thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy bia công suất 50 triệu lít

Đối với em là một sinh viên thuộc viện KH&CN Nhiệt Lạnh, sau quá trìnhhọc tập dưới sự dẫn dắt của các thầy cô trong ngành, nay đã có cho mình mộtkhối kiến thức tương đối đầy đủ, nên việc

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I: v 5

GIỚI THIỆU TỎNG QUAN VỀ CÔNG TY CỒ PHẦN BIA NGHỆ AN VÀ Sự CẦN THIET PHẢI MỜ RỘNG NHÀ MÁY BIA, NÂNG CÔNG SUÁT 50 TRIỆU LÍT/NĂM 5

I 1 Giới thiệu tổng quan về công ty cổ phần bia 5

1.2.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm .7 6

1.2.1 Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới 6

1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Viêt Nam 7

1.2.3 Định huớng phát triển nền công nghiệp bia Việt Nam đến năm 2005 8

I 2.4.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm 9

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CỒNG NGHỆ, TÍNH TOÁN VÀ LựA CHỌN THIẾT BỊ 10

II 1 Quy trình công nghệ sản xuất bia 10

II 1.2.Quy trình sản xuất 11

II.2 Tí nh toán và lựa chọn thiết bị 11

11.2.1 Tính nhiên liệu chính cho 1000 lít bia 11

11.2.1.1 Tính lượng malt và gạo 11

9 Thiết bị làm lạnh nước (thiết bị trao đổi nhiệt) 25

10 Tank chứa nước lạnh 20C 25

1 l.Tank chứa nước nóng 25

12 Thiết bị sục khí vào nước lạnh nhanh 26

13 Thiết bị định lượng men vào dịch nha 26

14 T hiết bị lên men 26

15 Tank thành phẩm

28

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO NHÀ MÁY BIA CÔNG SUẤT 50 TRIỆU LÍT/NĂM 30

A Cân bằng nhiệt và cân bằng lạnh 30

A 1 Cân bằng nhiệt 30

A 1.1.Tính nhiệt cho các thiết bị nhà nấu 30

A 1.1.1 Quá trình nấu 30

1 Quá trình nấu trong nồi hồ hoá 30

3 Qu á trình nấu trong nồi hoa 32

A 1.1.2.Tính nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nồi nấu 33

A 1.1.2.1.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hồ hoá 33

1 Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch cháo từ75°c lên 100°c 34

2 Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường 34

A.2.1.5.Tôn thât lạnh qua bình bay hơi bình tách lỏng 65

A.2.1.6.Tổn thất nhiệt qua phòng lọc 65

A.2.1.7.Tốn thất nhiệt ở phòng bảo quản hoa 67

A.2.1.8.Tổn thất nhiệt do phòng gây rửa men 67

A.2.2.Tính nhiệt luợng Qn 68

A.2.2.1.Lượng nhiệt cần làm lạnh nhanh 68

A.2.2.2.Lượng nhiệt để sản xuất nước lạnh cho công nghệ 68

A.2.2.3.Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men 68

A.2.2.4.Lượng nhiệt trong các quá trình hạ nhiệt độ công nghệ 69

A 2

3.Tính dòng nhiệt vận hành 69

B Tính toán thiết kế hệ thống lạnh 70

B 1 Tính toán chu trình 70

B.2.Thiết kế thiết bị ngưng tụ 72

LỜI NÓI ĐÀU

Ngày nay bia đóng một vai trò quan trọng trong đời sống con người Nó làmột loại giải khát có độ cồn thấp, có chất dinh dưỡng cao, có mùi vị thơm, ngon

và bổ dưỡng Khi ta uống một lượng bia thích hợp, không những có lợi cho sứckhoẻ, ăn cơm ngon dễ tiêu hoá mà còn giảm được sự mệt mỏi sau những ngàylàm việc mệt nhọc

Khi đời sống xã hội phát triển thi nhu cầu tiêu thụ bia đối với con ngườingày càng nhiều, thậm chí đó là nước giải khát không thể thiếu được đối vớingười dân phương tây

Đối với nước ta là một nước đang trên đà phát triển, cùng với khí hậunhiệt đới nóng ẩm, do đó nhu cầu tiêu thụ bia đóng một vai trò quan trọng Trongkhi đó ở nước ta lượng bia do các nhà máy sản xuất ra vẫn còn thấp Vì vậy đểđáp ứng được nhu cầu tiêu thụ, ta phải xây dựng thêm các nhà máy sản xuất biamới Khi xây dựng sản xuất bia mới thì ngoài việc lựa chọn công nghệ sản xuất,thiết kế các thiết bị, dây truyền sản xuất còn phải tính toán lượng nhiệt và thiết

kế hệ thống lạnh, nhằm cung cấp đủ lượng nhiệt cho toàn bộ nhà máy

Đối với em là một sinh viên thuộc viện KH&CN Nhiệt Lạnh, sau quá trìnhhọc tập dưới sự dẫn dắt của các thầy cô trong ngành, nay đã có cho mình mộtkhối kiến thức tương đối đầy đủ, nên việc giao thiết kế nhà máy bia là khá phùhợp

