Đề tài Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/ năm

679,998.103 1360.103 2 Gạo kg 4,66 970,83 3,88.103 97,08.103 291,24.103 582,48.103 3 Hoa viên kg 0,023 4,79 19,16 479 1437 2874 4 Cao hoa kg 0,0054 1,125 4,5 112,5 337,5 675 5 Nước cho vào nồi hồ hoá lít 17,12 3566,66 14,26.103 356,5.103 1069,5.103 2139.103 6 Nước cho vào nồi đường hoá lít 47,88 9975 39,9.103 997,5.103 2992,5.103 5985.103 7 Nước rửa bã lít 56,51 11772,73 47,09.103 1177.103 3532.103 7064.103 8 Bột trợ lọc kg 0,073 15,2 60,8 1520 4560 9120 9 Bã (malt + gạo) ẩm kg 15,55 3239,58 12,96.103 324.103 972.103 1944.103 10 Bã hoa kg 0,092 19,16 76,64 1916 5748 11496 11 Cặn lắng kg 1,36 283,33 1133,32 28333 84999 169998 12 Sữa men lít 1,53 281,25 1125 28125 84375 168750 13 CO2 thoát ra m3 1,039 216,45 865,8 21645 64935 129,87 14 Termamyl 120L kg 0,0047 0,979 3,916 979 2937 5874 15 Men giống lít 10,57 2202 8808 220200 660600 1321,2.103 16 Men sữa lít 1,057 220,2 880,8 22020 66060 132,12.103 17 Dịch đường đưa vào lắng trong lít 107,33 22,36.103 89,44.103 2236.103 6708.103 13416.103 18 Dịch trước lên men lít 105,72 22,02.103 88,08.103 2202.103 6606.103 13212.103 19 Bia trước lọc lít 102,55 21,36.103 85,44.103 2136.103 6408.103 12816.103 20 Bia sau khi lọc lít 101,52 21,149.103 84,596.103 2114,9.103 6344,7.103 12689,4.103 21 Bia đã bão hoà CO2 lít 101,01 21,04.103 84,16.103 2104.103 6312.103 12624.103 Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm bia chai Stt Danh mục Đơn vị 100 lít 1 mẻ 20833,33 1 ngày 83333,33 1 tháng 2083333 1 quý 6249999 1 năm 1250000 lít 1 Malt kg 13,85 2885,4 11,54.103 288,75.103 866,25.103 1732,5.103 2 Gạo kg 5,94 1237,4 4949,6 123,74.103 371,22.103 742,44.103 3 Hoa viên kg 0,027 5,624 22,496 562,4 1687,2 3374,4 4 Cao hoa kg 0,0065 1,354 5,416 135,4 406,2 812,4 5 Nước cho vào nồi hồ hoá lít 21,81 4543,75 18,175.103 454,37.103 1363,1.103 2726.103 6 Nước cho vào nồi đường hoá lít 60,93 12581 50,32.103 1258.103 3774.103 7548.103 7 Nước rửa bã lít 40,81 8502 34.103 850.103 2550.103 5100.103 8 Bột trợ lọc kg 0,073 15,21 60,84 1521 4563 9126 9 (Bã malt + gạo) ẩm kg 19,8 4124,9 16,5.103 412,5.103 1237,5.103 2475.103 10 Bã hoa kg 0,108 22,49 89,96 2249 6747 13494 11 Cặn lắng kg 1,73 360,4 1,44.103 36.103 108.103 216.103 12 Sữa men lít 1,53 318,7 1,27.103 31,75.103 95,25.103 190,5.103 13 CO2 thoát ra m3 1,294 269,6 1,08.103 27.103 81.103 162.103 14 Termamyl 120L kg 0,0059 1,23 4,92 123 369 738 15 Men giống lít 10,68 2224,9 8899,6 222,49.103 667,47.103 1345.103 16 Men sữa lít 1,068 222,49 889,96 22,249.103 66,747.103 134,5.103 17 Dịch đường đưa vào lắng trong lít 108,42 22587,1 90,34.103 2258,5.103 6775,5.103 13551,103 18 Dịch trước lên men lít 106,79 22247,9 88,99.103 2224,7.103 6674,1.103 13348,2.103 19 Bia trước lọc lít 103,59 21580,9 86,32.103 2158.103 6474.103 12948.103 20 Bia sau khi lọc lít 102,55 21364,2 85,46.103 2136,5.103 6409,5.103 12819.03 21 Bia đã bão hoà CO2 lít 102,04 21332,9 