Đồ án: Thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đường với hoa houblon gia nhiệt kiểu vỏ áo

Đồ án "Thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đường với hoa houblon gia nhiệt kiểu vỏ áo" gồm có các nội dung chính như: Tổng quan, tính kết cấu cho các chi tiết thiết bị, truyền nhiệt, cách nhiệt, cân bằng vật chất và năng lượng,...Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Lớp: 04DHTP2

LỜI MỞ ĐẦU

Bia là một loại đồ uống giải khát rất được ưa chuộng trên thế giới cũngnhư tại Việt Nam Được sản xuất từ nguyên liệu chính là Malt đại mạch, hoaHoublon, nước, nấm men, nguyên liệu thay thế khác Nó có hương vị ngọt nhẹđặc trưng cho malt, hương thơm và vị đắng dễ chịu của hoa houblon, vì vậy màngười ta rất dể dàng phân biệt nó với các lọai đồ uống khác Với lớp bọt mịn, bia

có tác dụng giải khát rất nhanh Trong bia có chứa nhiều chất dinh dưỡng nhưprotein, vitamin, chất khoáng và rất tốt cho hệ tiêu hóa, giúp cho cơ thể khỏemạnh nếu liều dùng thích hợp.Với những đặc tính của mình, bia đã trở thành một loại

đồ uống hấp dẫn và được ưa chuộng Trên thế giới sản lượng bia ngày càng tăng đểphục vụ nhu cầu của khách hàng

Là sinh viên chuyên ngành công nghệ thực phẩm, với mong muốn nghiên cứu

về công nghệ sản xuất bia, chúng em quyết định chọn đề tài Thiết kế hệ thống nồi

đun sôi dịch đường với hoa houblon gia nhiệt kiểu vỏ áo

Em xin cảm ơn thầy Phan Vĩnh Hưng, cũng như các thầy cô trong trường đãtruyền đạt kiến thức quý giá để chúng em có thể hoàn thành bài báo cáo này

Mặc dù chúng em đã nỗ lực cố gắng hoàn thành thật tốt, nhưng do thời gian vàkiến thức có hạn nên vẫn còn nhiều sai sót mong thầy cô góp ý nhận xét

TP.HCM, Ngày 15 tháng 5 năm 2016

LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD

   

Chữ ký của giáo viên nhận xét

LỜI NHẬN XÉT CỦA CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

   

Chữ ký của giáo viên nhận xét

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ii

LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD iii

LỜI NHẬN XÉT CỦA CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN iv

MỤC LỤC v

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Nguyên liệu sản xuất bia 1

1.1.1 Malt đại mạch 1

Yêu cầu của malt trong sản xuất bia 1

1.1.2 Hoa houblon 1

Thành phần hóa học 2

Các chỉ tiêu kỹ thuật của hoa 3

1.1.3 Nước 4

1.1.4 Nấm men 4

1.1.5 Thế liệu và phụ gia 4

1.1.5.1 Thế liệu 4

1.1.5.2 Phụ gia chất hỗ trợ kỹ thuật 4

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia 5

1.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ bia 5

1.2.2 Thuyết minh quy trình 6

1.2.2.1 Nghiền 6

1.2.2.2 Nấu nguyên liệu 8

1.2.2.3 Lọc dịch đường 10

1.2.2.4 Nấu hoa houblon 11

1.2.2.5 Lắng trong và làm lạnh 12

1.2.2.6 Lên men chính 12

1.2.2.7 Lên men phụ 14

1.2.2.8 Lọc trong 15

1.2.2.9 Bão hòa CO2 16

1.2.2.10 Chiết chai 16

1.2.2.11 Thanh trùng 16

1.2.2.12 Dán nhãn 17

1.3 Quá trình truyền nhiệt và thiết bị đun hoa houblon kiểu vỏ áo 18

1.3.1 Quá trình truyền nhiệt 18

1.3.2 Thiết bị đun hoa kiểu vỏ áo 18

CHƯƠNG 2: TÍNH KẾT CẤU CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 19

2.1 Chọn kích thước thiết bị thích hợp 19

2.2 Tính bề dày thân thiết bị 20

2.2.1.Tính bề dày lớp thép tiếp xúc với dịch đường (chịu áp suất ngoài) 20 2.2.2.Tính bề dày lớp thép vỏ áo (chịu áp suất trong) 22

2.3 Tính bề dày ống ngưng 24

2.4 Tính kết cấu nắp 25

2.5.Tính bề dày đáy elip 27

2.5.1.Đáy chịu áp suất ngoài (lớp đáy thép elip tiếp xúc với dịch đường)27 2.5.2.Tính đáy elip chịu áp suất trong (lớp thép tiếp xúc với lớp bảo ôn).29 2.6.Tính kết cấu chân đỡ thiết bị 31

2.7 Chọn ống dẫn 38

CHƯƠNG 3: TRUYỀN NHIỆT, CÁCH NHIỆT, CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 39

3.1.Truyền nhiệt của hơi qua thân trụ 39

3.2 Truyền nhiệt qua đáy elip 45

3.3 Nhiệt lượng, thời gian cần để đun dịch đường đến khi sôi 49

3.4 Tính bề dày lớp bảo ôn thân 51

3.5 Tính bề dày bảo ôn đáy 56

3.6 Truyền nhiệt qua nắp 58

3.7 Truyền nhiệt qua ống ngưng 61

3.8 Cân bằng vật chất và năng lượng: 64

3.8.1.Tính nhiệt lượng và thời gian cần để đun nóng dịch đường đến sôi 64 3.8.2.Tính lượng hơi đốt cần cung cấp 64