Với sự hạn chế của bản thân, nên bản đồ án này chắc chắn không tránh

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU TỐNG QUAN VÈ CÔNG TY CỎ PHÀN BIA NGHỆ AN VÀ

sự CÀN THIẾT PHẢI MỎ RỘNG NHÀ MÁY BIA, NÂNG CÔNG SUẤT

50 TRIỆU LÍT/NĂM

I.l Gỉới thiệu tổng quan về công ty cổ phần bia Nghệ An

Nhà máy bia Nghệ An nằm trong thành phố Vinh Nghệ An thuộc miềntrung của Việt Nam đây chính là cầu nối giữa hai miền Nam Bắc, do đó vị trí địa

lý của nhà máy bia rất thuận tiện cho sự phát triển của nhà máy bia, nó là đầumối giao thông thuận tiện cho việc cung cấp bia cho các tỉnh miền Trung, miềnNam, miền Bắc Nhà máy bia nằm trên khu vực miền trung với điều kiện thờitiết khắc nhiệt do đó nhu cầu giải khát là một yếu tố cần thiết nhất là đối với bia.Với bia đây là một loại giải khát rất phổ biến và rất được nhiều người dân ưachuộng Miền trung là nơi có nguồn lực lao động rất lớn, con người miền trung

có sự chăm chỉ, cần cù Chính vì thế mà việc tăng công suất của nhà máy biaNghệ An lên 50 triệu lít/năm là một điều rất quan trọng Nhà máy bia Nghệ Antrước kia với số vốn đầu tư nhỏ, nhà máy đã đầu tư xây lắp với công suất banđầu là 3 triệu lít/ năm sản xuất với dây truyền công nghệ Đan Mạch sau đó côngxuất của nhà máy liên tục được tăng lên 7 triệu lít/năm 12 triệu lít/năm, 18 triệulít/năm, và bây giờ với nhu cầu tiêu thụ bia lớn ban lãnh đạo nhà máy quyết địnhnâng công suất lên 50 triệu lít/năm, với vị trí địa lý thuận lợi nhà máy lại nằmtrên dải đất rộng của thành phố Vinh Nhà máy dần dần mở rộng bằng cách muathêm các mảnh đất gần nhà máy bia Đe mở rộng nhà máy bia với quy mô sảnsuất lớn hơn, chất lượng hơn Nhà máy ngoài các trang thiết bị máy móc của hệthống cũ còn sử dụng được nay tăng thêm năng suất của nhà máy lên, ta cần bổxung thêm các trang thiết bị máy móc hiện đại hơn, chất lượng hơn Đe đảm bảo

yêu câu sản suât phù hợp với công nhân sao cho an toàn hơn dê sử dụng vận

hành hon

Trang thiết bị của nhà máy bia Nghệ An hiện nay còn sử dụng tốt, như đốivới hệ thống tank lên men, nhà máy hiện nay có 22 tank nằm trong nhà gần hệthống nấu cũ và hệ thống nhà chiết bia ngoài ra còn có 12 tank lên men có dungtích 36 m3 mới được lắp đặt Đối với hệ thống nhà hơi cung cấp cho nhà máyhiện nay gồm có 2 lò của Đức với công suất của từng lò là 3 tấn/h và 2 tấn/h.Còn đối với hệ thống lạnh hiện nay có 3 máy nén NH3, một bình bay hơi và mộtbình chứa glycol Hệ thống nồi nấu cũ, với một nồi malt, một nồi cháo, một nồilọc, một nồi lắng, một nồi hoa và hai nồi nước sôi với quy mô nhỏ Do đó đếnâng công suất của nhà máy nên 50 triệu lít/năm ta cần phải bổ xung thêm một

số thiết bị mới, như thêm các tank lên men, nâng công suất lạnh, công suất lòhơi

I.2.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm

1.2.1 Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giói

Sản xuất và tiêu thu bia trên thế gịớ[

Sản xuất và tiêu thụ bia ở Châu Á

Châu Á là một trong những khu vực tiêu dùng bia đang tăng nhanh, cácnhà nghiên cứu thị trường nhận định rằng Châu Á đang ngày càng giữ vị trí dẫnđầu trên thị trường bia thế giới

Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu suy giảm từ năm 1989-1993 tăng bìnhquân 4,4% năm, thì Châu Á, trước kia, nhiều nước có mức tiêu thụ bia trên đầungười thấp, đến nay bình quân 6,5% năm Thái Lan có mức tăng bình quân caonhất 26,5% năm, tiếp đến là Philippin 22,2% năm, Malaysia 21,7% năm,Indonesia 17,7% năm

vượt quá 100 triệu lít một năm, đến năm 1998 mức tiêu thụ bình quân đầu người

I.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ỏ’ Viêt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của nhàmáy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, như vậy bia Việt Nam đã có lịch sửtrên một trăm năm

Bia là loại sản phẩm có tỉ suất lợi nhuận cao, tạo nguồn thu ngân sáchđáng kể thông qua thuế tiêu thụ đặc biệt và thuế thu nhập doanh nghiệp

Hiện nay do nhu cầu thị trường, chỉ trong thời gian ngắn ngành sản xuấtbia đã có những phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư mở rộng nhà máy bia

đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia thuộc Trung Ương và địa phươngquản lý, các nhà máy bia liên doanh với nước ngoài

Ngành bia là một trong những ngành có mức thuế TTĐB cao nên hàngnăm nộp vào ngân sách nhà nước đáng kể

Hiện trạng và năng lực sản xuất

Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các

cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản suất đạt trên 800 triệu lít một năm

Bia địa phương ở 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng sản lượng chỉchiếm 31,41% sản lượng bia cả nước (đạt 241 triệu lít) và đạt 60,73% công suấtthiết kế

Bên cạnh đó, 7 nhà máy bia liên doanh với nước ngoài đạt 172 triệu lít

Từ năm 1995-1997 tăng trưởng bình quân 22% năm.