85,33.103 2132,5.103 6397,5.103 12795.103 PHẦN IV: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ * Những cơ sở để tính toán: Việc tính toán và chọn thiết bị trong quá trình sản xuất phải đảm bảo nguyên tắc là đáp ứng được yêu cầu về năng suất của nhà máy cũng như về kinh tế. Các máy móc đáp ứng được năng suất đặt ra, tức là thiết bị phải được tính toán theo lượng nguyên liệu nhiều nhất của một mẻ nấu. Do đó ta tính thiết bị dựa vào lượng nguyên liệu sử dụng để sản xuất bia chai 12oBx Một ngày nhà máy nấu 4 mẻ nên năng suất của 1 mẻ nấu: 83333,33 : 4 = 20833,33 lít Mỗi tháng sản xuất 25 ngày nên năng suất của 1 tháng còn các ngày khác là các ngày lễ,tết: 8333,33 x 25 = 2083333lit. Lượng nguyên liệu dùng cho sản xuất 1 mẻ nấu: + Malt: 2885,4kg + Gạo: 1237,4 kg + Hoa houblon: Hoa viên: 5,624 kg Hoa cao: 1,354 kg + Lượng nước cho vào nồi hồ hóa: 4543,75 lit + Lượng nước cho vào nồi đường hóa: 12581 lit + Lượng nước rửa bã: 8602 lit IV.1. Tính thiết bị trong phân xưởng nấu. IV.1.1. Cân nguyên liệu. Lượng nguyên liệu dùng để sản xuất trong 1 ngày: + Malt: 11541,6 kg + Gạo: 4949,6 kg Tổng lượng nguyên liệu: = 16491,2 kg Nguyên liệu được cân theo từng mẻ, từng loại riêng biệt nên ta chọn cân cho toàn bộ dây chuyền. Trong thực tế, malt và gạo được đóng sẵn trong các bao tải 50 kg. Do đó, khi sử dụng nguyên liệu ta có thể tính theo đầu bao và chọn mã cân lớn nhất là 1000 kg với sai số ± 0,5 kg. Đối với hoa houblon ta sử dụng loại cân đồng hồ có mã cân là 10 kg và 1 kg. Trong thực tế thì cao hoa được đóng trong các hộp sắt tây với trọng lượng 1 kg, còn hoa viên được đóng trong các túi nhôm với trọng lượng 5 kg. + Cân malt lót: Là loại cân bàn điện tử Model IP67 có mã cân 100kg do công ty Đồng Nhân nhập khẩu từ hãng Excell của Mỹ sản suất với các đặc tính: Màn hình hiển thị LCD với LED phát sáng, tự động trừ bì, nguồn sạc DC9V. + Cân malt: Là loại cân điện tử dạng treo Model O-C-S2A có mã cân 1000kg do công ty Đồng Nhân nhập khẩu từ hãng Excell của Mỹ sản suất, được lắp đặt đồng bộ với máy nghiền malt ở vị trí thùng tạm chứa malt với các đặc tính: Độ chia 1kg, thời gian ổn định cân 10giây, khả năng tải an toàn 125% khả năng cân tối đa, có chức năng điều khiển từ xa, hiển thị số trên màn hình LCD và truyền tín hiệu đi xa(về trung tâm điều khiển hệ thống nghiền). + Cân gạo: Là loại cân điện tử giống với cân malt. + Đối với hoa houblon ta sử dụng loại cân điện tử Model IP67 có mã cân 5kg do công ty Đồng Nhân nhập khẩu từ hãng Excell của Mỹ sản suất với các đặc tính: Màn hình hiển thị LCD với LED phát sáng, tự động trừ bì, nguồn sạc DC9V, độ chia 2g. Trong thực tế thì cao hoa được đóng trong các hộp sắt tây với trọng lượng 1 kg, còn hoa viên được đóng trong các túi nhôm với trọng lượng 5 kg. IV.1.2. Máy nghiền malt. Lượng malt cao nhất trong 1 ngày sản xuất: 11541,6 kg thời gian nghiền mỗi mẻ mất 1 giờ. Máy nghiền làm việc mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 5 giờ. Hệ số