3.8.3.Tính lượng nước bổ sung: 65

3.8.4.Tính lượng nước ngưng lớn nhất để chọn bẫy hơi: 65

3.8.4.1 Hơi ngưng tụ do truyền nhiệt của qua thân trụ 65

3.8.4.2 Hơi ngưng tụ do truyền nhiệt qua đáy elip 71

3.8.4.3 Nước ngưng do truyền nhiệt với thành phía bảo ôn 75

3.8.4.4 Chọn bẫy hơi phù hợp 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu sản xuất bia

1.1.1 Malt đại mạch.

Malt đại mạch là nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia Là nguyên liệu chínhcung cấp các chất cần thiết để tiến hành lên men, hệ enzyme phong phú chủ yếu làamylaza và proteaza, đồng thời góp phần tạo

hương vị, tạo bọt cho sản phẩm

lọc trong dịch thủy phân

khoáng ) vừa là tác nhân xúc tác thiết yếu (các

hydrolase) hay là những thành phần quan trọng trong môi trường chuyển hóa tạothành sản phẩm

Yêu cầu của malt trong sản xuất bia

Malt trong sản xuất bia phải sạch, có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, cómàu vàng sáng đều Không có mùi lạ, không được mốc và không hôi khói Yêu cầukích thước của malt phải đều Kích thước malt đạt yêu cầu nếu như hạt malt trên sàn2,8 mm và 2,5 mm chiếm 94%, hạt dưới sàn 2,2 mm không quá 0,5% Khối lượngriêng của malt trong khoảng 520÷600 g/l Độ ẩm không quá 6% Độ chiết: 75 ÷82%.Thời gian đường hóa: 20 ÷35 phút, hoạt lực enzyme đạt 100 ÷ 300 đơn vị, hàm lượng

cao hơn sẽ bị đục, rất khó bảo quản, nếu thấp hơn bia sẽ kém bọt, vị kém đậm đà

1.1.2 Hoa houblon.

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản quan trọng thứ hai sau malt, nó không thểthiếu trong sản xuất bia, hiện chưa có nguyên liệu nào có thể thay thế được Hoahoublon góp phần quan trọng tạo ra mùi vị đặc trưng và tăng độ bền sinh học của bia

Hình: Hoa houblon

Nó tạo cho bia vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữbọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của bia Thành phần hóa họccủa hoa gồm nhiều chất khác nhau, những chất có giá trị cho bia là nhựa đắnghoublon, các chất tanin và tinh dầu thơm

thơm của hoa houblon

viên và cao hoa

- Hoa viên: hoa houblon sau khi xử lý sơ bộ, được

nghiền và ép thành các viên nhỏ, xếp vào các túi

polyetylen hàn kín miệng để tiện cho việc bảo quản

Tinh dầu hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hydratcacbon và nhiềuhợp chất chứa oxy dạng tecpen Tinh dầu houblon không hoà tan trong nước nhưng dễbay theo hơi nước Trong quá trình sản xuất khoảng 98% lượng tinh dầu bị bay hơi chỉ

tinh dầu sẽ mất dần do bay hơi và bị ôxy hoá Do đó không dùng hoa cũ để sản xuấtbia vì các sản phẩm chuyển hoá của tinh dầu nếu đưa vào bia sẽ làm giảm chất lượngcủa bia.

Các chỉ tiêu kỹ thuật của hoa

a Tiêu chuẩn đối với cao hoa

‒ Cao hoa có dạng keo, màu vàng hổ phách

‒ Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi

‒ Hoa viên có màu xanh lá mạ

‒ Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi, vị đắng dịu

‒ Hình dạng: viên đùn, không vỡ vụn

‒ Loại viên có hàm lượng α- axit đắng 8%

‒ Có khả năng tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước nha, làmtrong nước nha, tạo mùi hoa thơm rõ rệt, vị đắng dịu

Hoa viên được đóng bao bì bền chắc, dễ mở, bao bì không làm ảnh hưởng đếnchất lượng hoa

1.1.3 Nước

Nước là thành phần chủ yếu của sản phẩm: Nước tồn tại trong bia, không chỉnhiều về số lượng (trung bình 88 ÷ 92% khối lượng), mà còn có vai trò đặc biệt quantrọng cho các thành phần khác phân tán và tồn tại

1.1.4 Nấm men

Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào Nấm men trong công nghệ sản xuất biathường là chủng thuộc giống Saccharomyces, gồm nấm men chìm và nấm men nổi:Nấm men nổi: tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại vớinhau tạo thành chuỗi tế bào nấm men Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan kíchthước 7 ÷10 micromet

Nấm men chìm: hầu hết các tế bào khi quan sát nảy chồi đứng riêng rẽ hoặc cặpđôi

Nấm men thường dùng để lên men hiện nay là loại nấm men chìmSaccharomyces carlbergensis

1.1.5 Thế liệu và phụ gia

1.1.5.1 Thế liệu

Sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia nhằm mục đích giảm giá thànhsản phẩm Nguyên liệu thay thế có thể sử dụng là nguyên liệu giàu tinh bột hoặc giàuđường thay thế một phần malt