Hiệu quả kinh kế

Theo số liệu thu nhập được, các nhà máy bia lớn như: Bia Sài Gòn, Bia HàNội có hiệu quả kinh tề rất cao Bình quân 1 đồng vốn tạo ra 0,72 đống lãi, và 1đồng tài sản cố định làm ra được 2,74 đồng doanh thu, nộp ngân sách được 1,56đồng, hơn hắn những cơ sở sản suất có quy mô nhỏ (như bia Thái Bình, ThanhHoá, Đồng Nai) bình quân 1 đồng tài sản cố định chỉ tạo ra được 1,31 đồngdoanh thu và nộp ngân sách 0,52 đồng (tương ứng bằng 47% so với các cơ sở bia

ở Trung Ương)

Công ty bia Sài Gòn và Công ty bia Hà Nội cứ một tỷ lít bia thì nộp ngânsách tù’ 3,5 đến 4 tỷ đồng

Năm 1996:

Công ty bia Sài Gòn nộp ngân sách: 881,22 tỷ đồng

Công ty bia Hà Nội nộp ngân sách 119,041 tỷ đồng

I.2.4.Sự cần thiết phải mỏ’ rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm

Việc tăng năng suất, quy hoạch tổng thể, đầu tư chiều sâu, đổi mới côngnghệ sản xuất, hiện đại hoá dây chuyền sản xuất bia Ngoài việc đáp ứng đượcnhu cầu cung cấp bia cho người tiêu thụ Nâng cao tính hiện đại hoá của dâytruyền công nghệ, làm cho dây chuyền sản xuất ốn định, an toàn, người côngnhân dễ dàng điều khiển được các thiết bị phuc vụ cho công việc của mình, đồngthời nâng cao hiệu suất công việc Làm giảm nhân lực lao động, tiết kiệm nguồntài chính cho nhà máy Ngoài ra còn tiết kiệm được nguyên nhiên liệu như: điệnnước, xăng dầu Việc tăng năng suất quy hoạch tổng thể đầu tư chiều sâu, đổimới công nghệ, hiện đại hoá dây chuyền sản xuất còn làm cho sự quản lý củacán bộ nhà máy được dễ dàng chính xác

Với nhiệm vụ phải thực hiện là phục hồi và phát triển công ty do sức cạnhtranh mạnh mẽ của các loại bia trên thị trường trong lên kinh tế mở cửa, hội nhậpkhu vực và xu thế phát triển mạnh của ngành công nghiệp bia, nước giải khát do

đó việc tiết kiệm năng lượng, quy hoạch tống thế, nâng công suất, tính hiện đại

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ, TÍNH TOÁN

VÀ LựA CHỌN THIẾT BỊ 11.1 Quy trình công nghệ sản xuất bia

Bia được sản xuất theo quy trình ủ men cổ điển trong khoảng thời gian 12 ngày

Với thời gian lên men chính 7 ngày

Thời gian lên men phụ 4 ngày

Thực hiện xay theo yêu cầu công nghệ của từng loại bia dự kiến nấu, sau

đó chuyển sang thùng hoà trộn

Đồng thời với quá trình này, thế liệu (gạo) được cho vào nấu (dịch hoá) tạinồi gạo

Thêm nước ấm vào nồi hoà trộn, thực hiện quá trình ngâm, tiếp tục nângnhiệt lên 50°C và duy trì nhiệt độ này trong một khoảng thời gian

Bơm dịch cháo gạo sang nồi hoà trộn để nâng nhiệt dịch cháo malt Sau đólấy khoảng 1/3 khối dịch vừa hoà trộn chuyển sang nồi nấu, nâng nhiệt đến sôi

và duy trì trong một khoảng thời gian Bơm toàn bộ khối dịch ở nồi nấu sang nồihoà trộn, để yên trong một khoảng thời gian sau đó mới chuyến sang nồi lọc

Tiến hành lọc và rửa bã: toàn bộ lượng dịch trong được chuyến sang nồinấu hoa Bã được chuyển ra ngoài dùng cho chăn nuôi Thực hiện houblon tạinồi houblon với hoa houbĩon (dạng viên và tinh chất) Dịch đã houblon hoáchuyển sang làm lạnh nhanh Dịch lạnh được nạp khí sạch (nhằm cung cấp oxicho quá trình nên men) và men giống rồi cho vào tank lên men

Kiểm

máy lọc thô dạng đĩa và lọc tinh tại máy lọc khung bản, đảm bảo bia trong, có

mùi vị, màu sắc đặc trưng Bia trong sau lọc được chứa, bảo quản tại tank tàngtrữ từ 1 đến 2 ngày để bia ổn định Khi bia đã ổn định được bơm qua máy chiếtbia vào chai, lon và đóng nắp, đưa sang thanh trùng, dán nhãn, nhập kho để tiêuthụ

11.1.2 Quy trình sản xuất

Xem hình HI

11.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị TT.2.1 Tính nguyên liệu chính cho 1000 lít bia ĨĨ.2.1.1.Tính lượng malt và gạo

L Tỉnh lượng chất hoà tan của malt, gạo

a Tổn thất do khâu chiết bock là 3%

Vậy bia trước khi chiết là:

1000.1,3 =1030 (lít)

b Tổn thất trong quá trình nạp CƠ2 là 0,5%

Lượng bia trước khi nạp co? là:

Hình 1: Quy trình sản xuất

g Dịch đường có khối lượng riêng khoảng l,043kg/lít

Khối lượng của dịch:

Do đó lượng chất hoà tan từ malt sẽ là:

Hiệu suất hoà tan thực tế 80%

Tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5%

38,9 100

100

80

.1,005 = 55,5 (kg)

II.2.1.2 Lượng hoa houblon

Dùng 0,1 gam hoa và 1 gam hoa cánh cho một lít bia

Vậy lượng hoa cần dùng cho 1000 lít bia:

0,1.10'3.1000 = 0,1 (kg) cao hoa = 0,1 kg1.10’3.1000 = 1 (kg) hoa cánh = lkg

11.2.1.3 Tính lượng nước tiêu dùng cho 1000 lít bia.

Khi nấu tỉ lệ nước trên nguyên liệu: 5/1

Vậy lượng nước tiêu dùng trong quá trình nấu:

Malt có độ ẩm 8% do đó lượng nước có sẵn trong malt sẽ là:

145.5.0 08 =11,64 (lít)Gạo có độ ẩm 13% do đó lượng nước có sẵn trong gạo là:

55.5.0 13 =7,22 (lít)Trong quá trình hồ hoá, đường hoá lọc bã lượng nước bay hơi là 5%

Vậy lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi lọc:

(1005 + 11,64 + 7,22).0,95 = 972,66 (lít)Lượng dịch đường lên men là: 1180 kg

Lượng chất khô hoà tan trong dịch trước khi lên men:

1180 - 129,8 = 1050 (kg)

Trong quá trình nấu, lượng nước tổn thất là 10% Do đó lượng nước có trong

dịch đường khi nấu hoa:

1050,2,- 100 =1166,9 (kg)

100-10

Vậy dịch men giông cân dùng cho 1000 lít bia :

1071.6. —= 107,2 (lít)100

Neu sử men tái sinh, tỉ lệ tái sinh cho vào thùng là 1% thế tích

Vậy dịch men giống cần dùng cho 1000 lít bia:

1071.6. —— = 10,72 (lít)100

Trong thực tế sản xuất cứ 1000 lít dịch lên men thu hồi được 20 lít men sữa có

độ ẩm 85% Vậy lượng men sữa thu hồi là:

20

1071.6. ——— = 21,43 (lít)1000

Trong số 21,43 lít men sữa chỉ có khoảng 50% được đem lên men cho mẻ sau

II.2.1.5 Tính lưọng Cacbonnic (C02 ) cần nạp cho bia trước khi xuất xưởng

Trong quá trình lên men đường Maltoza biến đổi như sau :

C12H22011+H20^2C6H1206+

1071,6.1,043 — = 122,94 (kg)

100Trong quá trình lên men, lượng chất khô của dịch đường giảm từ 1 l°Bx xuống3,5° Bx

Vậy lượng chất khô tham gia vào quá trình tạo rượu là:

122,954,— =86,1 (kg)

100

Ta coi một cách gần đúng lượng chất khô này lượng đường Maltoza Vậy lượng

C02 tạo ra trong quá trình lên men là:

34

= 44,3 (kg)Lượng C02 hoà tan trong bia là 2,5g/l do đó lượng C02 hoà tan trong 1045,5 lít

bia là:

1045,5.2,5 = 2613,7g = 2,6137 (kg)Như vậy lượng C02 bay ra trong quá trình lên men là:

44,3 - 2,6137 = 41,69 (kg)

C02 bay ra thu hồi lại khoảng 60% còn lại thoát ra ngoài Vậy lượng C02 thu hồi được là :

41,69.—= 25 (kg)100

C02 càn là: Trong quá trình lên men, C02 hoà tan trong bia là 2,5 g/1 nhưng do tổn thất trong quá trình lọc lượng C02 còn lại là 2 g/1 mà bia hơi thành phẩm phải có hàm lượng C02 là 3,5 g/1 tốn thất khi bão hoà là 20% Với hệ số II.2.2 Tính thiết kế nhà nấu

II.2.2.1.Công suất nhà nấu

Đối với sản phẩm nước giải khát nói chung và bia nói riêng, không phảilúc nào sản lượng tiêu thụ cũng đạt mức bình quân mà phụ thuộc theo mùa.Trong thực tế qua các số liệu thống kê cho thấy rằng để đạt được sản lượng 50triệu lít/năm, thì sản lượng tiêu thụ được phân bố theo các tháng như sau: vàocác tháng có mùa mưa sản lượng đạt khoảng 70% công suất trung bình Cáctháng còn lại phải sản xuất đạt công suất 110% công suất trung bình

Đe sản xuất bia đạt công suất 50 triệu lít/năm thì ta có thể thiết kế nhà máyvới hai hệ nồi nấu, với hệ nồi nấu cũ có công suất ban đầu là 18 triệu lít /năm.

Do đó ta phải thiết kế hệ nhà nấu mới có công suất 32 triệu lít /năm mới đủ khảnăng cho nhà máy hoạt động đủ công suất

Vậy đối với hệ mới ta phải tính toán thiết kế

Thời gian sản xuất thực tế: 300 ngày

Hệ số giảm thể tích dịch nấu từ 100°c xuống 20°c là 0,96

Số mẻ nấu nhiều nhất trong ngày là: 8 mẻMột tuần có 1 ngày làm vệ sinh và ngày đó nấu 5 mẻ

Số mẻ bình quân cao nhất trong ngày là :

8.6 + 5.1 , 1 Ị > N

— = 7,5 (mẻ/ngày)Công suất cho một mẻ nấu là :

2——— -= 16460,9 (lít/mẻ) = 164,6 (hl/mẻ)

300.7.5.0. 96.0.9Vậy chọn công suất cho nhà nấu 165 hl dịch nóng/mẻ

Khối lươn 2 ngỵỵên liêu cho môi mẻ nấu Khối lượng malt

Vậy thê tích hôn hợp là

91,1+ 455,51,08

Hệ số sử dụng là 0,8 Vậy thể tích sử dụng của thùng malt lót là

V, =50« = 632,6 (lít)0,8

Chọn thùng ngâm có hình trụ đường kính D, chiều cao H, góc đáy 45°, chiều cao

đáy h:

h= D/2; tg45° = 0,5; H= 2.DThể tích thùng ngâm được tính theo công thức

D= 0,72 m; H= 1,44 m; h= 0,36 mĐộng cơ cánh khuấy có công suất lkw

Vậy lượng nước cho vào nồi hồ hoá là

(911+91,1).5 = 5010,5 (kg)Khối lượng hỗn hợp trong nồi hồ hoá

Vậy thể tích nồi hồ hoá là:

v 5567 =6959 (]ít)0,8

12-1,95.