sử dụng của máy là 0,7. Năng suất yêu cầu của máy nghiền: 11541,6 : (2x 5 x0,7)= 1648,8 kg/h. Nhà máy có kế hoạch nâng cao năng suất lên 50 triệu lít bia/năm.Vì thế ta chọn máy nghiền năng suất 5000 kg/h Vậy ta chọn 1 máy nghiền STEINECKER VARIOMIL do Đức sản xuất với các đặc tính: STT Cấu kiện Công suất/ Thể tích 1 Phễu chứa malt chưa nghiền số1(có gắn cân) 3m3 2 Phễu chứa malt chưa nghiền số2 11m3 3 Bơm malt 80m3/h 4 Xylo thu bụi 0,5m3 5 Quạt hút bụi 1,5 kW 6 Công suất định mức 9 kW 7 2 quả lô có sẻ rãnh D=350mm 8 Kích thước máy 1500×1500×1650mm IV.1.3. Máy nghiền gạo. Lượng gạo tối đa cho 1 ngày sản xuất: 4949,6 kg. Máy nghiền làm việc mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 5 giờ. Hệ số sử dụng của máy là 0,7. Năng suất yêu cầu của máy nghiền: 4949,6 : (2x 5 x 0,7)= 707,08 kg/h. Nhà máy có kế hoạch nâng cao năng suất lên 50 triệu lít bia/năm.Vì thế ta chọn máy nghiền năng suất 2000 kg/h Ta chọn máy nghiền gạo kiểu trục trên có cánh khía. Vậy ta chọn máy nghiền steinecker của Đức với các thông số công nghệ như sau: STT Cấu kiện Công suất/ Thể tích 1 Phễu chứa gạo chưa nghiền số1(có gắn cân) 2,4m3 2 Phễu chứa gạo chưa nghiền số2 2,4m3 3 Xylo thu bụi 0,3m3 4 Quạt hút bụi 1,5 kW 5 Công suất định mức 22 kW 6 Số búa nghiền 8 7 Kích thước máy 1100×1000×1500mm IV.1.4. Hệ thống vận chuyển nguyên liệu. Trong nhà máy ta sử dụng gầu tải để vận chuyển nguyên liệu lên cao theo phương thẳng đứng hoặc phương nghiêng. Mỗi ngày gầu tải làm việc 5 mẻ, mỗi mẻ vận chuyển mất 0,5 giờ. Lượng malt sử dụng trong 1 ngày lớn hơn nhiều so với lượng gạo nên ta tính năng suất gầu tải theo lượng malt cần vận chuyển. Lượng bột malt cần vận chuyển trong 1 mẻ nấu: M = 2885,4 x 0,999 = 2882,5 kg. Năng suất của gầu tải được tính theo mẻ: NS = M : (T x 0,7). T: Thời gian vận chuyển của 1 mẻ, T = 0,5 giờ. 0,7: Hệ số sử dụng của gầu tải. Vậy: NS = 2882,5 : (0,5 x 0,7) = 8235,7 kg/giờ. Công suất động cơ: 1,5 kW. IV.1.5. Tính chọn nồi hồ hóa. a. Tính thể tích. Lượng gạo sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là 1237,4 kg. Khi nghiền tổn thất 0,1%. Vậy lượng gạo còn lại trong nồi nấu: 1237,4 x 0,999 = 1236,16kg. Lượng malt lót sử dụng trong quá trình hồ hóa là 5% so với lượng gạo. Vậy lượng malt lót: 1236,16 x 0,05 = 61,808 kg. Tỷ lệ nguyên liệu : nước = 1 : 3,5. Tổng khối lượng dịch trong nồi hồ hoá: (1236,16+ 61,808) x 4,5= 5841 kg. Khối lượng riêng của dịch bột: d = 1,08 kg/lít (theo tài liệu hướng dẫn tính cân bằng sản phẩm và thiết bị chính trong nhà máy bia). Vậy thể tích của hỗn hợp bột gạo và nước: V = 5841: 1,08 = 5408,33 lít. Hệ số sử dụng nồi hồ hóa là 75% nên thể tích nồi hồ hóa cần: V = 5408,33: 0,75 = 7211,1 lit = 7,21 m3. chọn 10 m3 Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn nồi hồ hóa là thiết bị 2 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. Thể tích phần nồi sử dụng chứa nguyên liệu khi nấu: V = Vtrụ + Vđáy V = Chọn: Bán kính của đỉnh cầu: r = 0,5D. Chiều