Gạo có chứa rất nhiều tinh bột, protein vừa phải, chất béo và xenlulo ở giới hạnthấp Do đó gạo là nguyên liệu thay thế khá lý tưởng

Yêu cầu về gạo sử dụng trong sản xuất bia phải sạch, không tạp chất, không mốimọt và lượng amylopectin thấp

1.1.5.2 Phụ gia chất hỗ trợ kỹ thuật

a Chế phẩm enzyme

Nếu trong quá trình sử dụng thế liệu tỉ lệ cao thì cần phải bổ sung chế phẩm

trong khi nấu dịch đường được dễ dàng Termamyl là chế phẩm lỏng chịu được nhiệt

độ cao và được sản xuất từ vi sinh vật Bacillus lichenifomis, hoạt động tốt ở nhiệt độthích hợp là 90oC, pH = 6

b Các loại hóa chất

‒ Sử dụng các loại hóa chất như:

‒ Caramel: tăng độ màu đẹp cho bia

‒ Acid lactic, điều chỉnh pH cho quá trình nấu

‒ Acid ascorbic: ức chế vi sinh vật làm biến chất bia

‒ Acid sunfuric: cho vào lúc hồ hóa gạo, bổ sung H+ điều chỉnh pH, xúc tácquá trình hồ hóa, nếu cho quá nhiều bia sẽ bị chua

‒ ZnCl2 giúp nấm men khỏe

‒ Dùng xút để rửa chai

‒ Chất trợ lọc: Diatomit

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia.

1.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ bia

1.2.2 Thuyết minh quy trình.

1.2.2.1 Nghiền

a Mục đích

Nhằm để làm giảm kích thước hạt, phá vỡ cấu trúc tinh bột, làm cho nước xâmnhập vào nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hoá, thuỷ phân tinh bột diễn ranhanh và triệt để hơn

b.Yêu cầu khi nghiền

Vỏ malt giữ được càng nguyên càng tốt Nếu giữ nguyên được vỏ malt thì sẽngăn chặn được việc chuyển các chất không có lợi từ vỏ vào dịch đường và bia Mặtkhác, vỏ malt càng nguyên càng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc, nâng caovận tốc và hiệu suất lọc

Nội nhũ phải được nghiền nhỏ Tuy nhiên, nếu tỷ lệ bột và tấm mịn, nhất là bộtquá cao thì lọc dịch đường sẽ khó khăn và giảm hiệu suất thu hồi Vì vậy, khi nghiềncần tạo tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô, tấm mịn và bột phù hợp với từng loại thiết bị lọc

nghiền của cặp rulô thứ 2 Sau khi nghiền sơ bộ, bột malt được đưa vào rulô thứ 2 đểnghiền tiếp.

 Thiết bị nghiền búa (nghiền gạo)

1.2.2.2 Nấu nguyên liệu

a Mục đích

Nồi nấu vỏ áo

Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hoà tan sang trạng tháihoà tan nhờ tác động của các hệ enzyme thuỷ phân

5 Cửa thoát hơi ngưng

6 Cửa tháo liệu

7 Cánh khuấy

8 Cửa quan sát

Tiến hành nấu

vì nếu để lâu bột sẽ bị chua, làm ảnh hưởng đến chất lượng của bán thành phẩm vàthành phẩm sau này Tiến hành nấu theo phương pháp kết hợp với nguyên liệu thaythế chiếm 45% Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu và nước nấu là:

 Malt : nước = 1 kg : 3 lít

 Gạo : nước = 1 kg : 4 lít

Nồi gạo: Gạo đã nghiền mịn với 10% bột malt lót (so với tổng lượng gạo) được

enzyme Termamyl cần dùng vào Khuấy trộn đều dịch bột trong vòng 10 phút Sau

lactic để pH hạ xuống còn 5,6 và giảm độ nhớt của dịch Nâng nhiệt độ của khối nấulên 66oC với tốc độ khoảng 10oC/phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để hồ hóa tinhbột Sau đó nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độ sôi (khoảng 105oC) trong 30 phút vàgiữ sôi 20 phút Trong suốt quá trình nấu gạo phải khuấy trộn liên tục để tránh cháy ởđáy nồi, vận tốc cánh khuấy khoảng 30÷40 vòng/phút

Nồi malt: Khi nồi gạo đã tiến hành nâng nhiệt đun sôi thì nồi malt cũng bắt đầucho nước 37oC vào Thời gian hòa bột malt và nước trong 10 phút Bổ sung CaCl2,lượng và axit lactic vào Nhiệt độ của khối dịch khoảng 35oC và pH là 5,6 Nâng nhiệtkhối nấu lên 52oC trong vòng 20 phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để thực hiện quátrình đạm hóa.

