Đề tài Thiết kế nhà máy bia

ính (10% so với lượng dịch đưa vào lên men) là: 655,76 x 0,1 = 65,58 l Lượng men sữa tiếp vào trước khi lên men chính (1% so với lượng dịch đưa vào lên men) là: 655,76 x 0,01 = 6,56 l 4- Tính lượng bã malt và gạo: * Tính lượng bã khô của 100 kg nguyên liệu: Tổng lượng chất khô của malt và gạo là: 64,77 + 25,97 = 90,74 kg Tổng lượng bã khô của 100 kg nguyên liệu là: 90,74 - 71,31 = 19,43 kg * Tính lượng bã ẩm Độ ẩm bã 80 % (phụ thuộc thiết bị lọc: lọc khung bản hay nồi lọc) Lượng bã ẩm là : 19,43 : 0,2 = 97,15 kg Lượng nước trong bã là: 97,15 - 19,43 = 77,72 kg 5- Tính lượng nước dùng trong quá trình nấu và rửa bã * Quá trình hồ hoá tỷ lệ (Bột gạo + 10% malt lót): nước =1:5 Lượng nước cho vào nồi hồ hoá: (29,85 + 29,85 x 0,1) x 5 = 164,175 kg = 164,175 l * Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi hồ hoá là: 29,85 x 0,13 + 2,985 x 0,07 = 4,09 kg * Tổng lượng hỗn hợp bột + nước ban đầu trong nồi hồ hoá là: (29,85 + 29,85 x 0,1) x 6 = 197,01 kg * Lượng dịch cháo sau khi đun là (bay hơi 5% lượng dịch) 197,01 x 0,95 = 187,16 kg * Quá trình đường hoá tỷ lệ malt : nước = 1:5 Lượng nước cho vào nồi đường hoá: (69,65-29,85 x 0,1) x 5 = 333,325 kg = 333,325 l 7 * Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi đường hoá là: (69,85-2,985) x 0,07 = 4,68 kg * Tổng lượng dịch trong nồi đường hoá sau khi chuyển dịch cháo sang là: 187,16 + (69,65-29,85 x 0,1) x 6 = 587,15 kg * Lượng dịch còn lại trong nồi đường hoá sau khi đun là (bay hơi 4%) 587,15 × 0,96 = 563,66 kg * Lượng nước trong dịch trước khi lọc là: 563,66 - 90,74 = 472,92 kg = 472,92 l * Lượng nước trong dịch sau khi đun hoa (dịch đường 10S) là: 702,4 x 0,9 = 632,16kg * Lượng nước trong dịch trước khi đun hoa (nước bay hơi 10% so với tổng lượng dịch trước khi đun hoa) là: 632,16 + 702,4 x 0,1 = 702,4 kg = 702,4 l * Tính lượng nước rửa bã theo công thức sau: V nước trước lọc + V nước rửa bã = V nước trong bã + V nước trong dịch đun hoa Do vậy lượng nước rửa bã là: 77,36 + 702,4 –472,92 = 306,84 l * Tổng lượng nước cho vào hai nồi nấu và đường hoá là: 164,175 + 333,325 = 497,5 l 6- Tính các nguyên liệu khác * Lượng hoa houblon: Thông thường trên thế giới, lượng hoa Houblon sử dụng được tính toán dựa trên chỉ số EBC của hoa Houblon (1 EBC = 1mg chất đắng) và chỉ số EBC yêu cầu của bia sản phẩm (đối với bia vàng: EBC = 4÷7). Trong ví dụ này, từ 100kg nguyên liệu sản xuất được 592,32 lít bia chai (ví dụ yêu cầu EBC = 5 cho bia chai). Vậy EBC cần thiết cho lượng bia chai nói trên là: 5 × 592,32 = 2961,6 EBC. Dựa trên chỉ số EBC của hoa Houblon sử dụng, ta có thể tính toán được lượng hoa cần dùng để đạt được chỉ số EBC trong bia như yêu cầu. Tuy nhiên, các nhà máy bia ở Việt Nam thường tính toán một cách đơn giản hơn là 2 g hoa cho 1 lít bia chai (hoặc 1g/l bia hơi). Do đó trong ví dụ này, lượng hoa cần thiết là: 2 × 592,32 = 1184,64 g = 1,15 kg Ta sử dụng hoa cao và hoa viên với tỉ lệ 50:50, biết rằng 1kg hoa viên tương đương với 1,3kg hoa cánh. Vậy lượng hoa viên cần dùng là: 1,15 × 