cao phần trụ: H = 0,6D. Chiều cao phần đáy: h1 = 0,1D. Chiều cao phần đỉnh: h2 = 0,15D. Thay vào biểu thức trên ta có: V = 0,51D3 = 10 m3. => D = 2,69 m. Chọn D = 2,7 m. Vậy: H = 1,62 m; h1 = 0,27 m; h2 = 0,405 m; r = 1,35 m. Ta có chiều cao tổng là: Ht = 1,62 + 0,27 + 0,405 =2,295m.Chọn 2,3 m Khoảng cách giữa 2 lớp vỏ là 0,1m. Vậy đường kính ngoài của nồi nấu cháo: Dn = 2,7 + 0,1 x 2 = 2,9 m. Cánh khuấy của nồi được lắp phía dưới. Loại cánh khuấy này làm tăng hiệu quả khuấy trộn, giảm tiêu hao điện năng do trở lực của lớp chất lỏng giảm, giải phóng được không gian phía trên của nồi để công nhân tiện thao tác. Tuy nhiên, yêu cầu cần có gioăng đệm thật khít để tránh rò rỉ dịch ra ngoài. Đường kính cánh khuấy chọn: Dck = 0,8D = 0,8 x 2,7= 2,16 m. b. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt. Diện tích bề mặt truyền nhiệt được tính theo công thức: F = (m2) Q: Lượng nhiệt truyền qua bề mặt đốt nóng (kcal/h). K: Hệ số dẫn nhiệt (kcal/m2 h.oC). t: Nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ hơi nóng và nhiệt độ khối dịch cần đun nóng (oC). Tính Q: Q = Qhh : T (kcal/h) Trong đó: Qhh = Q1 + Q2 (kcal). Q1: Nhiệt lượng cần thiết ở chế độ tỏa nhiệt lớn nhất, (kcal). Q2: Nhiệt lượng cần thiết để duy trì nhiệt độ của khối dịch, (kcal). T : Thời gian cấp nhiệt (h). Với nồi hồ hóa thì chu kỳ cần nhiệt lớn nhất được xác định là thời gian đun khối dịch từ 72oC lên 100oC trong khoảng thời gian là 15 phút. Q1 = G.C.(t2 – t1) Trong đó : Q1 :Lượng nhiệt cần cung cấp cho khối dịch nâng khối cháo từ 720C đến 1000C G : Khối lượng một mẻ nấu (kg). C : Nhiệt dung riêng của khối dịch (kcal/kg.oC). t1 = 72oC, t2 = 100oC. Nhiệt dung riêng của khối dịch được tính theo công thức : C = x C1 + x C2 Trong đó : C1 : Nhiệt dung riêng của chất hòa tan, C1 = 0,34 kcal/kg.oC C2 : Nhiệt dung riêng của nước C2 = 1 kcal/kg.oC W : Hàm ẩm của dịch (%). Lượng chất khô có trong nồi hồ hóa: w gạo là 13%. w của malt là 4% 1236,16 x 0,87 + 61,8x 0,94= 1133,55kg. Vậy: W = (5841 – 1133,55) : 5841 = 80,5% Từ đó ta tính được C: C = (100- 80,5) /100x 0,34 + 80,5/100 x 1 = 0,87 kcal/kg.oC Q1 = G.C.(t2 – t1) = 5841 x 0,87 x (100 – 72) = 142286,76 kcal * Nhiệt lượng cần để duy trì nhiệt độ của khối dịch: Q2 = i x W2 , kcal. Trong đó: i: Nhiệt hàm của hơi nước, i = 540 kcal/kg. W2: Lượng nước bay hơi trong quá trình hồ hóa. Quá trình hồ hóa bay hơi 2% lượng nước nên: W2 = G x 2% = 5841 x 0,02 = 116,82 kg. Vậy: Q2 = 540 x 116,82 = 63082,8kcal. è Lượng nhiệt cần cung cấp cho nồi hồ hoá trong giai đoạn này: Q = Q1 + Q2 = 142286,76+ 63082,8= 205369,56 kcal. * Tổn thất nhiệt cho nồi hồ hoá: Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2% Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1% è Tổng tổn thất = 2 + 2 + 1 = 5% Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho nồi hồ hóa trong giai đoạn này: Qhh = Q : (100% – 5%) = 205369,56 : 0,95 = 216178,48 kcal. Với nồi hồ hóa thì chu kỳ cần nhiệt lớn nhất