Hội cháo: Khi nồi gạo đun sôi xong thì quá trình đạm hóa ở nồi malt cũng vừakết thúc Tiến hành bơm cháo gạo sang nồi malt để hội cháo, thời gian bơm là 10 phút.Nhiệt độ toàn khối nấu lúc này đạt 63oC, giữ ở nhiệt độ 63oC/30 phút để tạo điều kiệncho enzim β-amylaza thuỷ phân tinh bột Sau đó, nâng nhiệt độ khối nấu lên 73oC/10phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để enzim α-amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột.Nâng nhiệt độ toàn khối dịch lên 78oC/5 phút rồi sau đó bơm dịch đi lọc

Trước khi tiến hành lọc, thùng lọc cần được vệ sinh kỹ bằng nước Cửa tháo bã

và các van xả dịch phải đóng chặt Bơm nước nóng 78˚C vào các ống dẫn dịch để đuổikhông khí đồng thời bơm tới đầy khoảng không giữa hai đáy của thùng lọc Dịchđường từ nồi đường hoá sau khi được trộn đều, được bơm một lần sang thùng lọc,đồng thời hệ thống cào bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả Sau khi hếtdịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao Dịch đường được để yên 20 phút

để bã kết lắng tạo thành lớp lọc Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịch đườngcòn đục nên ta cho hồi lưu trở lại thùng lọc trong khoảng 15 phút đầu Khi dịch đườngbắt đầu trong thì khoá van hồi lưu, dịch đường được đưa ngay sang nồi nấu hoa Nếunồi hoa chưa sẵn sàng thì dịch đường được đưa sang nồi trung gian có vỏ bảo ôn chứatạm Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do màng lọc bị bít làm tăng

trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã tạo lại lớp màng lọc.Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc Thời gian lọc khoảng 90 phút Sau đó tiến hành rửabã.

Tiến hành rửa bã gián chia làm 2 lần, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C Sau khi thuhết dịch đường, khoá van xả dịch:

Cho cánh khuấy quay để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vàodịch Để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơm sang nồi hoa với dịch lọc

gian rữa bã khoảng 90÷100 phút

1.2.2.4 Nấu hoa houblon

a Mục đích

Hòa tan và chuyển hóa chất đắng, thơm của hoa houblon để tạo hương vị đặctrưng cho dịch houblon hòa và bia sau này Đồng thời loại trừ các hợp chất kém bền,tạo ra các sản phẩm làm tăng cường độ màu và hương thơm hấp dẫn, làm tăng nồng

độ các chất hòa tan và thanh trùng dịch hoa houblon hóa, chuẩn bị cho quá trình lênmen bia

sẽ giảm tổn thất Trong quá trình đun sôi thì chỉ số đầu tiên để kết thúc quá trình đunsôi là nồng độ dịch đường, những chỉ số khác là sự có mặt kết tủa của protein và độtrong của dịch đường, tổng thời gian đun sôi là 90 ÷120 phút

1.2.2.5 Lắng trong và làm lạnh

a.Mục đích

b Phương pháp tiến hành.

Dịch đường đựơc bơm ở độ cao 1/3 so với chiều cao dịch trong thùng và được

mạnh, lực này tạo ra một xung lực theo phương tiếp tuyến với cột chất lỏng bên trongthùng và làm cho cả cột chất lỏng đó xoay tròn Nhờ có lực hướng tâm lớn, cặn lắng

bị hút vào tâm thùng và lắng xuống đáy.Cặn tập trung ở đáy thùng khi bơm hết dịchđược xối nước xả bã ra ngoài

Thiết bị whirlpool có ưu điểm là đảm bảo vô trùng vì dịch đường khi đưa vàothiết bị cũng như ra khỏi thiết bị ở nhiệt độ rất cao (khoảng 90˚C) và thời gian lắng chỉkhoảng 20 phút Để yên 20 phút rồi dịch đường trong được bơm sang thiết bị là lạnhnhanh, ở đây dịch được làm lạnh đến nhiệt độ lên men là 10˚C, thời gian làm lạnhkhông vượt quá 1 giờ Sau khi làm lạnh xong dịch đường được chuyển vào thiết bị lênmen, còn cặn ở đáy thùng được dội nước và cho xả ra ngoài Làm lạnh có thể xuấthiện cặn lạnh

1.2.2.6 Lên men chính.

a Mục đích

Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá các chất đường và dextrin thấpphân tử trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác dưới tácdụng của nấm men:

Đồng thời, còn tạo các sản phẩm phụ như: este, axit hữu cơ, rượu bậc cao,aldehit, glyxerin,…hoà tan vào dịch lên men tạo thành bia non

b Tiến hành.

Chuẩn bị nấm men

Men giống thường sử dụng được nuôi cấy từ chủng Saccharomycescarlsbergensis Sau đó men giống được bảo quản ở nhiệt độ 5oC trong tank bảo quảnmen giống Thời gian trữ men không quá 1 ngày, sau đó sẽ được chuyển vào tank lênmen Mn sữa sẽ được thu hồi và tái sử dụng : khi kết thúc lên men chính, tiến hành hạ

được bảo quản trong tank bảo quản men giống và được tái sử dụng đến đời thứ 8 thìloại bỏ

Tiến hành lên men

Với phương pháp lên men cổ điển, dịch đường sau khi làm lạnh được bổ sungkhông khí sạch (khoảng 8 mg O2/lít dịch đường) đã qua bình lọc bông gòn giữ bụi cơhọc và thiết bị khử trùng bằng tia cực tím Sau đó, cấy nấm men vào với lượng men

lên men có ưu điểm làm cho nấm men phân bố đều toàn khối dịch lên men ban đầu vàtạo điều kiện cho chúng sinh trưởng nhanh hơn

