Thiết bị lọc bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM BÀI BÁO CÁO Tên đề tài THIẾT BỊ LỌC BIA GVHD:ThS Nguyễn Thị Hiền Các Thành Viên Trong Nhóm: MSSV NGUYỄN THỊ KIM CHI NGUYỄN QUỐC CƯƠNG PHẠM THỊ BÍCH NGỌC VŨ ANH TUẤN MỤC LỤC GIỚI THIỆU VỀ BIA Khái niệm về Bia Ngành bia Việt Nam QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA QUÁ TRÌNH LỌC TRONG BIA Mục đích Cơ sở lý thuyết của quá trình Kĩ thuật lọc trong bia Làm trong bia bằng máy lọc có sử dụng bột Làm trong bia bằng máy lọc khung bản Làm trong bia bằng máy lọc đĩa. Làm trong bia bằng máy lọc nến Máy lọc không sử dụng bột trợ lọc Máy lọc khối Máy lọc tấm Máy lọc màng GIỚI THIỆU VỀ BIA Khái niệm -Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men. Nói một cách khác, bia là loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp và có hương vị đặc trưng của hoa houblon. Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa, ngoài ra trong bia còn chứa một lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu là vitamin nhóm B như vitamin B1, B2, PP. . .). Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng. Đối với nước ta bia đã trở thành loại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở ngành công nghiệp mũi nhọn trong ngành công nghiệp nước ta. -Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phân loại khác. Ngành bia ở Việt Nam Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy Bia Sài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm. Năm năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư... mà ngành công nghiệp bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng 20,7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng. Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít/năm đều có hệ thống thiết bị hiện đại, tiên tiến, nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh như: Đức, Đan Mạch... Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít/năm cho đến nay đã đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị,tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến vào sản xuất. Ở Việt Nam tuy sản lượng bia tăng nhanh nhưng công nghệ lên men bia nồng độ cao chưa được phát triển. Phần lớn các nhà máy bia của Việt Nam chỉ lên men dịch đường có nồng độ 10-12oBx, với tỷ lệ gạo làm nguyên liệu thay thế là 30%, nên sản xuất ra bia có độ cồn 3 - 5%v/v. Như vậy việc nghiên cứu sản xuất dịch đường cho lên men bia nồng độ cao không chỉ đáp ứng nhu cầu về bia ngày càng tăng mà còn nâng cao tỷ lệ nguyên liệu thay thế, hiệu quả sử dụng thiết bị, tạo ổn định cho bia thành phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế và góp phần đa dạng hóa sản phẩm. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Thế liệu Malt Làm sạch Làm sạch Cân Cân Nghiền Nghiền Hồ hóa Đường hóa Lọc dịch đường Bã Houblon hóa Bã hoa Lọc hoa houblon Men giống Lắng Nhân giống Làm lạnh nhanh Thu hồi men men Lên men chính Thu hồi CO2 Lên men phụ Xử Lý Lọc bia Chai Bão hòa CO2 Xử lý Chiết lon Chiết chai Thanh trùng Thanh trùng Dán nhãn SP bia chai SP bia lon Lọc trong bia Mục đích -Tạo độ trong lóng lánh cho bia -Loại bỏ đáng kể số lượng vi sinh vật bao gồm nấm men vẫn còn tồn tại sau quá trình tàng trữ có khả năng làm đục bia. -Loại bỏ các phức chất protein, các hạt dạng keo polyphenol, polysaccarit và protein ít tan,những chất này làm bia rất nhanh đục, nhờ vậy làm bia ổn định hơn Cơ sở lý thuyết của quá trình: -Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ,bia đã được làm trong bia 1 cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết.Trong bia còn hiện diện nấm men,hạt phân tán cơ học,dạng hạt keo,phức chất