0,5 / 1,3 = 0,4423 kg = 442,3 g 1kg hoa cao tương đương với 6kg hoa cánh. Vậy lượng hoa cao sử dụng là 8 1,15 × 0,5 / 6 = 0,0958 kg = 95,8 g * Lượng chế phẩm enzym (Phụ thuộc từng loại chế phẩm) Chế phẩm enzyme Termamyl 120L được dùng với tỉ lệ 0,1 % so với lượng nguyên liệu thay thế. Vậy lượng Termamyl cần dùng là: 29,85 x 0.001 = 0.02985 kg = 29,85 g. * 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 0,73kg bột trợ lọc. Vậy lượng trợ lọc cần dùng là: * Bia hơi: 610,82 x 0,73 / 1000 = 0,446kg = 446 g. * Bia chai: 595,32 x 0,73 / 1000 = 0,435kg = 435g. 7- Các sản phẩm phụ • Bã malt và gạo (xem ở trên) • Bã hoa: Lượng chất không hoà tan trong hoa cánh và hoa viên là 60%, bã có độ ẩm 85 %; cao hoa có lượng bã không đáng kể. Lượng bã hoa sẽ là: 442,3 × 0,6 : (1-0,85) = 1769,2 g = 1,77 kg • Cặn lắng: 100 kg nguyên liệu có khoảng 1,75 kg cặn lắng W=80% (ở thùng lắng xoáy) • Sữa men; Cứ 100 lít bia cho 2 lít sữa men W=85% Cứ 100kg nguyên liệu (sản xuất ra 592,32 lít bia) sẽ cho lượng sữa men là: 592,32 × 2 : 100 = 11,845 lít Trong đó một phần (6,56 lít) được tái sử dụng làm men giống. Vậy lượng sữa men dùng làm thức ăn gia súc là: 11,845 – 6,56 = 5,285 lít • Lượng CO2 Theo phương trình lên men: C12H22O11 + H2O → 4 C2H5OH + 4CO2 Cứ 342 g maltoza tạo thành 176 g CO2 Lượng dịch trước khi lên men (dịch 10oS có d=1,039 kg/l)là: 655,76 x 1,039 = 681,34 kg Lượng chất chiết trong dịch lên men là: 681,34 x 0,1 = 68,13 kg Coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza, hiệu suất lên men trong quá trình lên men chính là 50-60% (lấy 55%), lượng CO2 thu được là: 68,13 x 0,55 x 176/342 = 19,28 kg Lượng CO2 hoà tan trong bia là (2-3g CO2 / 1 l bia non) 629,53 x 2 = 1259,06 g = 1,25 kg 9 Lượng CO2 thoát ra là: 19,28 - 1,25 = 18,03 kg Lượng CO2 thu hồi thường chỉ đạt 60-80 % (lấy 70 %): 18,03 x 0,7 = 12,62 kg ở 20oC, 1 atm thì 1 m3 CO2 cân nặng 1,832 kg→ Thể tích CO2 bay ra là 12,62: 1,832 = 6,89 m3 Lượng CO2 cần bão hoà thêm để đạt 3,5g/l bia sau bão hoà là: 3,5 x 620,12 - 2 x 623,24 = 923,94 g = 0,93 kg Thể tích CO2 cần bão hoà thêm (ở 20oC) là: 0,93: 1,832 = 0,51 m3 10 B. TÍNH NGƯỢC- Cho 100 l bia hơi, nồng độ dịch đường: 10S 1. Tính lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn *Quá trình chiết bia tổn thất 1,5% Lượng bia đã bão hoà CO2 là: 100 : (1-0,015) = 100: 0,985 = 101,52 l * Quá trình sục CO2 tổn thất 0,5-1% Lượng bia sau khi lọc là: 101,52 : (1-0,005) = 101,52: 0,995 = 102,03 l * Quá trình lọc bia tổn hao 1-2% Lượng bia trước khi lọc là: 102,03 : (1-0,01) = 102,03 : 0,99 = 103,06 l * Quá trình lên men chính và phụ trong 1 thùng tổn hao 2-4% Lượng dịch đường đưa vào lên men là: 103,06 : (1-0,04) = 103,06 : 0,96 = 107,36 l * Quá trình lắng trong và lạnh nhanh tổn hao chung 1-3% Lượng dịch đường đưa vào làm lạnh là: 107,36 : (1-0,03) = 107,36 : 0,97 = 110,68 l * Khi làm lạnh thể tích dịch đường co 4-8% Thể tích dịch đường ở 100oC trước khi lắng & làm lạnh là: 110,68 : (1-0,04) = 110,68 : 0,96 = 115,29 l * Dịch đường 10% ở 20oC có khối lượng riêng d=1,039 