Dịch lên men được bơm vào thùng lên men chính trong nhiều lần nhưng chỉ cólần đầu dịch lên men có hoà nấm men, còn những lần sau chỉ châm đầy nước, tạo thờigian cho nấm men hoạt động thích nghi với môi trường

Khi dịch lên men vào đầy thùng thì bắt đầu điều khiển quá trình lên men, theodõi nhiệt độ, độ đường hằng ngày Lên men chính được tiến hành trong thiết bị hìnhtrụ bằng thép không gỉ, đáy và nắp hình chỏm cầu, hệ số chứa đầy là 0,8÷0,85 Nhiệt

độ lên men chính là 10oC, áp suất dư trong thiết bị lên men chính là 0,2÷0,4 at CO2sinh ra trong quá trình lên men sẽ hoà tan vào bia non một phần Độ hoà tan của CO2vào bia sẽ tăng khi nhiệt độ giảm, do đó để đảm bảo lượng CO2 hoà tan trong bianhiều thì nhiệt độ thời kỳ cuối của quá trình lên men khoảng 5oC, hàm lượng CO2trong bia non phải đạt 0,2 % Lên men chính được xem là kết thúc khi chất chiết trongdịch lên men giảm đi từ 0,15÷0,2%/ ngày đêm Thời gian lên men chính là 9 ngày

1.2.2.7 Lên men phụ.

a Mục đích.

 Tiếp tục lên men phần đường còn lại sau lên men chính, bão hoà CO2 chobia và tăng cường mùi vị cho bia.

 Thực hiện quá trình chín của bia (hoàn thiện chất lượng bia)

Đặc trưng của quá trình lên men phụ là lên men rất chậm với một lượng đườngkhông đáng kể Cùng một lúc quá trình lên men các chất đường có thể kết thúc songquá trình “chín” của bia vẫn tiếp tục Quá trình tàng trữ chín và lên men phụ có một ýnghĩa rất lớn hình thành vị, bọt và quyết định độ bền của bia

Một trong những quá trình quan trọng xảy ra khi lên men phụ và tàng trữ bia là

sự hòa tan CO2 vào trong bia CO2 là thành phần chính của bia, giúp bia có khả năngtạo bọt tốt, đồng thời cũng là chất bảo quản ức chế sự phát triển của vi sinh vật

b Tiến hành

Quá trình lên men phụ được tiến hành trong các thùng kín đặt trong phòng lạnh

từ 1÷2oC Nhiệt độ lên men phụ khoảng 1oC áp suất dư 0,3÷0,7at Trong quá trình lênmen phụ cần theo dõi áp suất trong thiết bị lên men, mức độ trong của bia, nhiệt độtrong phân xưởng

Bia non được chuyển vào từ đáy thiết bị nhằm giảm sự tạo bọt và giảm mất CO2.Đầu tiên có thể cho bia chảy nhanh nhưng về sau do có sự tạo bọt nên cho bia chảygián đoạn Khi bia non đã đầy thùng bắt đầu thải không khí trên bề mặt bia non Đểđảm bảo bia thành phẩm có chất lượng như nhau về màu sắc, mùi vị cũng như thànhphần hóa học thì bia non từ một thùng lên men chính có thể chuyển vào nhiều thùnglên men phụ Quá trình chuyển bia non vào thiết bị lên men phụ có thể tiến hành từ từ

và kéo dài 1÷2 ngày đêm Tuy nhiên sau 2 ngày đêm thì thùng lên men phụ cần phảichứa đầy bia non nếu không thì dễ bị nhiễm vi sinh vật và sự bão hòa CO2 khó do sự

chứa đầy thùng thì đóng van điều chỉnh áp suất, tiến hành thải không khí trên bề mặtbia và nâng áp suất đạt theo yêu cầu

Quá trình nâng cao áp suất kéo dài 1-3 ngày kể từ lúc chuyển xong bia non vào.Nếu nâng áp suất quá nhanh thì không khí trên bề mặt bia non sẽ hòa tan vào bia vàoxy trong không khí sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia thành phẩm Thời gian

lên men phụ là 30 ngày Sau khi lên men phụ bia được chuyển vào thùng chứa và đem

b Cách tiến hành

Bia được lọc bằng thiết bị lọc khung bản với chất trợ lọc là bột diatomit

Ðầu tiên, bột diatomit được trộn cùng với nước vô trùng theo một tỷ lệ nhất định

và tạo thành một dung dịch huyền phù, sau đó dung dịch huyền phù được bơm vàomáy lọc ép để tạo thành một lớp lọc diatomit trên vải lọc Nếu bia đi ra còn đục thìphải bơm trở lại thùng phối liệu, bia trong được đưa vào thùng chứa Áp suất lọc củathiết bị là 1,2÷1,3 at Nếu vượt quá 3 at thì lớp vải lọc có thể bị rách