protein-polyphenol,nhựa đắng và nhiều loại hạt khác tạo màu đục của bia.Nếu chúng ta không loại những cấu tử này thì bia sẽ kém bền,chính vì vậy việc lọc trong bia sẽ tăng thời gian bảo quản trong quá trình lưu thông trên thị trường. -Nguyên tắc lọc trong bia dựa trên 2 quá trình: +Cơ chế sàng:giữ lại tất cả các hạt có kích thước lớn hơn kích thước của vật liệu lọc mộ cách cơ học như cơ cấu sàng, trong đó lớp vật liệu lọc đóng vai trò như một mặt sàng. Các hạt huyền phù co1 thể được giữ ngay trên lớp vật liệu lọc hoặc bị giữ bên trong lớp vật liệu lọc tùy theo kích thước của chúng +Cơ chế hấp phụ:cơ chế này cho phép giữ lại các hạt huyền phù có kích thước nhỏ hơn kích thước của các lỗ trong vật liệu lọc, dựa trên sự hấp phụ của các hạt đó đối với vật liệu lọc. Hiệu qủa của quá trình hấp phụ,phụ thuộc trước hết vào bản chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,sau đó là thời điểm trong quá trình lọc. -Trong công nghiệp sản xuất bia,những loại vật liệu lọc được sử dụng rộng rãi nhất gồm: +Xơ bông trộn với bột amian rồi ép chặt thành bánh hình tròn .Vì độ dày của các bánh khá lớn,cho nên trong thuật ngữ chuyên ngành chúng được gọi là khối lọc. +Sợi Xenlluloza dệt và ép thành tấm,khi tiến hành lọc bia phải phủ bột diatomit.Vì độ dày của các tấm này bé hơn nữa chúng lại bền và rất dai,trong thuật ngữ chuyên ngành chúng được gọi là tấm lọc. -Trong quá trình lọc có thể xảy ra hiện tượng giảm nồng độ chất hào tan của bia.Do 1 phần các dạng keo bị loại ra ngoài cho nên độ nhớt của bia sau khi lọc cũng bị giảm và khả năng tạo bọt cũng giảm -Lọc bia luôn dẫn đến sự hao phí về khối lượng và hao phí CO2,mặc dù quá trình đó được thực hiện trong 1 hệ thống hoàn toàn kín.Muốn tránh hao phí về CO2 thì trước lúc lọc,bia được làm lạnh đến O0C.Giải pháp này có 1 điểm rất hay là tạo trước điều kiện cho bia điều kiện gây đục ở nhiệt độ thấp ,có như vậy thì sau này hiện tượng đó mới không bị lặp lại nữa. Kĩ thuật lọc trong bia.Người ta có thể phân ta thành các loại sau: *Máy lọc có sử dụng bột lọc Kieselgur (diatomit): Máy lọc khung bản. Máy lọc đĩa. Máy lọc nến. *Máy lọc không sử dụng bột trợ lọc : Máy lọc khối. Máy lọc tấm. Máy lọc màng. Làm trong bia bằng máy lọc có sử dụng bột lọc: Làm trong bia bằng máy lọc khung bản: *Nguyên tắc làm việc của máy lọc khung bản Một máy lọc khung bản bao gồm các khung và bản được ngăn với nhau bằng các tấm giấy lọc phủ cả 2 phía của bản. sau khi các khung và bản được ép sát nhau,khoảng không giửa các khung sẻ là nơi chứa huyền phù bột trợ lọc và bia cần lọc. Lớp áo bột trợ lọc sẻ được phủ lên bề mặt giấy lọc, bia trong được lọc và đi qua các tấm bản và ra ngoài. Máy dạng này có thể có bề mặt lọc đến 20 – 400 m2 , hiệu suất của máy từ 70 đến 1000 hl/h với khoảng 3,5 hl/m2 bã lọc. Máy có thể chịu được áp suất lên đến 6 – 8 kg. *Ưu điểm: Bề mặt lọc lớn. Dịch lọc trong và loại bỏ được nấm men. Tấm đỡ có thể thay thế dể dàng. Lọc được các cặn bẩn. Không cần người có chuyên môn cao. *Nhược điểm: Cần nhiều thời gian vệ sinh. Phải thay thế tấm đỡ theo chu kỳ. Giá thành tấm đỡ cao. Dịch chảy nhiều, phân bố không đồng đều. Phải tháo khung bản khi cần giảm áp suất. Khi sử dụng máy, trước khi khởi động máy,cần thiết phải kiểm tra các vấn đề sau: +Các tấm giấy lọc phải được lắp đúng chiều: bề mặt nhăn được lắp về phía khung, bề mặt phẳng được hường về phía bản.Tấm lọc đặt không đúng hướng có nguy cơ gây ra hiện tượng: các sợi nhỏ và hạt nhỏ diatomit sẽ đi vào dịch lọc, đồng thời làm giảm hiệu suất lọc do thiếu độ xốp dẫn đến máy bị tắc. +Sự cân đối của máy lọc. +Không sục CO2 ở giữa bơm và máy lọc (có nguy cơ diatomit và nấm men đi vào dịch trong). Làm trong bia bằng máy lọc đĩa. *Cấu tạo 1.Vòi dẫn bia đục 2,5. cốc lưu bia đục 3.van xả khí 4,9. áp kế 6.