được xác định là thời gian đun khối dịch từ 72oC lên 100oC trong khoảng thời gian là 15 phút.Vậy lượng nhiệt của nồi hồ hoá cần là: Q = (216178,48/15) x 60 = 864713,92 kcal/h. Tính K : Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức: K = Với áp suất hơi sử dụng ở đây là P = 3,5 kg/cm2 : Là hệ số cấp nhiệt từ hơi nóng đến thành nồi (kcal/m2.h.oC) Chọn: = 6000 (kcal/m2.h.oC) : Hệ số cấp nhiệt từ thành nồi vào dịch (kcal/m2.h.oC) = 2000 = 2000 = 3741,66 (kcal/m2.h.oC) : Hệ số dẫn nhiệt của thành nồi. Thành nồi làm bằng thép không gỉ: = 300 (kcal/m.h.0C) s : Chiều dầy thiết bị, s = 4.10-3m Vậy : K = = 2235,83 (kcal/m2.h.oC) Tính t : t = Ở áp suất P = 3,5 kg/cm2, nhiệt độ của hơi: th = 137,9oC. : Hiệu số lớn nhất giữa nhiệt độ của hơi nóng và nhiệt độ của khối dịch: = 137,9 – 72 = 65,9oC : Hiệu số nhỏ nhất giữa nhiệt độ của hơi nóng và nhiệt độ của khối dịch: = 137,9 – 100 = 37,9oC Vậy : t = = 50,7oC Diện tích truyền nhiệt của thiết bị: F = = 877352/ 2235,83 x 50,7= 7,74 m2. Chọn hệ số an toàn là 1,2 Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt: Ftn = 7,74 x 1,2 = 9,228 m2.chọn 9,3 m2 Chọn nồi được chế tạo theo kiểu hàn bằng thép không gỉ, các mối hàn bên trong phải được mài phẳng và đánh bóng đảm bảo kỹ thuật sức bền và thẩm mỹ. Thân trụ, đáy côn, đỉnh cầu, bộ phận gia nhiệt đáy có dạng vỏ kép. Phần thân hình trụ và đáy được bảo ôn bằng bông thủy tinh chất lượng cao, dày 100 mm. Phía bên ngoài được bảo vệ bằng lớp tôn inox trắng. Nồi có hệ thống cánh khuấy đặt ở phía dưới đáy.Ta chọn thiết bị của hãng Eresson.Công suất định mức là: 4,4kw Các thông số cơ bản đã được quy chuẩn của nồi đường hóa: Thông số Số lượng Kích thước Thể tích nồi (m3) 10 Thể tích hữu ích của nồi (m3) 6 Đường kính trong D (mm) 2700 Đường kính ngoài Dn (mm) 2900 Chiều cao thân trụ: H (mm) 1620 Chiều cao phần đáy: h1 (mm) 270 Chiều cao phần đỉnh: h2 (mm) 480 Đường kính ống hơi (mm) 1 350 Đường kính cửa quan sát (mm) 1 450 Đường kính ống thoát nước ngưng (mm) 1 50 Tổng khoảng cách giữa 2 lớp vỏ (mm) 200 Đường kính cánh khuấy: Dck (mm) 1 2160 Tốc độ cánh khuấy , có biến tần(vòng/phút) 30- 50 Công suât động cơ cánh khuấy (kW) 1 4,4 Bơm dịch (m3/h) 1 21 Áp lực làm việc của áo hơi (kg/cm2) 3,5 Áp kế 1 Nhiệt kế 1 Đèn chiếu sáng (W) 1 25 Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2) 9,3 Lớp bảo ôn sợi thuỷ tinh (kg/m3) 1 24 IV.1.6. Tính chọn nồi đường hóa. a. Tính thể tích. Lượng malt sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất:2885,4 kg. Lượng malt lót sử dụng trong quá trình hồ hóa là 5% so với lượng gạo. Khi nghiền tổn thất 0,1%. Vậy lượng malt đưa vào nồi đường hóa: (2885,4– 61,808) x 0,999 = 2820,7 kg Tỷ lệ malt : nước = 1 : 4,5 Khối lượng dịch trong nồi đường hoá: 2820,7 x 5,5 = 15513,85kg. Khối lượng riêng của dịch bột: d = 1,08 kg/lít (theo tài liệu hướng dẫn tính cân bằng sản phẩm và thiết bị chính trong nhà máy bia). Vậy thể tích của dịnh malt: V = 15513,85: 1,08 = 14364,67 