=2,39 (m)Chiều cao phần trụ là

H = 0,6.D= 1,43 (m)Chiều cao chóp đỉnh làhi = 0,2.D = 0,2.2,39 = 0,478 (m)Chiều cao đáy côn là

h2= 0,15.D = 0,15.2,39 = 0,35 (m)Phần vỏ dày 0,lm (có một lóp cách nhiệt) nên đường kính ngoài của nồi là

3 Tỉnh chọn nồi đường hoá

Lượng malt đem ngâm là 10% so với lượng gạo vậy lượng malt lót ngâm cho

Vậy lượng nước cho vào nồi đường hoá là

2289,4.5= 11447,2 (kg)Khối lượng hỗn hợp trong nồi đường hoá

2289,4 + 11447,2 + 6012,6 = 19749,2 (kg)

Chọn v„ =21 m3.

Chọn nồi đường hoá có thân hình trụ có đường kính D, chiều cao phần trụ

là H, chiều cao chóp đỉnh hichiều cao đáy côn h2 Chế tạo bằng thép không gỉ.Với hi = 0,2.D

hi = 0,2.D = 0,2.3,4 = 0,68(m)Chiều cao đáy côn là

h2 = 0,15.D = 0,15.3,4 = 0,51 (m)Phần vỏ dày 0,lm (có một lớp cách nhiệt) nên đường kính ngoài của nồi là

Hình 3.Nôi đường hoá

4 Tỉnh chọn nồi lọc bã

Dùng nồi lọc đế lọc dịch đường, thể tích khối dịch đường đem lọc mỗi mẻ

là thể tích dịch sau khi đường hoá

Nồi nấu có hiệu suất sử dụng là 0,8

Vậy thế tích nồi lọc bã là

Vn= — = 26,25 (m3 )0,8

Chọn vn =27 m3

Chọn nồi lọc bã có thân hình trụ có đường kính D, đáy bằng, chiều cao

Chọn hệ thống khuấy của nồi lọc bã

Chiều cao phần trụ là

H = 0,4.D =1,76 (m)

5 Tỉnh chọn nôi nâu hoa

Ta nhận thấy rằng ở nhiệt độ cao dung dịch hoa nở ra rất lớn Do đó tachọn thể tích nồi nấu hoa bằng 1,4 thể tích nồi đuờng hoá

Vậy thể tích nồi nấu hoa

Chiều cao phần trụ là

H = 0,6.D = 0,6.3,8 = 2,28 (m)Chiều cao chóp đỉnh là

h, = 0,2.D = 0,2.3,8 = 0,76 (m)Chiều cao đáy côn là

h2= 0,15.D = 0,15.3,8 = 0,57 (m)Phần vỏ dày 0,lm (có một lớp cách nhiệt) nên đường kính ngoài của nồi làDn= D + 0,1.2 = 3,8 + 0,2 = 4 (m)

v = 21.1,4 = 29,4 (ra3)Chọn V = 29 m3

Thể tích nồi được tính theo công thức

vn =27 m Chọn nồi lắng xoáy có thân hình trụ có đường kính D, đáy bàng, chiều cao phần

trụ là H Chế tạo bằng thép không gỉ

7 Tính chọn hệ thống CIP

Hệ thống CIP của nhà máy bao gồm thùng CIP nóng và thùng CIP lạnh,hai thùng này có kích thước bằng nhau, do đó ta chỉ càn tính cho một thùng CIPnóng

Sau mỗi mẻ nấu ta cần vệ sinh bằng nước nóng, mỗi nồi cần 300 lít Vậy 5nồi cần 1500 lít Nước nóng cần vệ sinh và rửa máy lọc là 500 lít, 200 lít vệ sinhcác thiết bị khác

H = 0,4.DĐường kính của nồi lắng xoáy

Chiều cao phần trụ là

H = 0,4.D =1,76 (m)

1500 + 500 + 200 = 2200 (lít)

= 2,2(m3)Lấy hệ số sử dụng của CIP là 0,8

VCIP=+ = 2,75(m3)P= 2,7 (m3)

7T.D2.H n.ư-.hx _ 1 \ 7T.DÌ _ 0,15 ĨĨ.D^ _ 3,45 n.D

Kích thước của CIP

H= 1,1.D= 1,1.1,44= 1,58 (m)

hi= 0,15.D = 0,15.1,44 = 0,21 (m)

8 Chọn thiết bị làm nguội dịch đường.

Chọn thiết bị trao đối nhiệt dạng tấm (máy lạnh nhanh) một khoang chấttải lạnh là nước có nhiệt độ 2°c đế làm lạnh dịch đường

Bơm và các phụ lion kèm theo

9 Thiết bị làm lạnh nước (thiết bị trao đổi nhiệt).

Chọn thiết bị dạng tấm, một khoang (máy làm lạnh nhanh) chất tải lạnh(dung dịch cồn 30%)

Các thông số kỹ thuật:

Nhiệt độ nước vào: từ 25°c đến 30°c

Nhiệt độ nước ra: 2°cCông suất 100 hl/h

Bơm và các phụ kiện kèm theo

10 Tank chứa nước lạnh 20°c.

Gồm một tank chứa nước đã được làm lạnh xuống 2°c

Thể tích của thùng 50 m3Đường kính trong D( = 3,6 (m)Đường kính ngoài Dn= 3,7 (m)

= 3,5 (m)

Đường kính trong Dt= 3,6 (m)Đường kính ngoài Dn= 3,7(m)

12 Thiết bị sục khí vào nước nha lạnh

Bao gồm

Bộ lọc vô trùng không khí

Bộ phận sục khí vào dịch đường lạnh

Các phụ kiện kèm theo

13 Thiết bị định lượng men vào dịch nha.

Thiết bị chứa men 5 hlBơm định lượng men: 1,5 m3 /hCác phụ kiện kèm theo

14 Thiết bị lên men

Lượng dịch đường lên men cho một mẻ

1071,6 ^52? = 16266,2ìit = 16,26 (m3).

