CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG SẢN PHẨM

3.1. Các thông số ban đầu

- Năng suất thiết kế: 50 triệu lít/năm.

- Sản xuất bia từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14^oBx.

- 60% bia chai 12^oBx.

- 40% bia hơi 10^oBx.

- Hoa houblon viên có độ ẩm W_h = 10%, tỷ lệ cho hoa là 1,2g hoa cánh/1 lít bia hơi và 2g hoa cánh/1 lít bia chai.

- Men giống được cấy vào theo tỷ lệ là 10% so với dịch trước lên men.

- Nồng độ dịch đường trước lên men là 14^oBx (tỷ trọng d_c = 1,0568).

- Chế phẩm enzym Termamyl 120L chiềm tỷ lệ 0,1% so với lượng nguyên liệu thay thế là đại mạch.

- Tổn thất qua các công đoạn:

+ Tổn thất do nghiền: 1%

+ Tổn thất do nấu, đường hóa, lọc: 1,5%.

+ Tổn thất do lắng: 2,5%

+ Tổn thất do làm lạnh nhanh: 1%

+ Tổn thất do quá trình lên men (cả chính và phụ): 4,5%

+ Tổn thất do lọc: 1,5%

+ Tổn thất do bão hòa CO₂: 0,5%

+ Tổn thất do pha loãng: 0%

+ Tổn thất do chiết chai: 4%

+Tổn thất do chiết bock: 1%

Do nhà máy áp dụng phương pháp lên men gia tốc với mức độ bán tự động vì thế với việc kết hợp giữa ưu thế của thiết bị công nghệ hiện đại và mức độ bán thủ công của việc sản xuất bia sẽ hạn chế được phần nào tổn thất qua các công đoạn. Chính vì thế mà các thông số tổn thất này tương ứng với việc sản xuất mà ta đã chọn.

3.2. Tính toán lượng bia từ 100kg nguyên liệu ban đầu

Chọn tỷ lệ nguyên liệu: 50% malt

25% đại mạch Việt Nam (RIB0127)

25% đường tinh luyện.

3.2.1. Tính lượng chất hòa tan và bã

Tính lượng chất chiết từ malt trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của malt: 6%.

Hệ số hòa tan: 70%

Tổn thất do nghiền: 1%.

Lượng malt thô sau khi nghiền là (tổn thất do nghiền là 1%)

100 x 0,5 x 0,99 = 49,5 (kg)

Lượng chất khô của malt là:

100 x 0,5 x 0,99 x 0,94 = 46,53 (kg)

Lượng chất chiết từ malt có trong 100kg nguyên liệu là:

100 x 0,5 x 0,99 x 0,94 x 0,70 = 32,57 (kg)

Tính lượng chất chiết từ đại mạch trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của đại mạch: 10,4%

Hệ số hòa tan: 70%

Tổn thất do xay, nghiền: 1%

Lượng đại mạch sau khi nghiền là

100 x 0,25 x 0,99 = 24,75 (kg)

Lượng chất khô của đại mạch là:

100 x 0,25 x 0,99 x 0,896 = 22,17 (kg)

Lượng chất chiết từ đại mạch có trong 100kg nguyên liệu là:

100 x 0,25 x 0,99 x 0,896 x 0,70 = 15,52 (kg)

Tổng lượng chất khô có trong 100kg nguyên liệu là:

46,53 + 22,17 = 68,70 (kg)

Tổng lượng chất chiết có trong 100kg nguyên liệu là:

32,57 + 15,52 = 48,09 (kg)

Tính lượng chất hòa tan còn lại trong dịch đường sau giai đoạn nấu, đường hóa và lọc:

Chọn tổn thất chất hòa tan chung của quá trình nấu, đường hóa, lọc là 1,5% (thường là 1 – 2%).

Lượng chất chiết còn lại trong dịch đường là:

48,09 x 0,985 = 47,37 (kg)

3.2.2. Tính lượng sản phẩm trung gian qua các giai đoạn

Khi nấu hoa coi lượng chất khô hòa tan vào bằng lượng chất khô mất đi. Do trong quá trình nấu hoa ta mới bổ sung thêm đường để nâng cao nồng độ chất chiết của dịch đường. Vì vậy lượng chất chiết của dịch đường sau đun hoa sẽ là:

47,37 + (100 x 0,25) = 72,37 (kg)

Lượng dịch đường 14^oBx (sau đun hoa) là:  72,37 / 0,14 = 516,93 (kg)

Lượng dịch đường 14^oBx, ở 20^oC có khối lượng riêng d₂₀ = 1,0568 (kg/l).