lít. Khi đường hóa ta cho cả lượng dịch cháo ở nồi hồ hóa sang. Thể tích dịch cháo ở nồi hồ hóa là: 6118,92 lit. Khi kết thúc quá trình hồ hóa, bay hơi 2% lượng nước. Vậy thể tích dịch thực tế đưa từ nồi hồ hóa sang nồi đường hóa: V = 6118,92x 0,98 = 5996,54lit. Tổng thể tích dịch trong nồi đường hoá: 14364,67+ 5996,54 = 20361,21 lit . Hệ số sử dụng nồi đường hóa là 0,8 nên thể tích nồi đường hóa cần: V = 20361,21 : 0,8 = 26,45 m3. chon 27m3 Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn nồi đường hóa là thiết bị 2 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. Thể tích phần nồi chứa nguyên liệu khi đường hóa: V = Vtrụ + Vđáy V = Chọn: Bán kính của đỉnh cầu: r = 0,5D. Chiều cao phần trụ: H = 0,6D. Chiều cao phần đáy: h1 = 0,1D. Chiều cao phần đỉnh: h2 = 0,15D. Thay vào biểu thức trên ta có: V = 0,51D3 = 27 m3 => D = 3,75 m. Chọn D = 3,8m. Vậy: H = 2,28 m; h1 = 0,38 m; h2 = 0,57 m; r = 1,9 m. Ta chọn chiều cao tổng là: Ht = 2,28 + 0,38 + 0,57= 3,23 m Khoảng cách giữa 2 lớp vỏ là 0,1m. Vậy đường kính ngoài của nồi đường hóa: Dn = 3,8 + 0,1 x 2 = 4 m. Cánh khuấy của nồi được lắp phía dưới. Loại cánh khuấy này làm tăng hiệu quả khuấy trộn, giảm tiêu hao điện năng do trở lực của lớp chất lỏng giảm, giải phóng được không gian phía trên của nồi để công nhân tiện thao tác. Tuy nhiên, yêu cầu cần co gioăng đệm thật khít để tránh rò rỉ dịch ra ngoài. Đường kính cánh khuấy chọn: Dck = 0,8D = 0,8 x 3,8 = 3,04 m. b. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt. Diện tích bề mặt truyền nhiệt được tính theo công thức: F = (m2) Q: Lượng nhiệt truyền qua bề mặt đốt nóng (kcal/h). K: Hệ số dẫn nhiệt (kcal/m2 h.oC). t: Nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ hơi nóng và nhiệt độ khối dịch cần đun nóng (oC). Tính Q: Q = Qdh : T (kcal/h) Trong đó: Qdh = Q1 + Q2 (kcal). Q1: Nhiệt lượng cần thiết ở chế độ tỏa nhiệt lớn nhất, (kcal). Q2: Nhiệt lượng cần thiết để duy trì nhiệt độ của khối dịch, (kcal). T : Thời gian cấp nhiệt (h). Với nồi đường hóa thì chu kỳ cần nhiệt lớn nhất được xác định là thời gian đun khối dịch từ 63oC lên 75oC trong khoảng thời gian là 12 phút.Vậy lượng nhiệt cần trong giai đoạn này là: Q1 = G.C.(t2 – t1) Trong đó : G : Khối lượng một mẻ nấu (kg). C : Nhiệt dung riêng của khối dịch (kcal/kg.oC). t1 = 63oC, t2 = 75oC. Nhiệt dung riêng của khối dịch được tính theo công thức : C = x C1 + x C2 Trong đó : C1 : Nhiệt dung riêng của chất hòa tan, C1 = 0,34 kcal/kg.oC C2 : Nhiệt dung riêng của nước C2 = 1 kcal/kg.oC W : Hàm ẩm của dịch (%). Lượng chất khô của malt cho vào nồi đường hóa: (2885,4 x 0,999 –61,87 ) x 0,96 = 2707,8kg. Tổng khối lượng chất khô của dịch trong nồi đường hóa: 2707,8x 1,08 = 2924,4kg. Vậy: W =( 20491,74 – 2924,4) : 20491,74= 85,7% Từ đó ta tính được C: C = (100-85,7) : 100 x 0,34 + 85,7 : 100x 1 = 0,9056 kcal/kg.oC Q1 = G.C.