1.2.2.9 Bão hòa CO 2

a Mục đích

Tạo điều kiện thuận lợi để hòa tan, nâng nồng độ CO2 có trong bia ở dạng bãohòa, nhằm bù vào lượng CO2 thất thoát trong các quá trình công nghệ, ngoài ra còngiúp ổn định thành phần, chất lượng của bia theo tiêu chuẩn và tăng giá trị cảm quancho bia thành phẩm

b Cách tiến hành

Sau khi lọc thì hàm lượng CO2 bị giảm Do đó để khôi phục lại sự bão hoà CO2trong bia thì sau khi lọc, bia được giữ trong thùng chứa ở nhiệt độ 0,5÷1oC dưới ápsuất của CO2 là 0,5 at và thời gian tối thiểu là 4 giờ Hàm lượng CO2 trong bia thành

phẩm phải đạt ít nhất là 0,3% khối lượng Nếu chưa đạt được hàm lượng CO2 này phải

bổ sung CO2 cho bia

Dây chuyền chiết bia được cơ giới hoá hoàn toàn và bao gồm các công đoạn: rửachai, chiết bia vào chai, đóng nắp chai, kiểm tra độ kín của chai thành phẩm, thanhtrùng bia, hoàn thiện sản phẩm

1.2.2.11 Thanh trùng.

a Mục đích

Tiêu diệt các vi sinh vật, vô hoạt các enzyme có trong bia, để ổn định thànhphần, chất lượng, làm tăng độ bền sinh học và bảo quản bia

b Phương pháp thanh trùng bia chai

Chế độ nhiệt (thanh trùng Pasteur) có thể được thực hiện theo nhiều phươngpháp khác nhau, dựa vào mức độ diệt trùng phân ra tiệt trùng (100 ÷120oC) và thanhtrùng (60 ÷80oC), dựa vào thời điểm thường phân ra thanh trùng toàn khối bia ( trướckhi chiết) và thanh trùng bia trong các bao bì ( sau khi chiết)

Phổ biến là thanh trùng bia trong các bao bì

 Thanh trùng bia trước khi chiết

Cả khối bia sau khi lọc được xử lý nhiệt đến nhiệt độ thanh trùng và thanh trùngbằng thiết bị trao đổi nhiệt (phổ biến là dạng tấm bản)

Bia đã được thanh trùng có thể chiết nóng (60 ÷70 oC, áp lực làm việc khi chiết 7

÷8 kg/cm2) hay chiết lạnh (nhiệt độ bằng nhiệt độ ban đầu của bia, áp lực làm việc khichiết ≥ 1,5 kg/cm2) trong điều kiện vô trùng Chiết lạnh, thiết bị trao đổi nhiệt có thêmcác vùng trao đổi nhiệt cần thiết

Các chai, lon, hộp bia được gia nhiệt đến nhiệt độ thanh trùng và thanh trùngbằng tưới hay ngâm nước nóng trong thiết bị làm việc liên tục kiểu băng chuyền (máyhấp) hay gián đoạn trong các ngăn buồng (tủ hấp)

1.2.2.12 Dán nhãn.

Chai bia được thao tác qua các bộ phận của máy xì khô để thổi sạch nước bámtrên thành và nút chai Tiếp đó tiến hành dán nhãn và dán bịt giấy bạc ở đầu chai.Chai được xếp vào két bia rồi được chuyển vào kho hoặc đi tiêu thụ

1.3 Quá trình truyền nhiệt và thiết bị đun hoa houblon kiểu vỏ áo

1.3.1 Quá trình truyền nhiệt

Quá trình truyền nhiệt là quá trình truyền năng lượng nhiệt từ vị trí này đến vị tríkhác trong cùng một pha lưu chất hoặc từ pha này sang pha khác thông qua bề mặttrao đổi nhiệt của thiết bị

Quá trình đun hoa houblon làm việc theo quá trình truyền nhiệt không ổn định,dịch đường cấp vào và đun đến sôi đến 100 độ C rồi giữ nhiệt 1 giờ, trong quá trìnhsôi hoa houblon được cho vào chiết chất đắng và hương thơm

a Cấu tạo

Hơi nước bão hòa đi trong vỏ áo truyền nhiệt làm nóng dung dịch trong nồi, hơi nước trong vỏ mất nhiệt ngưng tụ đi ra qua ống bên dưới

Ưu điểm của thiết bị nồi vỏ áo so với các thiết bị đun hoa khác: cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ vệ sinh, sửa chữa

CHƯƠNG 2: TÍNH KẾT CẤU CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ

2.1 Chọn kích thước thiết bị thích hợp

Chọn kích thước thân trụ trong: chiều cao thân trụ: Ht=1400mm; đường kính trong thân trụ: Dt=960mm

Tỉ lệ H D t

t=1400960 =1,458 ( nằm trong khoảng 1,2-1,5 nên phù hợp)

Đáy elip có đường kính trong bằng đường kính thân trụ D=960mm, chọn chiều cao

bé d=150mm ( bằng đường kính chọn của ống ngưng hơi), chọn chiều cao nón

Chiều cao của mực chất lỏng trong nồi:0,24+

Chọn chiều cao của đỉnh vỏ áo đến đáy nồi là 1,4 (m) ( chiều cao của mực chất lỏng cao hơn chiều cao của vỏ áotoàn bộ hơi trong vỏ áo đều trao đổi nhiệt với dịch đường)

Chiều cao của lớp vỏ áo hình trụ ( tính luôn gờ đáy elip): 1400-240=1160 (mm)

2.2 Tính bề dày thân thiết bị

2.2.1.Tính bề dày lớp thép tiếp xúc với dịch đường (chịu áp suất ngoài).