Do vậy thể tích dịch 14^oBx ở 20^oC là: V= M/d = 516,93/1,0568 = 489,15 (lít)

Do thể tích ở 100^oC chênh lệch so với thể tích dịch ở 20^oC là 4% nên thể tích dịch ở 100^oC là: 489,15 x 1,04 = 508,71 (lít)

Lượng dịch sau khi làm lắng trong và làm lạnh nhanh (trước khi lên men với tổn thất chung cho cả 2 quá trình là 3,5%) 508,71 x 0,965 = 490,91 (lít)

Lượng bia non sau khi lên men chính và phụ (tổn thất theo dịch cho cả hai quá trình này là 4,5%) 490,91 x 0,955 = 468,82 (lít)

Lượng bia non sau khi lọc (tổn thất là 1,5%) 468,82 x 0,985 = 461,78 (lít)

Lượng bia non sau khi bão hòa CO₂ (tổn thất là 0,5%) 461,78 x 0,995 = 459,48 (lít)

Tính toán độ cồn của bia sau khi lên men.

Lượng chất chiết sau khi nấu hoa là 72,37kg, sau khi lắng trong và làm lạnh nhanh với tổn thất chung cho hai quá trình này là 3,5% => lượng chất chiết trong dịch lên men là 72,37 x 0,965 = 69,84 (kg)

Giả thiết hiệu suất lên men thực tế là 60% và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza. Mà cứ 1kg đường maltoza khi lên men theo lý thuyết thì sẽ được 0,682 lít cồn, do đó độ cồn của bia sau khi lên men là: 69,84 x 0,682 x 0,6 x 100/468,82 = 6,096 (v/v)

Tính lượng bia thu được sau khi chiết

- Bia hơi:

Bia hơi có độ cồn là 3,5% (v/v) nên lượng bia thu được sau khi pha loãng là (chiếm 40% lượng bia thành phẩm): 459,48 x 40% x 6,096 / 3,5 = 320,11 (lít)

Lượng bia hơi thu được sau khi chiết (tổn thất 1%) là: 320,11 x 0,99 = 316,91 (lít)

- Bia chai:

Bia chai có độ cồn là 5% (v/v) nên lượng bia thu được sau khi pha loãng là (chiếm 60% lượng bia thành phẩm): 459,48 x 60% x 6,096 / 5 = 336,12 (lít)

Lượng bia chai thu được sau khi chiết (tổn thất 4%) là: 336,12 x 0,96 = 322,67 (lít)

3.2.3. Tính lượng men giống

Tỷ lệ men giống trước khi cấy cho vào là 10% so với dịch đưa vào lên men, vậy lượng men giống đưa vào sẽ là: 490,91 x 0,1 = 49,09 (lít)

Nếu sử dụng men sữa thì ta sẽ sử dụng theo tỷ lệ 1%. Vậy lượng men sữa là:

490,91 x 0,01 = 4,91 (lít)

3.2.4. Tính toán lượng bã malt và đại mạch

Lượng bã khô:

• Tổng lượng chất khô của malt và đại mạch là 68,70 (kg).
• Tổng lượng chất chiết của malt và đại mạch là 48,09 (kg).

Tổng lượng bã khô của 100kg nguyên liệu là: 68,70 – 48,09 = 20,61 (kg)

Lượng bã ẩm:

Độ ẩm của bã là 80% nên lượng bã ẩm là: 20,61 / 20% = 103,05 (kg)

Lượng nước trong bã là: 103,05 – 20,61 = 82,44 (kg)

3.2.5. Tính toán lượng nước dùng trong quá trình nấu và rửa bã

Quá trình hồ hóa: tỷ lệ bột đại mạch : nước = 1 : 4 Lượng nước cho vào nồi hồ hóa là: 24,75 x 4 = 99 (kg)

Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi hồ hóa là: 24,75 x 10,4% = 2,57 (kg)

Tổng hỗn hợp bột + nước ban đầu trong nồi hồ hóa là 24,75 + 99 = 123,75 (kg)

Tổng lượng dịch cháo sau khi đun là (bay hơi 5% lượng dịch):

123,75 x 0,95 = 117,56 (kg)

Quá trình đường hóa: tỷ lệ bột malt : nước = 1 : 4

Lượng nước cho vào nồi đường hóa là:

49,5 x 4 = 198 (kg)

Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi đường hóa là:

49,5 x 6% = 2,97 (kg)

Tổng lượng dịch ở nồi đường hóa sau khi chuyển dịch cháo sang là:

117,56 + 49,5 + 198 = 365,06 (kg)

Lượng dịch còn lại trong nồi đường hóa sau khi đun là (bay hơi 5%):

365,06 x 0,95 = 346,81 (kg)

Lượng nước trong dịch trước khi lọc:

346,81 – 68,70 = 278,11 (kg)

Tính toán lượng nước trong dịch trước khi đun hoa:

Lượng nước trong dịch sau khi đun hoa (dịch đường có nồng độ 14^oBx)

516,93 x 0,86 = 444,56 (kg)

Lượng nước trong dịch trước khi đun hoa (nước bay hơi 10% so với tổng lượng dịch trước khi đun hoa): 444,56 + (516,93 x 10%) = 496,25 (kg)

Tính toán lượng nước rửa bã:

Vnước trước lọc + Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch đun hoa. Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch đun hoa − Vnước trước lọc = 82,44 + 496,25 − 278,11 = 300,58 (kg)

Tổng lượng nước cho vào hai nồi nấu và đường hóa là: 99 + 198 = 297 (kg)

3.2.6. Tính toán các nguyên liệu khác

3.2.6.1. Lượng hoa houblon

Để tính lượng hoa viên và cao hoa ta dựa vào lượng hoa cánh.

Bia hơi: Ta chọn tỷ lệ houblon là 1,2g hoa cánh/lít bia hơi. Vậy lượng hoa cánh cần thiết là: 316,91 x 1,2 = 380,29 (g) = 0,38 (kg)

Ta chọn tỷ lệ cao hoa và hoa viên là 30 : 70

Biết rằng: hoa viên tương đương với 1,3kg hoa cánh. Vậy lượng hoa viên cần dùng là: 380,29 x 0,7 / 1,3 = 204,77 (g)

1kg cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh. Vậy lượng cao hoa cần dùng là:

380,29 x 0,3 / 6 = 19,01 (g)

Bia chai: Ta chọn tỷ lệ houblon là 2g hoa cánh/lít bia chai. Vậy lượng hoa cánh cần thiết là: 322,67 x 2 = 645,34 (g)

Ta chọn tỷ lệ cao hoa và hoa viên là 30 : 70. Biết rằng, hoa viên tương đương với 1,3kg hoa cánh. Vậy lượng hoa viên cần dùng là: 645,34 x 0,7 / 1,3 = 347,49 (g)

1kg cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh. Vậy lượng cao hoa cần dùng là: 645,34 x 0,3 / 6 = 32,27 (g)

3.2.6.2. Lượng chế phẩm enzym

Chế phẩm enzym Termamyl 120L được dùng với tỷ lệ 0,1% so với lượng nguyên liệu thay thế (đại mạch). Vậy lượng Termamyl cần dùng là: 24,75 x 0,1% = 0,025 (kg)

Chế phẩm enzym Cereflo được dùng với tỷ lệ 0,04% so với lượng nguyên liệu thay thế (đại mạch). Vậy lượng Cereflo cần dùng là: 24,75 x 0,04% = 0,0099 (kg)

Chế phẩm enzym Neutrase 0,5L được dùng với tỷ lệ là 0,1% so với tổng khối lượng malt. Vậy lượng Neutrase cần dùng là: 49,5 x 0,1% = 0,0495 (kg)

3.2.6.3. Lượng bột trợ lọc diatomit

Lượng bột trợ lọc cần dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 1000 lít bia thì cần 0,37kg bột trợ lọc cho nên lượng bột trợ lọc cần dùng là: 459,48 x 0,37 / 1000 = 0,17 (kg)

3.2.7. Tính các sản phẩm phụ

3.2.7.1. Bã hoa

Bia hơi:

Lượng chất khô không hòa tan trong hoa cánh và trong hoa viên là 60%, bã có độ ẩm 85%, cao hoa có lượng bã không đáng kể nên bã hoa chủ yếu là bã hoa viên nên lượng bã hoa sẽ là: 204,77 x 0,6 / (1 – 0,85) = 819,08 (g) = 0,82 (kg)

Bia chai: Lượng chất khô không hòa tan trong hoa cánh và trong hoa viên là 60%,

bã có độ ẩm 85%, cao hoa có lượng bã không đáng kể nên bã hoa chủ yếu là bã hoa viên nên lượng bã hoa sẽ là: 347,49 x 0,6 / (1 – 0,85) = 1389,96 (g) = 1,39 (kg)

3.2.7.2. Cặn lắng

100kg nguyên liệu có khoảng 1,75kg cặn lắng. W = 80% (ở thùng lắng xoáy).