1087

Ta chọn tank lên men sao cho lượng dịch đường sản suất trong 6 mẻ/tank

Vậy thể tích hữu ích của tank lên men là:

Ta lấy thể tích của tank là 116 m3

Ta chọn tank lên men có thân hình trụ

Số lượng của tank được tính theo công thức32.106.! 1

300.116000.0,85

= 11,89 (tank)

Chọn 12 tank lên men loại 116 m3

10,166.;r.D312

Hình 5: Tank lên men

32.106: Thể tích dịch cần lên men/năm

300 : Số ngày nấu trong một năm

11 : Thời gian lên men tank và vệ sinh tank

Chiều cao phần trụ H =7,5 m.

Chiều cao chóp elip h2 =0,37 m

Chiều cao đáy nón hi =2,1 m

Số lượng tank 3 chiếc có các thông số kỹ thuật Thể tích tổng cộng 45 m3/tank

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO NHÀ

MÁY BIA CÔNG SUẤT 50 TRIỆU LÍT/NĂM

A.Cân bằng nhiệt và cân bằng lạnh

A.l Cân bằng nhiệt

Nhiệt là nguồn năng lượng rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia Nóđược sử dụng trong các nồi nấu, vệ sinh các thiêt bị bia, làm sạch chai và thanhtrùng bia trước khi tiêu thụ

A.l.l.Tính nhiệt cho các thiết bị nhà nấu

A.l.1.1 Quá trình nấu

1 Quá trình nấu trong nồi hồ hoá.

a Quá trình nấu

Bơm nước ấm vào nồi hồ hoá theo tỷ lệ thích hợp Cho cánh khuấy hoạtđộng, cho bột gạo và 5 % malt lót vào đế khuấy hoà trộn đều bột gạo malt lótvào nước và giữ nhiệt độ hỗn hợp khoảng 32 -ỉ- 35°C trong 15 phút để hoạt hoáengim có trong malt lót và đế bột gạo ngấm đều vào nước Việc cho malt lót vào

có tác dụng tăng khả năng dịch hoá và hồ hoá của bột gạo, vì chúng có tác dụnglàm giảm bề dày của màng bột, tránh hiện tượng vón cục và làm sống tinh bột ởlõi, tránh hiện tượng tích tụ nhiệt gây ra hiện tượng cháy khét ở nồi cháo khinhiệt độ cao Tiếp đó nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 72° C (nhiệt độ dịch hoá) dừng

20 phút đế các hạt bột gạo to dịch hoá hoàn toàn Sau khi kết thúc giai đoạn dịchhoá, tiếp tục nâng từ từ nhiệt độ hỗn hợp lên 86°c và giữ nhiệt độ này khoảng 10phút Lúc này phần lớn tinh bột gạo đã được hồ hoá Sau đó hạ nhiệt độ xuốngcòn 75°c bằng cách cho nước lạnh với tỷ lệ thích hợp vào Thêm 5% malt lótcòn lại vào để tinh bột dịch hoá tiếp làm dịch cháo loãng ra, quá trình truyềnnhiệt dễ dàng, dừng ở nhiệt độ này khoản 20 phút Nâng nhiệt độ lên 100 °ctrong khoảng thời gian 20 phút và giữ nhiệt độ này 55 phút đế dịch cháo chìmhết, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hoá

Trong khi bơm dịch cháo sang nồi malt bật cách khuấy của nồi malt hoạtđộng đến mức tối đa, bơm làm hai lần, mỗi lần một nửa lượng cháo.

b.Đồ thi nhiệt của nồi hồ hoả

Hình 6: Đổ thi nhiệt của nồi hồ hoả

2 Quá trình nấu trong nồi đường hóa

a Quả trình nấu

Khi nồi cháo bắt đầu sôi trộn lượng malt còn lại với nước theo tỷ lệ thíchhợp để khi nhiệt độ hồn hợp đạt 30°c đến 35°c, ngâm trong khoảng 20 phút đểhoạt hoá enzim trong malt Trong lúc này cánh khuấy hoạt động liên tục Khi nồisôi được 30 phút thì bơm một nửa sang nồi malt để đạt nhiệt độ 52°c, giữkhoảng 30 phút để enzim proteaza phân cách các phần tử protit có phân tử lượngcao thành các phân tử lượng protit hoà tan có phân tử lượng thấp peptid, peptonđặc biệt là các axit amin Mặt khác khối lượng phân tử protit sẽ làm tăng lượngchất hoà tan và tránh cho bia bị đục

Bơm nốt nửa cháo còn lại sang nồi malt để nhiệt độ hỗ hợp đạt 65°c, giữakhoảng 30 phút Tại nhiệt độ này dưới tác dụng của bamiloga, các phân tửamiloga và amilopectin sẽ phân huỷ thành đường maltoza và các dextrin khác

nhau Các dextim bậc cao sẽ chuyển thành các dextrim bậc thấp, đồng thời tạo ra

một lượng đường glucoza, khi đạt nhiệt độ 75°c được 10 phút thì cứ 5 phút tathử đường bằng dung dịch iốt Tiến hành thử bằng cách nhỏ dung dịch đườngvào dung dịch iốt không thấy đổi màu, để thêm 15 phút thì kết thúc quá trìnhđường hoá và tiến hành lọc

b.Đô thị nhiệt của nôi đường hoá

Hình 7: Đồ thị nhiệt của nồi đường hoả

3 Quá trình nấu trong nồi hoa

a Quả trình nấu

Dịch đường sau khi nấu có nhiệt độ 75°c được đưa vào nồi lọc Sau khilọc xong dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn với nhau trong thiết bịđun hoa Một yêu cầu luôn luôn được đảm bảo là không để nhiệt độ của dịch(dịch đường ban đầu và nước rửa bã) hạ xuống dưới 70°c Để đảm bảo yêu cầunày ngay từ lít dịch đường đầu tiên chảy vào nồi đun hoa là phải cấp hơi vào vànâng nhiệt độ chúng lên, nâng toàn bộ khối dịch này lên từ 70°c đến 100°c trong