Dựa vào công thức 5.14, trang 98, [3]

Bề dày tối thiểu của thân tiếp xúc với dịch đường chịu áp suất ngoài :

S’= 1,18.D.(P n

E t L

D)0,4

Trong đó:

D =960 mm: là đường kính thân (đường kính trong)

P n: áp suất ngoài tính toán:

Dựa theo cách tính nội suy ta có: E132,9=1.98 105 (N/mm2)

L là chiều dài tính toán của thân (cách tính dựa vào trang 98, [3])

L = Ht + 13.¿ ¿

¿1,56 (m)=1560(mm)

S’= 1,18.960.(1,98.100,19625.

1560

960 )0,4= 5,4564 (mm)

Bề dày thực của thân:

Dựa vào công thức 5.9, trang 96, [3] ta có:

S = S’ + C Trong đó:

C = Ca + Cb +Cc + Co = 1 + 0,6 + 0,94= 2,54 (mm)

Ca = 1 mm: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học (sử dụng cho 10 – 15 năm)

Cb = 0 mm: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học

Cc = 0,6 mm: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo (tra bảng XIII.9, trang 364, [2])

Trong đó:

σ c t=[σ]¿ n c=140.1,65=231 (N/mm2) (CT 1-3, trang 13,[3])

n c: hệ số an toàn khi áp suất dư trong thiết bị < 0,5 (N/mm2) ( Bảng 1-6 trang 14,[3])

[σ]¿: ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu X18H10T tại 132,9oC (tra đồ thị hình 1.2, trang 16,[3])

Kiểm tra áp suất ngoài cho phép theo công thức (5-19) khi thoả mãn (5 – 15),(5-16)

(thỏa mãn điều kiện)

2.2.2.Tính bề dày lớp thép vỏ áo (chịu áp suất trong).

Thân chịu áp suất trong là:

 Nhiệt độ dùng tính toán: t tt=132,9+20=152,9(℃).(thép có bọc cách nhiệt)

Theo hình 1.2, trang 16, [3], ta có ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu thép X18H10T ở t tt là:

σ¿

=138 N /m m2

Vì vỏ áo có bọc lớp cách nhiệt nên chọn: η=0,95 (hệ số hiệu chỉnh)

 Ứng suất cho phép của vật liệu là:

σ =η σ¿=0,95.138=131,1¿ ¿

Khi đó theo công thức 5-3, trang 96, [3]:

Bề dày tối thiểu của lớp thép vỏ áo được tính bằng:

S '= P D t

2.[σ] φ h=

0,1962.10762.131,1 0,95=0,85 mm

Trong đó:

S ': bề dày tối thiểu của lớp thép vỏ áo (mm)

D t: đường kính trong của vỏ áo được tính như sau:

D t=D tron g thânt bị+S thân 2+S áo hơi 2=960+8.2+50.2=1076(mm)

φ h=0,95: hệ số bền mối hàn (tra bảng XIII8, trang 362, [2])

Bề dày thực S

D t=1076 (mm)  S min=4>0,85 (mm )

 Chọn S'

=S min=4(mm) (Theo bảng 5.1, trang 94, [3])

Theo công thức 1-10, trang 20 ta có hệ số bổ sung bề dày:

C=C a+C b+C c+C o

C a=1(mm): hệ số ăn mòn hóa học thiết bị làm việc trong 10-15 năm

C b=0: vật liệu được xem là bền cơ học

C c=0,4 (mm): hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo (tra bảng XIII.9, trang 364, [2])

¿0,7159>0,1962 N /m m2(thỏa mãn)

Vậy bề dày của lớp thép vỏ áo là: S=6 (mm)

2.3 Tính bề dày ống ngưng

Chọn đường kính trong ống ngưng là 15 cm, bề dày tối đa là 2 mm

Xác định bề dày tối thiểu của ống ngưng

Do áp suất bên trong lẫn bên ngoài ống ngưng bằng áp suất khí quyển nên ống ngưng không chịu áp suất trong hay ngoài, ta xét tác dụng của lực nén chiều trục do trọng lượng của ống ngưng gây ra cho đầu dưới của ống ngưng

Ta chọn ống ngưng có kích thước: đường kính trong D t=150 mm, chiều cao H = 3 m,

bề dày δ=2 mm Khi đó trọng lượng của ống ngưng là:

P=m g=ρ V g=ρ [π4.(d22−d12) H] g=7,9.103.¿

Ta kiểm tra lại độ bền bề dày đã chọn bằng công thức tính bề dày tối thiểu 5-37, trang

104 , [3] Ta xét lực tính toán bằng trọng lượng ống ngưng có kích thước: đường kính trong D t=150 mm, chiều cao H = 3 m, bề dày δ=2 mm

a) (dựa vào công thức 5-33 đến 5-34, trang 103, [3].