Đường ống dẫn bia đục vào 10.đường ống dẫn bia trong đi ra 7.Khối lọc 8.cốc bia trong (mẫu) 11. van lối ra 12.Tay quay 13.van lối vào Thiết bị lọc đĩa có cấu tạo chính bao gồm 1 vỏ hình trụ nằm ngang hoặc thẳng đứng có chứa 1 trục rỗng trên đó gắn rất nhiều đĩa làm nhiệm vụ lọc.Các đĩa này được gắn trên 1 trục rỗng có nhiệm vụ dẫn bia trong.Trên bề mặt đĩa có rãnh hoặc đục lỗ,đây chính là các bề mặt phủ bột trợ lọc. Có 1 số loại thiết bị lọc đĩa như sau: Thiết bị lọc đĩa thẳng đứng: Thân hình trụ đặt thẳng đứng,các đĩa được đặt nằm ngang. Thiết bị lọc đĩa ngang: Than hình trụ nằm ngang ,đĩa lọc được gắn thẳng đứng. Thiết bị lọc đĩa quay: Trong quá trình lọc,các đĩa lọc quay với vận tốc 350-450 vòng trên phút. Các đĩa lọc được chế tạo bằng sắt Crom nickel với kích thước các lỗ trên đó là 50-80 micromét. Bề mặt lọc của máy lọc này có thể lên đến 10-200 m2.Hiệu suất của máy này là 5 hl/m2/h với hiệu suất tối đa cóa thể lên đến 1000 hl/h.Chu kỳ lọc của máy là 6-9h Những máy có bề mặt lọc lớn hơn 45 m2 phải có 2 cửa vào để chất trợ lọc được phân bố đồng đều khi tạo màng lọc.Các máy lọc này có thể hoạt động tốt với áp suất tối đa lên đến 6-8 atm *Nguyên tắc của máy lọc đĩa: Bia và bột trợ lọc được bơm vào máy,bột trợ lọc sẽ phủ ở phía bên ngoài của các đĩa,bia trong được lọc qua các lớp bột trợ lọc và đi vào bên trong các đĩa và được gom vào đường dẫn giữa trục để đi ra ngoài theo. Khi rửa bột trợ lọc,nước được phun lên bề mặt của đĩa nhờ hệ thống phun nước là các thành trục hình chữ U,được đục lỗ có thể quay xung quanh các đĩa nhờ động cơ gắn phí dưới hoặc phía trên máy lọc. Trong quá trình lọc phải theo dõi 2 vị trí: Độ trong của bia ở cốc 8 và chênh lệch áp suất giữa 2 áp kế đầu ra và đoạn cuối của máy.Nếu độ trong không đạt được mức như ban đầu ,hoặc chênh lệch áp suất quá lớn chứng tỏ kháng trở trong máy rất cao ,khả năng hấp phụ của khối lọc đã giảm nhiều.Khi đó ta phải dừng máy,khối lọc được tháo ra,rửa sạch ,thanh trùng và ép bánh để chuẩn bị mẻ lọc sau. Làm trong bia bằng máy lọc nến *Cấu tạo 1.Nến lọc 2.vỉ gắn lọc nến 3.Đường bia đục vào 4.Đường bia trong ra Máy lọc nến là một thiết bị hình trụ, đáy côn đặt thẳng đứng, trong đó có chứa các ống lọc được gắn vào cùng một tấm vĩ ngăn cách giữa vùng dịch chưa lọc và dịch đã lọc.Các nến lọc cũng có thể được gắn với một máy hệ thống các ống dẫn bia trong thay thế cho các vj ngăn này. Khi làm việc,bia và bột trợ lọc được bơm vào thiết bị theo đường 3, bột sẽ phủ lên trên bề mặt các cột lọc, bia trong sẽ đi qua lớp bột trợ lọc này và đi vào tâm của cột lọc sau khi đã được tách các kết tủa và cặn. Bia trong theo tâm ống đươc dẫn lên khoang phía trên và đi ra ngoài theo đường 4. Các cột lọc có thể được cấu tạo là những sợi kim loại hình nêm được cuốn quanh một ống rỗng đục lỗ sao cho cách nhau một khoảng xác định từ 50 – 80 micro met.Chiều dài của sợi dây có thể tới 2 m. Trong một máy lọc nến có thể có tới có 700 cột lọc như vậy tạo ra một bề mặt lọc rất lớn.Tùy theo kích thước của cột lọc mà bền mặt lọc có thể khác : Với cột đường kính 25 mm, dài 1,5 m, diện tích lọc là 0,118 m2 Với cột đường kính 30 mm, dài 1,5m, diện tích lọc là 0,141 m2 Với cột đường kính 35 mm, dài 2 m, diện tích lọc là 0,220 m2 Ngoài ra các cột lọc cũng có thể được cấu tạo bằng thép không gỉ với các lỗ lọc dạng khe hoặc bao gồm nhiều vành thép không gỉ gắn cách nhau một khoảng nhất định.Các rãnh của ống có đục lỗ cho phép hút dịch và thoát ra dịch trong được thực hiện ở đầu trên. *Ưu