,
đợc bảo quản trong túi giấy bạc, màu sắc có màu xanh non.
Cao hoa: Thu đợc khi tiến hành trích ly các chất đắng chất thơm của
hoa bằng cồn hoặc bằng CO
2
lỏng, rồi cô đặc trích ly đến cao. Cao hoa có màu
vàng xanh xẫm, dẻo, có thể bảo quản trong các hộp thép không rỉ Có thể
bảo quản tốt từ 3ữ4 năm, rất thuận lợi cho quá trình chuyên chở mà vẫn bảo
đảm chất lợng của hoa.
c) Nớc
Nớc là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia, nó
chiếm khoảng 87-90%. Do đó thành phần và tính chất của nớc ảnh hởng
trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lợng sản phẩm sau này. Vì
vậy chất lợng nớc sử dụng phải khác với chất lợng nớc sinh hoạt, tuỳ theo
công đoạn khác nhau mà yêu cầu về chất lợng nớc cũng khác nhau.
Yêu cầu cảm quan: Nớc dùng để sản xuất bia phải trong suốt không có
mùi vị lạ. Nếu nớc có độ cứng cao, hàm lợng các ion Ca
2+
và Mg
2+
lớn,
chúng tồn tại dới dạng muối cácbonat và bicácbonnat. Sắt là nguyên tố ảnh
hởng mạnh nhất đến chất lợng của bia, xúc tác phản ứng ôxy hoá trong bia
làm giảm độ bền của keo, gây đục cho sản phẩm. Các nguyên tố vi lợng tồn
tại trong nớc cũng phải đảm bảo cho nấm men sinh trởng và phát triển vì
thế phải xử lý để hàm lợng có trong nớc ở mức cho phép.
13
d) Nguyên liệu thay thế (gạo)

Bột trợ lọc: Sử dụng bột trợ lọc Diatomit.
1.4.3. Dây chuyền sản xuất
Dây chuyền sản xuất bia bao gồm 3 phân xởng chính là: phân xởng
nấu, phân xởng lên men, phân xởng hoàn thiện sản phẩm.
14
a) Phân xởng nấu
Trong sản xuất bia công đoạn nấu và đờng hoá rất quan trọng, nó ảnh
hởng trực tiếp đến quá trình lên men và đờng hoá sau này.
- Mục đích của quá trình nấu
Là chiết đợc tối đa các chất có thể hoà tan vào trong các nguyên liệu
và loại bỏ các chất không hoà tan ra ngoài.
- Cách tiến hành
Phơng pháp đờng hoá có sử dụng phơng pháp đun sôi từng phần.
Phơng pháp này malt đợc trộn lẫn với nớc thành hồ malt, nồi malt đợc
chia thành từng phần. Các phần này sẽ đợc đờng hoá và đun sôi tiếp sau đó
mới đợc hoà lẫn với khối cháo chính.
Ưu điểm: Do dịch malt đợc đun sôi và duy trì tại một nhiệt độ thích
hợp cho các enzim hoạt động nên hiệu suất chiết tăng, tạo môi trờng dinh
dỡng đầy đủ cho nấm men phát triển, tạo sự hài hoà giữa các thành phần
trong bia. Có thể sử dụng cho trờng hợp các nguyên liệu thay thế.
Nhợc điểm: Đun sôi nhiều lần dẫn đến khả năng các chất không có
lợi cho chất lợng bia chiết vào dịch nhiều, nếu không khống chế nhiệt độ để
lên cao quá thì sẽ tạo các sản phẩm có màu sẫm ảnh hởng đến chất lợng
cảm quan của bia. Nếu theo phơng pháp này tốn hơi, tốn thiết bị, đầu t ban
đầu lớn.
- Lọc ép khung bản: Dùng lực của bơm để đẩy phần dịch qua lớp vải lọc
còn phần b đợc giữ lại.
Ưu điểm: Lọc nhanh hiệu suất thu hồi chiết cao, năng suất lớn, ít tốn
nớc rửa b, chiếm ít diện tích.
Nhợc điểm: Khó mở rông năng suất, khi lọc dịch đờng tiếp xúc với 16
1.4.4. S¬ ®å c«ng nghÖ
H×nh 1-2 S¬ ®å c«ng nghÖ
17
1.4.5. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
a) Nghiền nguyên liệu
+ Cách tiến hành nghiền malt: Malt đợc nghiền bằng máy nghiền búa.
+ Cách tiến hành nghiền gạo: Gạo đợc cân cho từng mẻ nấu sau đó
đợc nghiền bằng máy nghiền búa.
b) Quá trình hồ hoá
Bơm nớc có nhiệt độ 35
0
C vào nồi hồ hoá tỷ lệ nớc, gạo 5:1, bật cánh
khuấy rồi cho toàn bộ lợng bột gạo vào (lợng gạo chiếm 30% lợng nguyên
liệu) cùng 5% malt lót. Cho malt lót vào nh vậy có tác dụng làm long dịch
hồ hoá, giảm bề mặt lớp keo, tránh hiện tợng vón cục làm sống tinh bột và
sinh nhiệt cục bộ gây cháy khét.
Cho toàn bộ lợng chế phẩm Tecmamyl 120L cần thiết vào (chiếm
0,1% so với lợng nguyên liệu thay thế, H
3
PO
4
để điều chỉnh PH = 4ữ5 khuấy
đều 5 phút để cho khối lợng dịch hoà quyện đều trong nớc tạo thành khối
đồng nhất.
Mở van hơi cấp nhiệt để nâng nhiệt độ khối dịch lên 52

Bơm một phần dịch cháo sang nồi đờng hóa sao cho nhiệt độ trong nồi
đờng hoá sẽ đạt 50ữ52
0
C. Giữ nhiệt độ này trong thời gian 30 phút, đây là
giai đoạn đạm hóa, ở nhiệt độ này thích hợp cho enzim proteaza hoạt động
mạnh nhất nhằm mục đích để thuỷ phân protêin thành các axit amin và các
peptit đây là nguồn dinh dỡng cho nấm men hoạt động, thành phần này
chiếm 5ữ7% so với tổng số chất hoà tan trong dung dịch đờng ngoài ra thành
phần này góp phần tạo cho bia có hơng vị đậm đà, tham gia các vào các quá
trình tạo và giữ bọt cho bia.
Sau đó bơm nốt phần dịch cháo còn lại sang nồi đờng hoá và cấp hơi
để nâng nhiệt độ nồi đờng hoá lên 62ữ65
0
C, giữ nhiệt độ này trong 30 phút.
Đây là giai đoạn đờng hoá 1, ở nhiệt độ này thích hợp cho enzim amylaza
hoạt động thuỷ phân tinh bột tạo thành các đờng có khả năng lên men chủ
yếu là đờng maltoza.
Sau đó nâng nhiệt độ lên 75
0
C và giữ trong 30 phút. Đây là giai đoạn
đòng hoá 2, ở nhiệt độ này thích hợp cho enzim -amilaza, hoạt động thuỷ
phân tinh bột tạo thành các loại đờng không có khả năng lên men.
Sau đó nâng nhiệt độ lên 78
0
C rồi bơm sang nồi lọc đáy bằng.