(t2 – t1) = 20491,74x 0,9056 x (75 – 63) = 222687,83kcal * Nhiệt lượng cần để duy trì nhiệt độ của khối dịch: Q2 = i x W2 , kcal. Trong đó: i: Nhiệt hàm của hơi nước, i = 540 kcal/kg. W2: Lượng nước bay hơi trong quá trình đường hóa. Quá trình đường hóa bay hơi 0,5% lượng nước nên: W2 = G x 0,5% = 20491,74 x 0,005 = 102,46 kg. Vậy: Q2 = 540 x 102,46 = 55328,4 kcal. è Lượng nhiệt cần cung cấp cho nồi đường hoá ở giai đoạn này: Q = Q1 + Q2 = 222687,83 +55328,4 = 278016,23 kcal. * Tổn thất nhiệt cho nồi đường hoá: Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2% Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1% è Tổng tổn thất = 2 + 2 + 1 = 5% Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho nồi đường hóa ở giai đoạn này: Qdh = Q : (100% – 5%) = 278016,23 : 0,95 = 292648,66 kcal. Với nồi đường hóa thì chu kỳ cần nhiệt lớn nhất được xác định là thời gian đun khối dịch từ 63oC lên 75oC trong khoảng thời gian là 12 phút. Qdh = (292648,66 : 12) x 60 = 1463243,32 kcal/h. Tính K : Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức: K = Với áp suất hơi sử dụng: P = 3,5 kg/cm2 : Là hệ số cấp nhiệt từ hơi nóng đến thành nồi (kcal/m2.h.oC) Chọn: = 6000 (kcal/m2.h.oC) -tra trong sổ tay hóa công : Hệ số cấp nhiệt từ thành nồi vào dịch (kcal/m2.h.oC) = 2000 = 2000 = 3741,66 (kcal/m2.h.oC) : Hệ số dẫn nhiệt của thành nồi. Thành nồi làm bằng thép không gỉ: = 300 (kcal/m.h.0C) s : Chiều dầy thiết bị, s = 4.10-3m Vậy : K = = 2235,83 (kcal/m2.h.oC) Tính t : t = Ở áp suất P = 3,5 kg/cm2, nhiệt độ của hơi: th = 137,92oC. : Hiệu số lớn nhất giữa nhiệt độ của hơi nóng và nhiệt độ của khối dịch: = 137,9 – 63 = 74,9oC : Hiệu số nhỏ nhất giữa nhiệt độ của hơi nóng và nhiệt độ của khối dịch: = 137,9 – 75 = 62,9oC Vậy : t = = 68,8oC Diện tích truyền nhiệt của thiết bị: F = = 1463243,32 : (2235,83 x 68,8 )= 9,5 m2. Chọn hệ số an toàn là 1,2 Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt: Ftn = 9,5x 1,2 = 11,4m2. chọn 11,4m2 Chọn nồi được chế tạo theo kiểu hàn bằng thép không gỉ, các mối hàn bên trong phải được mài phẳng và đánh bóng đảm bảo kỹ thuật sức bền và thẩm mỹ. Thân trụ, đáy côn, đỉnh cầu, bộ phận gia nhiệt đáy có dạng vỏ kép. Phần thân hình trụ và đáy được bảo ôn bằng bông thủy tinh chất lượng cao, dày 100 mm. Phía bên ngoài được bảo vệ bằng lớp tôn inox trắng. Nồi có hệ thống cánh khuấy đặt ở phía dưới đáy. Ta chọn thiết bị của hãng Eresson Các thông số cơ bản đã được quy chuẩn của nồi đường hóa: Thông số Số lượng Kích thước Thể tích nồi (m3) 27 Thể tích hữu ích của nồi (m3) 21 Đường kính trong D (mm) 3800 Đường kính ngoài Dn (mm) 4000 Chiều cao thân trụ: H (mm) 2280 Chiều cao phần đáy: h1 (mm) 380 Chiều cao phần đỉnh: h2 (mm) 570 Đường kính ống hơi (mm) 1 350 Đường kính cửa quan sát (mm) 1 450 Đường kính ống thoát nước ngưng (mm) 1 50 Tổng khoảng cách giữa 2 lớp vỏ (mm) 200 Đường kính cánh khuấy: Dck (mm) 1 3040 Tốc độ cánh khuấy , có biến tần(vòng/phút) 30- 50 Công suât động cơ cánh khuấy (kW) 1 4,4 Bơm dịch (m3/h) 1 84 Áp lực làm việc của áo hơi (kg/cm2) 3,5 Áp kế 1 Nhiệt