3.2.7.3. Sữa men

100 lít bia (sau lên men) cho 2 lít sữa men W = 85%.

100kg nguyên liệu (sản xuất ra 459,48 lít bia nồng độ cao) sẽ cho lượng men sữa là: 459,48 x 2 / 100 = 9,19 (lít)

Trong đó một phần men sữa (4,91 lít) được dùng làm men giống. Vậy lượng sữa men dùng làm thức ăn gia súc là: 9,19 – 4,91 = 4,28 (lít)

3.2.7.4. Lượng CO₂

Ta có phương trình lên men như sau:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 28 calo

Hiệu suất lên men trong quá trình lên men là 60%.

Lượng chất chiết trong dịch lên men là 69,84kg.

Vậy lượng CO₂ thu được là: 69,84 x 0,6 x 88 / 180 = 20,48 (kg)

Lượng CO₂ hòa tan trong bia (2,5g CO₂/lít bia non) là: 461,78 x 2,5 = 1154,45 (g) = 1,15 (kg).

Lượng CO₂ thoát ra là: 20,48 – 1,15 = 19,33 (kg)

Lượng CO₂ thu hồi (thường đạt 70%) là: 19,33 x 70% = 13,53 (kg)

Ở 20^oC, 1atm thì cứ 1m³ CO₂ cân nặng 1,832kg. Vậy thể tích CO₂ bay ra là:

13,53 / 1,832 = 7,39 (m³)

Lượng CO₂ cần bão hòa thêm để đạt 4g/l bia sau bão hòa là: (459,48 x 4) – (2,5 x 461,78) = 683,47 (g) = 0,68 (kg)

Thể tích CO₂ cần bão hòa thêm (ở 20^oC) 0,68 / 1,832 = 0,37 (m³)

3.3. Lập kế hoạch sản xuất

Nhà máy được thiết kế với năng suất 50 triệu lít/năm trong đó bia chai 12^oBx chiếm 60% và bia hơi 10^oBx chiếm 40% tổng sản lượng. Trong năm dự kiến sản xuất 300 ngày, các ngày còn lại làm công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, máy móc, vệ sinh nhà xưởng, nghỉ các ngày lễ tết. Một năm có bốn mùa, mỗi mùa có ba tháng, tuy nhiên nhu cầu tiêu thụ bia giữa các mùa là khác nhau. Dự kiến mỗi tháng sản xuất 25 ngày.

Dựa vào tình hình kinh tế thị trường tiêu thụ bia hơi chủ yếu vào mùa hè, còn bia chai có thể tiêu thụ cả trong mùa hè và đặc biệt cả trong dịp lễ tết. Vì nhu cầu khác nhau nên phải lập kế hoạch sản xuất bia hợp lý để tránh lãng phí.

Kế hoạch sản xuất bia cho nhà máy:

	Mùa xuân	Mùa hè	Mùa thu	Mùa đông
Sản lượng (triệu lít)	10	15	15	10
% năng suất (%)	20	30	30	20

 

Theo kế hoạch mùa hè và mùa thu có sản lượng lớn hơn, vì vậy ta phải thiết kế theo năng suất lớn nhất từ 15 triệu lít. Mỗi mùa có ba tháng vậy mỗi tháng ta sản xuất là: 15 triệu / 3 = 5 (triệu lít).

Mỗi tháng sản xuất 25 ngày nên mỗi ngày sản xuất là: 5 000 000 / 25 = 200 000 (lít/ngày).

Mỗi ngày nấu 5 mẻ thì sản lượng mỗi mẻ sẽ là: 200 000 / 5 = 40 000 (lít/mẻ).

Với tỷ lệ sản phẩm là 60% bia chai và 40% bia hơi nên nấu bia nồng độ cao 14^oBx rồi pha loãng để được bia thành phẩm theo yêu cầu.

Cân bằng sản phẩm cho bia cao độ 14^oBx

Cân bằng sản phẩm cho bia hơi 10^oBx

Cân bằng sản phẩm cho bia chai 12^oBx

 Sưu tầm và biên soạn bởi: Valve Men Team