điểm và nhược điểm: Ưu điểm: Bề mặt lọc tăng dần do sự bồi đắp liên tục bột trợ lọc. Các bộ phận lọc không di chuyển. Bản mặt lọc không bị thay thế định kỳ. Có thể tự động hóa. Giảm hàm lượng oxy xâm nhập. Dễ dàng lắp đặt. Nhược điểm: Rất nhạy cảm với sự tăng áp suất đột ngột. Chu trình lọc ngắn. Không thể tăng năng suất bằng cách tăng bộ phận lọc. Tiêu thụ lượng nước rửa lớn. Khó khăn trong việc rửa và bảo dưỡng các nến lọc. Việc tháo dỡ phức tạp đối với các nến dạng cốc. Có nguy cơ bị biến dạng khi siết chặt các nến dạng cốc. Có nguy cơ bị đứt vòng đỡ của dải trên các nến dạng sợi quấn thành hình xoáy ốc. Máy lọc không sử dụng bột trợ lọc Máy lọc khối Máy lọc khối (mass filter) là thiết bị lọc được sử dụng nhiều trước đây, hiện nay không được sử dụng nữa. Trong thiết bị lọc này, bia được dẫn qua một khối vật liệu dày khoảng 6 cm bằng vật liệu bông có bổ sung 1% amiăng để tăng mức độ trong cho dịch lọc. Vật liệu lọc này được nén thành khối dẹp và được dặt trong máy lọc. Máy lọc dạng khối vận hành theo nguyên tắc giống như máy lọc dịnh đường, nhưng vải lọc được thay thế bằng khối lọc. Máy lọc khối có khả năng hấp thụ và sàng tốt nhờ bề dày của khối lọc.Do lọc chậm, người ta thu được một ít bia gần như tiệt trùng với điều kiện là các khối lọc được ép đều nhau và các tấm đệm hoàn toàn kín. Năng suất thiết bị lọc khối có thể đạt tới 68 hl/m2 diện tích lọc trong một giờ. Ngày nay,do cấm sử dụng amiăng nên thiết bị lọc dạng này không còn được sử dụng.Hơn nữa máy lọc khối còn có nhược điểm cần nhiều thao tác cho các công đoạn như tháo, rửa, sắp xếp các khối lọc dẫn đến chi phí nhân công cao: Tháo máy lọc. Tháo, rửa và vô trùng các khối vật liệu lọc. Sắp xếp lại vá nén chặt các khối vật liệu lọc. Ngoài ra, ở quy mô nhà máy có năng suất trung bình, khi dùng thiết bị lọc này còn đòi hỏi nhiều công đoạn bổ trợ khác. Máy lọc tấm Máy lọc tấm (sheef filter), không như máy lọc khung bản,chỉ có các bản, trên đó các tấm lọc được treo giữa 2 bản. Bia được cấp vào các bản từ cả trên và dưới đồng thời và chảy sang các bản kế cận. Các tấm lọc thường được làm bằng xenluloza va diatomit. Tỷ lệ giữa 2 thành phần này cũng như cấu trúc sợi của xenluloza có ảnh hưởng tới hiệu quả làm việc của máy lọc. Các tấm lọc này có thể được chia thành các nhóm khác nhau tùy theo khả năng lọc của chúng: - Lọc thô. -Lọc trong. -Lọc tinh. -Lọc vô trùng. Trong nhà máy bia, thông thường lọc tấm được sử dụng để lọc sơ bộ trước khi lọc có sử dụng bột trợ lọc. Tuy nhiên sử dụng lọc tấm có một số nhược điểm sau: - Các tấm lọc không tái sử dụng được. - Máy lọc cần diện tich lớn và cần nhiền công sức cho quá trình lọc. - Chi phí vận hành cao. - Khó tự động hóa và phải vệ sinh máy thủ công - Không thể sử dụng được đối với bia có hàm lượng chất rắn cao và có nhiều tế bào nấm men. Máy lọc màng Membrane Máy lọc màng được sử dụng để lọc vô trùng bia nhờ cấu tạo các màng lọc bằng xenlulo có khả năng giữ các vi khuẩn với các kích thước như sau: 0,46 / 0,22 micromet; 0,30 / 0,05 micromet; 1,2 / 0,3 micromet. Các màng này không có tính hấp thụ mà chỉ có vai trò sàng giữ lại tất cả những vật có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ của màng. Màng lọc thường hình tròn, chúng được đỡ bỡi những tấm kim loại được đục xung quanh và được ghép trên một trục thẳng đứng dùng để thu hồi bia. Máy lọc màng có một số nhược điểm chính là: -Giá thành cao. -Thường chỉ sử dụng cho công đoạn lọc cuối cùng, có nghĩa là bia trước khi lọc màng cần phải được tách cặn thô trước. -Nhanh bị bít bề mặt lọc. Tài liệu tham khảo -Gs.Ts Nguyễn Thị Hiền- Khoa Học Công Nghệ Malt và Bia- NXB Khoa Học Kĩ Thuật.