để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa, làm tăng

độ bền keo của dịch đường và làm thành phần hoá học của nó được ổn định, tăng

b.Đồ thị nhiệt của nồi hoa

Hình 8: Đồ thị nhiệt của nồi hoa

A.1.1.2.Tính nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nồi nấu.

A.1.1.2.1.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hồ hoá

Nồi hồ hoá phải nâng nhiệt độ của dịch cháo từ 75 °c lên 100°c Nhiệt lượngcần được cung cấp tính theo công thức:

Qhhdà nhiệt lượng càn cung cấp trong một giờ, kcal/h

911 : Lượng gạo (kg)Lượng nước có trong dung dịch

6012,6-876,3 = 5136,2 (kg)Hàm lượng ẩm của dịch

2.Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường

Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường của bề mật ngoài nồi gạo đượctính theo trao đối nhiệt đôí lưu

Theo công thức (8-1) sách [3] ta có phương trình trao đổi nhiệt

Q = a.F.(tw - tf)

Q: nhiệt lượng trao đổi trong thời gian 1 giây

F: diện tích trao đổi nhiệt

tw: Nhiệt độ trung bình của bề mật vật rắn

tf! nhiệt độ trung bình của môi trường (nhiệt độ môi trường ở đây là tínhtheo mùa đông với tf = 17°c )

Xác định hệ so trao đoi nhiệt a

1: Lớp inox dày 5 mm

2: Lớp bông thuỷ tinh cách nhiệt dày 100 mm

3: Lớp inox dày 0,5 mm

Hình 9: Vách trụ của nồi hồ hoả Lớp một được làm bằng inox dày 5 mm có hệ số dẫn nhiệt X = 50 W/m.K

Lóp 3 cũng được làm bằng Inox và dày 1 mm có hệ dẫn nhiệt X =50 W/mK.

Vì 2 lớp Inox này rất mỏng và có hệ số dẫn nhiệt rất lớn nên khi tính toán

có thể bỏ qua ảnh hưởng của hai lớp inox này

Lớp 2 là lớp bông thuỷ tinh có độ dày 100 mm và có hệ số dẫn nhiệt

X = 0,04 + 0,00015.t

Vì dịch cháo được tăng nghiệt độ từ 75°c đến 100°c nên khi tính toán nhiệt thì

hệ số dẫn nhiệt của bông thuỷ tinh được lấy trung bình của dịch cháo khi tăngnhiệt độ

t = 0,5.(100 + 75) = 87,5°c

X = 0,04 + 0,00015.87,5 = 0,0531 (W/m.K)

\n — (t cì,

w2t f 2 ) t\v2

Vì quá trình trao đổi nhiệt ở đây là toả nhiệt đối lưu tự nhiên trong khônggian vô hạn nên theo công thức (8.2) sách [3] ta xác định Nu bằng phương trìnhtiêu chuẩn

Num= c.(Gr.Pr)nmVới nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình tm = 0,5.(tw2 +to )

Nu = — Tiêu chuẩn Nusselt

Gr = Xiêu chuẩn Grashoí

V a: Hệ số toả nhiệt W/m2.K X: Hệ số dẫn nhiệt W/m.K

v: Độ nhớt động học m2 /s

Ẹ>: Hệ số dãn nở thể tích

1/K

tw2: Nhiệt độ bề mặt ngoài vách (Đe xác định tw2, đồng thời xác định

hệ số a ta phải lập phương trình Pascal để tính)

Program tinh nhiet;D,h,x,y,z,b,tw,G,GT,n,an,twl,tv,tm : Real;

L,td,tc,xd,xc,yd,yc,zd,zc,dl,d2,tf: Real;

v,i:integer;

{ 1: vach nam ngang, 2: vach dung}

Writeln('***Kieu vach 1: vach nam ngang,2: vach dung***');Write('Nhap kieu vach V ='); readln(v);

Write('Nhap nhiet do be mat ngoai cua vach tw - );readln(tw);Write('Nhap chieu cao noi h=');readln(h);

Write('Nhap nhiet do moi truong tf - );readln(tf);

Write('Nhap nhiet do be mat trong cua vach tv - );readln(tv);Write('Nhap nhiet do dau td - );readln(td);

Write('Nhap nhiet do cuoi tc - );readln(tc);

Write('Nhap he so dan nhiet dau xd - );readln(xd);Write('Nhap he so dan nhiet cuoi xc - );readln(xc);Write('Nhap do nhot dong hoc dau yd - );readln(yd);Write('Nhap do nhot dong hoc cuoi yc =');readln(yc);Write('Nhap tieu chuan Prandtl dau zd =');readln(zd);Write('Nhap tieu chuan Prandtl cuoi zc - );readln(zc);Write('Nhap duong kinh ngoai d2 =');readln(d2);

Write('Nhap duong kinh trong dl =');readln(dl);

Write('Nhap be rong vach d =');readln(d);

GT:= G*z;

if GT<20000000 then

n:= 0.54*exp((l/4)*ln(GT))

Else n:= 0.135*exp((l/3)*ln(GT));an:= n*x/d;

if GT<20000000 then

Writeln('So lan lap i= i);