kg/l Khối lượng dịch đường sau quá trình đun hoa (ở 20oC) là: 110,68 x 1,039 = 115 kg * Lượng chất chiết có trong dịch đường 10% đó là: 115 x 0,1 = 11,5 kg * Quá trình nấu, lọc tổn hao chất chiết 1,5% Lượng chất chiết cần thiết là: 11,5:(1-0,015) = 11,5:0,985 = 11,675 kg 2. Tính nguyên liệu Gọi lượng malt cần dùng là M, lượng chất chiết thu được từ M kg malt là: M x 0,995 x 0,93 x 0,76 = 0,703M Lượng gạo cần dùng là M x 0,3/0,7, lượng chất chiết thu được từ gạo là Mx 0,3/0,7 x 0,995 x 0,87 x 0,85 = 0, 315 M Tổng lượng chất chiết là 0,703M + 0,315 M = 1,018M Lượng malt cần dùng là : M = 11,675/ (0,703+0,315) = 11,47kg Lượng gạo cần dùng là : 11,47 x 0,3/0,7 = 4,92 kg ; Đối với các phần tính còn lại tương tự như tính xuôi 11 BẢNG TỔNG HỢP CÂN BẰNG SẢN PHẨM Hạng mục Đơn vị Cho 100 kg nguyên liệu Cho 100 l bia Nguyên liệu chính Malt Gạo kg kg kg 100 70 30 16, 5 11,47 4,92 Các nguyên liệu khác Chế phẩm enzym (Termamyl 120L) Hoa houblon Axit Men giống nuôi cấy Men sữa g kg l l 29,85 1,15 65,58 6,56 4,90 0,195 10,75 1,08 Sản phẩm trung gian Dịch sau đường hóa Dịch nóng (sau đun hoa) Dịch lạnh (dịch lên men) Bia non Bia đã lọc l l l l l 563,66 703,08 655,76 629,53 623,24 92,38 115,22 107,44 103,17 102,14 Bia thành phẩm Bia bock Bia chai l l 610,82 595,32 100 97,56 Sản phẩm phụ, phế liệu Bã malt và gạo Bã hoa Cặn lắng Sữa men (thức ăn cho gia súc) CO2 thoát ra CO2 cần bổ sung kg kg kg l m3 m3 97,15 1,77 1,75 5,29 18,03 0,51 15,93 0,30 0,29 0,88 3,00 0,083 Lượng nước công nghệ Nước dùng cho nấu Nước rửa bã l l 497,5 306,84 81,54 50,35 12 PHẦN IV- Tính và chọn một số thiết bị PHÂN XƯỞNG NẤU Theo kế hoạch sản xuất của nhà máy mà dựa vào tính cân bằng sản phẩm trên cơ sở tháng sản xuất cao nhất của năm để tính khối lượng nguyên liệu cần dùng để có thể chọn được thiết bị thích hợp cho từng khâu. Như vậy theo kế hoạch thì tháng sản xuất cao nhất là 1.000.000 lít. Mỗi tháng sản xuất 25 ngày, vậy mỗi ngày sản xuất 1.000.000/25 = 40.000 lít. Mỗi ngày nấu 4 mẻ, do đó mỗi mẻ sản xuất được 40.000/4 = 10.000 lít. Lượng nguyên liệu dùng cho sản xuất bia 1 mẻ là: Lượng malt : 1147 kg Lượng gạo : 492 kg Lượng hoa houblon: 19,5 kg. Lượng nước rửa bã: 5035 lít. Lượng nước dùng cho nấu đường hoá, rửa bã: 13.189 lít. Lượng men giống: 1075 lít. 1. Cân nguyên liệu Lượng malt sản xuất trong ngày cao nhất là: 1147× 4 = 4588 (kg). Lượng gạo tương ứng là: 492 × 4 = 1968 (kg). Tổng lượng nguyên liệu là: 4588 + 1968 = 6556 (kg). Nguyên liệu được cân từng mẻ, từng loại riêng biệt nên ta chọn cân cho toàn bộ dây chuyền. Năng suất của cân mã lớn nhất là 500 ± 0,5 kg. 2. Máy nghiền malt: Nếu nghiền ẩm thì tính năng suất cho từng mẻ, còn nghiền khô thi cho mỗi ngày. Lượng malt tối đa cho một ngày sản xuất là 4588 kg. Thời gian làm việc của máy là 4h/1ca, ngày làm việc 2 ca. Thời gian nghiền mỗi mẻ là 2 giờ. Hệ số sử dụng máy là 0,7. Vậy lượng malt cần nghiền trong 1 giờ là: 4588/(2 × 4 × 0,7) = 819,29 kg/h. Chọn máy nghiền 2 đôi trục nhãn hiệu COKAM sản xuất tại Cộng Hoà Liên Bang Đức có các đặc điểm sau: Năng suất 1000 kg/h. Kích thước trục ngoài: Φ250 x 800 mm Kích thước máy: 3800 x 1500 x 2000 mm Số lượng máy: 1 chiếc. 