D được tính bằng công thức 6-30, trang, trang 133, [3]

D= 0,9 D n+0,1 Dn1

cosα =

0,9.976+0,1.154

cos 60 ° =1787,6(mm)

 2.(S−C D

a)=

1787,62.1 ¿893,8>250

Kiểm tra áp suất ngoài cho phép:

Dựa vào công thức 5-16, trang 99, [3] ta có:

Trong đó:

σ c t=[σ ]¿

n c=143.1,65=235,95¿ ¿: giới hạn chảy của vật liệu tính toán làm nắp ở nhiệt

độ tính toán, n c=1,65(tra bảng 1-6, trang 14, [3]

2.5.Tính bề dày đáy elip

2.5.1.Đáy chịu áp suất ngoài (lớp đáy thép elip tiếp xúc với dịch đường)

Đáy elip tiếp xúc với dịch đường làm việc ở áp suất tính toán là:

p tt=P Đ−P a=3−1=2 (at) = 0,1962 N/mm2.Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân trụ chịu áp suất ngoài: δ đáy=8(mm)

Tỉ số bán kính cong ở mặt trong R t ở đỉnh đáy nắp với chiều dày S:

σ c t: là tỉ số giới hạn đàn hồi của vật liệu làm đáy với giới hạn chảy của nó ở nhiệt

độ tính toán, đối với thép không gỉ x = 0,7

σ c t=[σ ]¿ n c=140.1,65=231¿ ¿: giới hạn chảy của vật liệu ở 132,9 oC

2.5.2.Tính đáy elip chịu áp suất trong (lớp thép tiếp xúc với lớp bảo ôn)

Bề dày tối thiểu của thành nắp được xác định dựa vào công thức trang 126,[3]:

[σ ]

p φ h

Trong đó:

p=0,1962¿: áp suất tính toán trong thiết bị

[σ]:ứng suất cho phép khi kéo của vật liệu làm đáy

D t: đường kính trong của vỏ áo được tính như sau:

D t=D trong thânt bị+S thân 2+S vỏ áo 2=960+8.2+50.2=1076 (mm)

φ h=0,95: hệ số bền mối hàn (tra bảng XIII8, trang 362, [2])

S '=0,1962.971,29

2.131,1 0,95 =0,765 mm

Dựa vào công thức 5-9, trang 96, [3]:

S=S '+C

C=C a+C b+C c+C o=1+0+0,12+1,115=2,235(mm)

C a=1(mm): hệ số ăn mòn hóa học thiết bị làm việc trong 10-15 năm

C b=0: vật liệu được xem là bền cơ học

C c=0,12(mm): hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo (tra bảng XIII.9, trang 364, [2])

¿0,51185>0,1962 N /m m2(thỏamãn)

Vậy bề dày của lớp thép vỏ áo đáy là: S=3 (mm)

2.6.Tính kết cấu chân đỡ thiết bị

Được làm bằng thép CT3

Chọn số chân đỡ là 4, kiểu IV/436/sổ tay QTTB tập 2

- Khối lượng chân đỡ cần chịu: m = mtb + mdd

- Tổng khối lượng thép làm thiết bị:

mtb = mống ngưng +mđáy + mnắp + mthân + mvỏ áo+ m bảo ôn+ m inox bọc ngoài

Trong đó:

Khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T là ρ1 = 7900kg/m3 (Sổ tay tập 2,

Khối lượng riêng của thép CT3 là ρ2 = 7850kg/m3 (Sổ tay tập 2, bảng XII.7, trang313).

Khối lượng riêng của lớp bông thủy tinh 32 kg/m3 ( dựa vào [7])

Khối lượng ống ngưng

 Nắp hình nón tiêu chuẩn có góc đỉnh 600, có gờ cao hg =40 (mm)

 R n= 488 (mm): bán kính ngoài của đáy lớn nắp nón

 S= 2 (mm): độ dày  bán kính trong của đáy lớn nắp nón là: R t=486 (mm)

r n= 77 (mm): bán kính ngoài của đáy nhỏ nắp nón

r t=75(mm): bán kính trong của đáy nhỏ nắp nón

h=240(mm): chiều cao của nắp nón

Thể tích thép làm nắp nón là:

Vn= 3.1 π h ¿ +π4 D g2 h g

=π3.0,24.¿+ π4(0,9762−0,9722).0,04=1,094 10−3

Khối lượng thép làm nắp hình nón là là mn =1,094.10-3 7900= 8,6426 (kg)

Khối lượng thân thiết bị

 Đường kính trong của thân Dt = 960 (mm)

 Đường kính ngoài của thân là Dn = Dt+2.S= 960+2.8= 976 mm = 0,976 (m)

 Chiều cao của thân là Ht =1400 (mm)

Thể tích thép làm thân thiết bị hình trụ:

Vt =π4(D n2−D t2¿H t=π4(0,9762 – 0,962).1,4= 0,034 (m3)

 Khối lượng thép làm thân trụ :mt =ρ t.V t= 7900 0,034 = 268,6 (kg)

Khối lượng đáy ellipse tiêu chuẩn

 Đáy ellipse tiêu chuẩn có:

 Dt = 960 (mm): đường kính đáy trong

 Khối lượng thép làm đáy ellipse là: mđ = 8,49.10-3.7900 = 67,071 (kg)

Khối lượng của lớp thép vỏ áo ở thân và đáy

 Khối lượng của lớp thép vỏ áo ở thân.

 Khối lượng của lớp thép vỏ áo ở đáy dạng ellipse:

Lớp thép vỏ áo ở đáy có bề dày: δ=3(mm)

Đường kính trong vỏ thép đáy: D t=976+50.2=1076 (mm)

Đường kính ngoài vỏ thép đáy: D n=1076 +3.2=1082 (mm)

Chiều cao lớp vỏ đáy trong: H t=240+8+50=298 (mm)

Chiều cao lớp vỏ đáy ngoài: H n=240+8+50+3=301(mm)