Writeln('Nhiet do be mat ngoai cua vach tw =', tw:3:2);Writeln('Nhiet do trung binh tinh tm =', tm:3:2);

Writeln('He so dan nhiet cua bong thuy tinh L - ,L:3:5);Writeln('He so dan nhiet X - ,x:12:5);

Writeln('Do nhot dong hoc y - ,y: 12:5);

Writeln('Tieu chuan Prandtl z=',z:12:5);

Writeln('He so dan no the tich b - ,b:12:5);

Writeln('Tieu chuan Grashoí G - ,G:12:2);

Writeln('Gia tri GT =',GT:10:2);

Writeln('Tieu chuan Nusselt n-,n:5:2);

Writeln('He so toa nhiet an=',an:5:2);

Readln;

Với vách trụ có các thông số

Chiều cao nồi H = 1,43 mNhiệt độ môi trường tf = 17°c

Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,42 W/m2.K

Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 20 phút = 1200s

Q21 = a2.Fi.(tw - tf) = 3,42.7T.Dn.H.(tw2 - tf2 ) 1200

=3,42.3,14.2,59.1,43.(26,13 - 17).1200 = 98,78 (kcal)

Nhiệt tính cho bề mặt vách phang

Ta có thể tính mật độ dòng nhiệt cho phần đáy qua một vách phẳng

q=7Ơ i-'»2) (1)

ờ

q=a (tw2 - to ) (2)Tính cho phần đáy

Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tíchxung quanh hình chóp sang diện tích hình tròn)

Diện tích hình tròn tương đương

Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu đượckết quả như sau:

Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tW2 = 38,62°c

Nhiệt độ trung bình đã tính tm =27,8 l°c

Hệ số dẫn nhiệt Ằbtt = 0,0622 W/m.K

Độ nhớt động học V = 15,85.10”6 m2 /s

Tiêu chuẩn Pranlt p=0,701

Hệ số giãn nở thể tích p = 0,00332Tiêu chuẩn Grashoí G = 49,325.109Tiêu chuẩn Nussel Nu = 307,93

Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,14 W/m2.KNhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 20 phút = 1200s

ọ22 = a2.F2.(t„ - tf) = 3,42.3,14.^1.(38,62 - 17) 1200 = 126,9 (kcal)

Tính nhiệt cho đỉnh nồi nấn

Do đỉnh nồi nấu không được bọc cách nhiệt và do chịu ảnh hưởng nhiệt độ

ở bên trong nồi nên theo thực tế thì nhiệt độ ở bề mặt đỉnh của nồi có nhiệt độkhoảng 40°c

Xách định Nu

Num= c.(Gr.Pr)nmVới nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình

tm = 0,5.(tw2 -Ha ) = 0,5.(40+17) = 28,5 °c

Hệ số dẫn nhiệt X m = 0,0265 W/m.K

Độ nhớt động học V = 15,85.10'6 m2 /sTiêu chuẩn Pranlt p=0,702

Hệ số giãn nở thể tích (3 = 0,00332 1/K

Tính đường kính tương đương cho cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích

Diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình trònDiện tích xung quanh của hình chóp

dtd 2,6

Hệ số toả nhiệt a 2=4,57 W/m2K

Q23=a 2.F2.(tw-tt)=4,57.71.-y(/M,2 -/,2).1200

= 4,57.3,14 — (40 -17) 1200 = 119 (kcal)Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi truủng

Q2=Q21 + Q22+Q23= 98,78 + 126,9 + 119 = 344,67 (kcal)Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hồ hoá

Qhh=—-Ổ, + — Q2 = 3.135824,6 + 3.344,68 = 408507,8 (kcal/h)

A.1.1.2.2.Nhỉệt cần cung cấp cho nồi đường hoá.

Từ đồ thị nhiệt của nồi đường hoá ta thấy lượng nhiệt lớn nhất cần cungcấp cho nồi đường hoá ở giai đoạn tăng nhiệt độ của dịch cháo từ 65°c lên 75°ctrong thời gian 15 phút

n = 60 _ 60Qdh 15-& + 15Ô2nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi đường hoá tính cho 1 giờ

Qi nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của dịch cháo từ 65°c nên 75°c

Q2 nhiệt lượng truyên ra ngoài môi trường

l.Nhiệt cần cung cấp đế nâng dịch đường từ 65°c lên 75°c

Theo công thức tính nhiệt (2-4) sách [1] ta có:

Ọ, = G.c.(t2-t0

G Lượng dịch cháo và malt được nâng nhiệt từ 65°c lên 75°c G = 19750,2 (kg)

c Nhiệt dung riêng của dịch đườngt2 Nhiệt độ của dịch đường sau khi nâng nhiệt độ t2 = 75°c

ti Nhiệt độ của dịch đường trước khi nâng nhiệt độ ti = 65°c

c =

c, +

w „

Ci=0,34 kcal/kg.K: nhiệt dung riêng của chất hoà tan

= 1 kcal/kg.K: nhiệt dung riêng của nước

Do độ ẩm của malt là 8% của gạo là 13% nên lượng chất khô trong dung dịch là

2392,5 8)+ 915,75= 3116,85 (kg)Lượng nước có trong dung dịch

(100-19749,2-3116,85 = 16632,35 (kg)Hàm lượng ẩm của dịch

w = 16632,35 = 0,84219749,2

Nhiệt dung riêng của khối dịch

^ 100 — 84,2 84,2 A onc /1 1 /1 T7-\c= -.0,34 + —.1 = 0,895 (kcaĩ/kg.K)

2.Nhiệt truyền ra ngoài môi trường

Theo cách tính như trước và sử dụng trưong trình Pascal đế tính

Xác định hệ số trao đoi nhiệt a

Tỉnh cho mặt trụ