13 3. Máy nghiền gạo: Lượng gạo tối đa cho một ngày sản xuất là 1968 kg. Thời gian làm việc của máy là 4h/1ca, ngày làm việc 2 ca. Mỗi ca sản xuất 2 mẻ. Hệ số sử dụng máy là 0,7.Vậy lượng gạo cần nghiền trong 1 giờ là: 1968 /(2 × 4 × 0,7) = 351,4 kg/h. Chọn máy nghiền búa ký hiệu MM-03 của Nga có đặc điểm sau: - Năng suất 500 kg/h. - Kích thước buồng nghiền: + Đường kính: 300 mm. + Chiều rộng: 185 mm. - Vận tốc vòng búa: 47 m/s. - Số búa: 72. - Kích thước máy: 1100 x 1100 x 1100 (mm). - Công suất động cơ: 5,4 kW. - Kích thước lỗ sàng: Φ2,5 mm. - Số lượng máy: 1 chiếc. 4. Chọn hệ thống vận chuyển nguyên liệu Tổng lượng nguyên liệu cần vận chuyển trong 1 ngày là: 6556 kg. Gầu tải mỗi ngày làm việc 4 mẻ, mỗi mẻ làm việc 1 giờ. Hệ số sử dụng của thiết bị là 0.7. Lượng malt dùng trong 1 ngày lớn hơn nhiều so với lượng gạo nên ta tính năng suất gầu tải theo lượng malt cần vận chuyển. Vậy năng suất của gầu tải tính theo từng mẻ là: 1156/0,7 = 1652 kg/h Do đó ta chọn gầu tải: Năng suất 1800-2000 kg/h; Số lượng 1 chiếc; Công suất động cơ: 0,5kW Kích thước: 1000x800x300 (mm) 5. Chọn nồi hồ hoá: Lượng gạo sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là: 492 kg, khi nghiền tổn thất là: 0,5%. Vậy lượng gạo còn lại trong nồi nấu là: 492 × 0,995 = 489,54 (kg). Lượng malt lót cho vào là: 10% so với gạo. Vậy lượng malt lót cho vào nồi là: 492 × 0,1 = 49,2 (kg). Lượng nước cho vào nồi hồ hoá so với nguyên liệu theo tỷ lệ 5:1. Vậy lượng nước cho vào nồi hồ hoá là: (489,54+ 49,2) × 5 = 2693,7 (kg). Khối lượng hỗn hợp cho vào nồi hồ hoá là: 489,54 + 49,2 + 2693,7 = 3232,44 (kg). Khối lượng riêng của hỗn hợp bột gạo và nước là d = 1,08 kg/lít. Vậy thể tích của hỗn hợp bột gạo và nước là: 3232,44 / 1,08 = 2993 (lít). Hệ số sử dụng nồi là 75%. Vậy thể tích thực của nồi Vt là: Vt = 2993 / 0,75 = 3990,7 (lít) = 3,99 m3. 14 Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn nồi hồ hoá là thiết bị hai vỏ, thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H, đáy và nắp hình chỏm cầu có chiều cao h1, h2. Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ. H = 0,6D, h1 = 0,2D, h2 = 0,15D. Thể tích của nồi được tính theo công thức sau: Vt = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh. Vt = H D 4 2π + 6 1hπ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ 2 2 1 2 3 Dh + 6 2hπ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ 2 2 2 2 3 Dh Vt = 0,613 D3 = 3,99 m3 → D = 1,87 m. Chọn D = 2000 mm. Vậy nồi hồ hoá có kích thước sau: D = 2000 mm, H = 1200 mm, h1 = 400 mm, h2 = 300 mm, Bề dày δ = 5 mm. Phần vỏ dày 50 mm. Vậy đường kính ngoài của nồi là: 2000 + 50 × 2 = 2100 mm. Gọi H1 là chiều cao phần hai vỏ: H1 = 0,8H = 0,8 × 1200 = 960 mm. Vậy thể tích thực của nồi hồ hóa chọn như trên là: Vhồ hóa = 0,613D3 = 0,613×23 = 4,904 m3 Thông thường, cánh khuấy có đường kính khoảng 0,7-0,8D (trong ví dụ này có thể chọn đường kính cánh khuấy tương đương 0,7D là 1400mm), số vòng quay là 30 vòng/phút, động cơ cánh khuấy là 8 Kw. Diện tích bề mặt truyền nhiệt lấy bằng 0,5 m2/ m3 dịch. Vậy ta có diện tích truyền nhiệt là: F = 3,023 x 0,5 = 1,512 m2. 6. Chọn nồi đường hoá: Lượng dịch cháo bơm sang nồi đường hoá là: 3232,44 kg. Lượng malt sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là: 1147 kg. Lượng malt lót là 10% so với gạo là 49,2 kg. Khi nghiền tổn thất là: 0,5%. Vậy lượng malt cho vào nồi đường hoá là: 1147 × 0,995 – 49,2 = 1092,07(kg). Lượng nước cho vào nồi đường hoá so với nguyên liệu theo tỷ lệ 5:1. Vậy lượng nước cho vào nồi đường hoá là: 1092,07 × 5 = 5460,4 (kg). D H h2 2 1h1 15 Khối lượng hỗn hợp cho vào đường hoá là: 5460,4 + 1092,07 + 3232,44 = 9784,9 (kg). Khối lượng riêng của hỗn hợp là d = 1,08 kg/lít. Vậy thể tích của hỗn hợp là: 9784,9/1,08 = 9060,1 lít = 9,06 m3 Hệ số sử dụng nồi là 80%. Vậy thể tích thực của nồi là: Vt = 9060.1/ 0,8 = 11325,13 (lít) = 11,33 m3. Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn nồi đường hoá là thiết bị hai vỏ, thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H, đáy và nắp hình chỏm cầu có chiều cao h1, h2. Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ. H = 0,6D, h1 = 0,2D, h2 = 0,15D. Thể tích của nồi được tính theo công thức sau: Vt = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh. Vt = H D 4 2π + 6 1hπ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ 2 2 1 2 3 Dh + 6 2hπ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ 2 2 2 2 3 Dh Vt = 0,613 D3 = 11,33 m3 → D = 2,64 m. Chọn D = 2700 mm. Vậy nồi đường hoá có kích thước sau: D = 2700 mm, H = 1620 mm, h1 = 540 mm, h2 = 405 mm, bề dày δ = 5 mm. Phần vỏ dày 50 mm. Vậy đường kính ngoài của nồi là: 2700 + 50 × 2 = 2800 mm. Gọi H1 là chiều cao phần hai vỏ: H1 = 0,8H = 0,8 × 1620 = 1296mm. Vậy thể tích thực của nồi đường hóa chọn như trên là: Vđường hóa = 0,613D3 = 0,613×(2,7)3 = 12,07 m3 Thông thường, cánh khuấy có đường kính khoảng 0,7-0,8D (trong ví dụ này có thể chọn đường kính cánh khuấy tương đương 0,8D là 2160mm), số vòng quay là 30 vòng/phút, động cơ cánh khuấy là 9,5 Kw. Diện tích bề mặt truyền nhiệt lấy bằng 0,5 m2/ m3 dịch. Vậy diện tích truyền nhiệt là: F = 9,06 x 0,5 = 4,53 m2. D H h2 2 1h1 16 7 Tính và chọn thiết bị lọc Thể tích bã thu được tùy thuộc vào nguyên liệu sử dụng (tỷ lệ malt/nguyên liệu thay thế) và loại thiết bị lọc. Khi dùng thùng lọc thì bã sẽ chứa nhiều nước (W = 80÷85%) hơn so với khi dùng thiết bị lọc khung bản (W = 80%). Khối lượng bã tạo thành là: 97,15 × (1147 + 492) /100 hay 15,93 × 100 = 1593 kg a. Thùng lọc Khi dùng thùng lọc thì 1 kg bã (W = 80÷85%) sẽ chiếm thể tích 1,25 ÷ 1,35 lít (chọn 1,35 lít). Vậy thể tích lượng bã cần lọc Vbã sẽ là: Vbã = 1593 × 1,35 = 2150,55 lít = 2,15 m3 Muốn quá trình lọc xảy ra bình thường thì chiều cao của nước bã (h) phải vào khoảng 0,3÷0,5 m. Chọn h = 0,4 m. Diện tích đáy thùng lọc sẽ là: S = 2,15/ 0,4 = 5,4 m2. Vậy đường kính của thùng lọc là: S = π.D2/ 4. D = π S4 = 14,3 4,54× = 2,62 m → Chọn D = 2700 mm. Biết lượng dịch đường hoá của một mẻ nấu (theo tính toán các sản phẩm trung gian) là: 92,38 × 100 hay 563,66 × (1147 + 492)/100 = 9238 lít = 9,2 m3. Chiều cao lớp dịch trong thùng là: H = 9,2/ 5,4 = 1,70 m. Hệ số đổ đầy của thùng chỉ bằng 70%. Do đó chiều cao thực phần trụ của thùng kể cả khoảng cách giữa đáy và sàng lọc ( thường là 10 - 15 mm). Hthực = 1,70/ 0,7 + 0,015 = 2,44 m. Chọn Hthực = 2,5 m. Chọn thiết bị là nồi 2 vỏ, thân hình trụ, đáy bằng, bên trong có cánh khuấy với số vòng quay 6 vòng/ phút, đường kính d = 2160 mm (thông thường đường kính cánh khuấy khoảng 0,7-0,8D, trong ví dụ này chọn 0,8D), động cơ cánh khuấy 3kW. Số lượng vòi cần thiết để đưa dịch lọc ra là: z = S/1,25 = 5,4/1,25 = 4,32 → Chọn 5 vòi. Đặc tính kỹ thuật của thùng lọc: Diện tích đáy lọc S = 5,4 m2. Đường kính thùng lọc D = 2700 mm. Chiều cao phần trụ H = 2500 mm. Chiều cao lớp bã h = 400 mm. Chiều cao đỉnh h2 = 0,15D = 405 mm. Số vòi để đưa dịch lọc ra 5 vòi Thùng lọc chọn như trên có thể tích là: Vthùng lọc = 5,24 )7,2( 4 22 ×= ππ thucHD = 14,3 m3 17 b. Máy lọc khung bản Máy lọc khung bản cổ điển có khung và bản làm bằng kim loại. Kích thước khung thay đổi từ 400 x 400 x 70 (mm) đến 1600 x 1600 x 70 (mm). Số lượng khung bản có thể thay đổi từ 10 đến 60 phụ thuộc lượng bã lọc. Từ những năm 1980 trở lại đây khung bản bằng nhựa đã được sử dụng thay thế cho khung bản bằng kim loại, và số khung thường được chọn ít hơn 40 cái. Trên thực tế, kích thước và số lượng khung bản cần thiết được tính toán dựa trên năng suất lọc cần thiết của nhà máy. Máy lọc khung bản cho bã khô hơn so với thùng lọc (W=80%) và 1 kg bã sẽ chiếm thể tích 1,2 lít. Vậy với khối lượng bã tạo thành là 1593 kg, thể tích bã cần lọc sẽ là: Vbã = 1593 × 1,2 = 1911,6 lít = 1,91 m3 Thể tích dịch đường cần lọc là Vdđ = 9,2m3, lượng bã ẩm là Vbã = 1,91 m3. Thời gian lọc từ 1÷1,5 giờ (chọn 1 giờ), hệ số sử dụng của máy lọc khung bản là 0,7 Do đó năng suất lọc cần thiết của thiết bị lọc là: NS = HSt × dđV = 9,2/(1x0,7) = 13,14 m3/h Chọn máy lọc khung bản có năng suất 15m3/h, chọn khung có kích thước 1200×1200×70 (mm) Thể tích 1 khung là: Vkhung = 1,2 × 1,2 × 0,07 = 0,1008 m3 Do đó số khung cần dùng là: Vbã : Vkhung = 1,91: 0,1008 = 18,95 → cần 19 khung Số bản ít hơn số khung là 1, vậy số bản là 18 bản. 8 Tính và chọn nồi nấu hoa a- Nồi 2 vỏ Tổng lượng dịch đường đi vào nồi nấu hoa trong một mẻ là: 9,2 m3 Hệ số đổ đầy rất thấp (70%) vì khi sôi ở nhiệt độ cao dịch sẽ bị bồng lên. Vậy thể tích thực của nồi là: Vt = 9,2/ 0,7 = 13,1 m3. Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn nồi nấu hoa là thiết bị hai vỏ, thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H, đáy và nắp hình chỏm cầu có chiều cao h1, h2. Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ, có chiều dày δ = 10 mm, có đường ống thoát hơi đường kính d, bên trong có cánh khuấy. H = 0,6D, h1 = 0,2D, h2 = 0,15D. Thể tích của nồi được tính theo công thức sau: Vt = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh. .2 3 62 3 64 2 2 2 2 2 2 1 1 2 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛++ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛++= DhhDhhHDVt πππ Vt = 0,613 D3 = 13,1m3 → D = 2,78 m. Chọn D = 2800 mm. 18 Vậy nồi nấu hoa có kích thước sau: D = 2800 mm, H = 1680 mm, h1 = 560 mm, h2 = 420 mm, δ = 10 mm, d = 94 mm Phần vỏ dày 50 mm. Vậy đường kính ngoài của nồi là: 2800 + 50 × 2 = 2900 mm. Gọi H1 là chiều cao phần hai vỏ: H1 = 0,8H = 0,8 × 1680 = 1344 mm. Thể tích thực của nồi nấu hoa chọn như trên là: Vthực = 0,613D3 = 13,46 m3 Chọn cánh khuấy có các đặc tính sau: Cánh khuấy cong có đường kính d = 2240 mm (thường d = 0,7-0,8D). Tốc độ cánh khuấy: 30 vòng/phút. Công suất động cơ 9,5 kW. Diện tích bề mặt truyền nhiệt F = 0,5 m2/ m3 dịch. Vậy diện tích truyền nhiệt là: F = 9,2 x 0,5 = 4,6 m2. b- Nồi nấu hoa có thiết bị đun nóng bên trong Thể tích dịch đường trước khi đun hoa là 9,2 m3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt lấy bằng 0,8m2/m3 dịch. Diện tích truyền nhiệt là: F = 0,5 x 11,7 = 5,85 m2 Chọn ống truyền nhiệt có đường kính Φ 50; Số ống bố trí trên đường xuyên tâm của hình lục giác là 9; Số hình lục giác là 4; Chiều cao chùm ống là 1 m. Số ống được bố trí trên mặt sàng (với a là số lục giác) là: n = 3a2 + 3a + 1 = 61 ống Diện tích truyền nhiệt các ống trong: F1 = n.l.πd/4 = 2,4l (m2) Đường kính chùm ống: D = t(b-1) + 4d Trong đó: t là khoảng cách giữa 2 tâm ống, t = (1,2 ÷1,5)d; b là số ống bố trí trên đường xuyên tâm của hình lục giác → D = 1,5d (b-1) + 4d = 1,5 × 0,05 × 8 + 4 × 0,05 = 0,8 m Diện tích truyền nhiệt lớp vỏ ngoài: F2 = πDl = π × 0,8l = 2,5l (m2) Tổng diện tích truyền nhiệt ống chùm là : F = F1 + F2 = 4,9l = 5,85m2 → l = 1,2 m 9. Tính và chọn thùng lắng xoáy Lượng dịch đường đem đi làm lạnh và tách cặn của một mẻ nấu (theo tính toán các sản phẩm trung gian) là: 11.522 lít Hệ số đổ đầy là 70%. Vậy thể tích của thùng cần thiết là: V = 11522/ 0,7 = 16460 (lít) = 16,5 (m3). Chọn thùng lắng xoáy thân hình trụ, đáy có độ dốc nhỏ khoảng 2%, đường kính D, chiều cao H = 0,6-0,8D (ví dụ H = 0.8D), đỉnh hình nón có chiều cao h = 0,15-0,2D (ví dụ h=0,2D). Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ. 19 Đường bơm dịch vào nằm ở độ cao ¼ chiều cao khối dịch kể từ đáy để tạo dòng xoáy tối ưu. Thể tích của thùng được tính theo công thức: 3 322 68,0 12 6,2 4 . 3 1 4 DDhDHDV ==+= πππ = 16,5m3 → D = 2,89 m. Chọn D = 3000 mm, H = 2400 mm, h = 600 mm Thể tích thực của thùng lắng xoáy là: Vlắng xoáy = 0,68D3 = 18,36 m3. 10. Tính và chọn thùng thiết bị đun nước nóng Sau mỗi mẻ nấu ta cần vệ sinh bằng nước nóng, mỗi nồi cần lượng nước vệ sinh tương đương 2-5% thể tích thiết bị. Ở Việt Nam, các nhà máy bia thường sử dụng lượng nước nóng để vệ sinh tương đương khoảng 2% thể tích thiết bị. Ngoài ra, lượng nước nóng cần dùng trong quá trình rửa bã (theo phần tính cân bằng sản phẩm) là 5035 (lít/mẻ). Vậy lượng nước nóng cần dùng cho phân xuởng nấu là: 0,02 × (4,9 + 12,1 + 14,3 + 13,5 + 18,4) + 5,035 = 6,299 m3 Hệ số sử dụng thùng là 80%, nên chọn thùng có thể tích là: 6,299/ 0,8 = 7,874 (m3). Ta chọn nồi đun nước nóng là thiết bị đun hơi trực tiếp thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H, đáy bằng hoặc hình chỏm cầu có chiều cao h1,và nắp hình chỏm cầu có chiều cao h2.Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ, có chiều dày δ = 15 mm. H = 1,5-2,5D (ví dụ chọn H=2D), h1 = 0,1-0,2D (ví dụ chọn h1=1.2D), h2 = 0,1D. Thể tích của nồi được tính theo công thức sau: Vt = 2,985 D3 = 7,874 m3 → D = 1,382 m. Chọn D = 1500 mm. Vậy nồi đun nước nóng có kích thước sau: D = 1500 mm, H = 3000 mm, h1 = 300 mm, h2 = 150 mm, bề dày δ = 15 mm. Phần vỏ dày 50 mm. Vậy đường kính ngoài của nồi là: 1500 + 50 × 2 = 1600 mm. Thể tích thực của nồi là: Vnồi nước nóng = 2,985D3 = 10,07m3 Gọi H1 là chiều cao phần hai vỏ: H1 = 0,8H = 0,8 × 3000 = 2400 mm. Diện tích bề mặt truyền nhiệt lấy bằng 0,5 m2/ m3 dịch. Vậy diện tích truyền nhiệt là: F =7,919 x 0,5 = 3,17 m2. D H 2% . 2 3 62 3 64 2 2 2 2 2 2 1 1 2 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛++ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛++= DhhDhhHDVt πππ 20 10. Chọn thiết bị lạnh nhanh Chọn máy lạnh tấm bản 2 ngăn tuỳ theo năng suất yêu cầu. Lượng dịch sau lắng xoáy và trước làm lạnh (theo cân bằng sản phẩm) là: 10744 lít = 10,74m3 Thời gian làm lạnh nhanh là từ 1÷1,5 giờ/mẻ (chọn giờ), hệ số sử dụng của máy làm lạnh nhanh là 0,7. Năng suất cần thiết của thiết bị làm lạnh nhanh: NSlàm lạnh nhanh = HSt × lanh lamV = 10,74/(1x0,7) = 15,3 m3/h Từ đó, ta có thể chọn 1 thiết bị làm lạnh nhanh có năng suất 20 m3/h hay 2 máy mỗi máy có năng suất 10m3/h. PHÂN XƯỞNG LÊN MEN 1.Thiết bị lên men chính Cách chọn và tính ( theo “Technology Brewing and Malting”) Thể tích hữu ích của thùng lên men = Thể tích dịch lên men trong 1 mẻ = Vd (m3) Chọn thùng lên men hình trụ, đáy côn, bên ngoài có khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ. D : đường kính (m), làm bằng thép không rỉ, có trang bị hệ thống sục khí, van, nhiệt kế, kính quan sát. h1 : chiều cao phần nón (m) h2 : chiều cao phần trụ chứa dịch đường(m) h3 : chiều cao phần trụ không chứa dịch đường (m) h4 : chiều cao phần nắp (m) α : đáy côn có góc là α = 600 - 750, thường chọn α = 600 Vd = Vtrụ + Vcôn Vtrống = 20 - 30% Vd Người ta chọn h2 : D = 1 - 2:1 (tuỳ theo thể tích dịch lên men Vd ): Vd < 20 m3 : h2/D = 1-1,2 Vd < 50 m3 : h2/D = 1,2 -1,5 Vd > 50 m3 : h2/D = 1,5 -1,7 Vd > 100 m3 : h2/D = 1,7 -2,0 2 3. 2 60.. 0 1 DtgDh == = 0,866.D Phần nắp thiết bị hình chỏm cầu có chiều cao : đường kính = 0,1 - 0,2 : 1. Ta chọn h4 = 0,1D. Chiều cao thùng lên men: H = h1 + h2 + h3 + h4. D h4 h3 h1 H h2 α 21 Ví dụ : Thể tích dịch lên men trong 1 mẻ: Vd = 10,74m3. Từ đó: h2 = 1,2D; h1 = 0,866D Vd = 4 . 2Dπ h2 + 3 1 4 . 2Dπ h1 = 4 . 3Dπ 1,489 = 1,168D3 = 10,74 m3→ D = 2,10 (m) → h1 = 0,866.D = 1,82 (m); h2 = 1,2.D = 2,52 (m); h4 = 0,1D = 0,21 (m) Ngoài ra, phần đỉnh thiết bị (hình trụ) có thể tích bằng 25% thể tích hữu ích Vtrống = 0,25 x Vd = 0,25Vd = 2,71 (m3) Chiều cao phần đỉnh: h3 = 4 . 2D Vtrong π = 0,781 (m) Thể tích thực của thùng lên men : V = Vd + Vtrống =