kế 1 Đèn chiếu sáng (W) 1 25 Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2) 11,4 Lớp bảo ôn sợi thuỷ tinh (kg/m3) 1 24 IV.1.7. Tính thùng lọc đáy bằng. Để quá trình lọc xẩy ra bình thường thì chiều cao của lớp bã chỉ được phép nằm trong khoảng 0,2 0,4 m. Lượng bã malt và gạo ẩm trong một mẻ nấu là 4124,9 kg. Ta biết cứ khoảng 75 kg bã ẩm chiếm 100 lít. Vậy thể tích của khối bã: V = 4124,9:75 x 100 = 5499,8 (lít) = 5,5m3 Chọn chiều cao của bã là 0,3 m. Diện tích đáy thùng lọc: S = 5,5: 0,3 = 18,3 m2 Đường kính đáy thùng lọc tính theo công thức: D = = 4,8 m. Ta chọn khoảng cách giữa 2 lớp vỏ là: 0,2 m.Vậy đường kính ngoài của thiết bị là: Dn = 4,8 + 0,4 = 5,2 m Quá trình đường hóa tổn thất 1,75% lượng dịch. Vậy thể tích dịch đường sau khi đường hóa: Vdh = 20491,74 x 0,915 = 18749,94kg = 18,8m3 Chiều cao của khối dịch trong thùng: Hd = = 18,8 : 18,3= 1,027 m Hệ số sử dụng của thùng là 0,7 nên thể tích thực của thùng: V = 18,8 : 0,7 = 26,86 m3. chọn 28 m3 Chiều cao phần trụ của thùng: H = 26,86 : 18,8 = 1,43m. Ngoài ra thùng lọc còn có một đáy giả cao khoảng 2 cm. Lớp bã sẽ nằm trên lớp đáy giả. Vậy chiều cao phần trụ thực của thùng lọc bã chưa kể chân: Hthực = H + 0,02 = 1,43 + 0,02 = 1,45m. Chiều cao chỏm cầu: h2 = 0,15D = 0,15 x 4,8= 0,72m. Vậy chiều cao tổng là: 1,45 + 0,72= 2,12 m. Thùng lọc bã đáy bằng là thiết bị hình trụ đáy phẳng, có bảo ôn với lớp bảo ôn dầy 200 mm. Thùng có hai đáy, một đáy giả và một đáy thật. Đáy giả chính là lưới lọc với hệ thống giằng chịu lực ở dưới. Lưới lọc là thép tấm dầy 4mm có các khe hẹp và dài. Các khe có độ rộng trên mặt là 1mm và độ rộng dưới đáy là 3 mm. Đáy dưới là đáy thật. Thiết bị có đường kính D = 4,8 m; chiều cao từ đáy thật lên đến nắp là 1,45 m. Nắp làm có dạng chỏm cầu, chiều cao chỏm cầu là 720 mm. Trong thùng có hệ thống cánh khuấy, dao cào đảo bã. . Công suất động cơ: 11 kW. Thông số Số lượng Kích thước Thể tích nồi (m3) 28 Thể tích hữu ích của nồi (m3) 18,8 Đường kính trong D (mm) 4800 Đường kính ngoài Dn (mm) 5200 Chiều cao thân trụ: H (mm) 1450 Chiều cao phần đáy: h1 (mm) Chiều cao phần đỉnh: h2 (mm) 720 Đường kính ống hơi (mm) 1 350 Đường kính cửa quan sát (mm) 1 450 Đường kính ống thoát nước ngưng (mm) 1 50 Tổng khoảng cách giữa 2 lớp vỏ (mm) 400 Đường kính cánh khuấy: Dck (mm) 1 3560 Tốc độ cánh khuấy , có biến tần(vòng/phút) 30- 50 Công suất động cơ cánh khuấy (kW) 1 11 Bơm dịch (m3/h) 1 24 Áp lực làm việc của áo hơi (kg/cm2) 3,5 Áp kế 1 Nhiệt kế 1 Đèn chiếu sáng (W) 1 25 Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2) Lớp bảo ôn sợi thuỷ tinh (kg/m3) 1 24 * Tính khi nâng cao năng suất Để nâng cao năng suất lên 50 triệu lít bia/năm, ta thiết kế thêm 1 thùng tạm chứa dịch đường ở ngay sau nồi lọc đáy bằng.Khi dịch đường được lọc xong thì sẽ bơm sang thùng tạm chứa mà không bơm sang ngay nồi sôi hoa.sau đó ta làm thêm 1 mẻ nữa khi đến giai đoạn lọc dịch đường ở mẻ thứ 2 thì ta bơm dịch đường ở nồi tạm chứa ở mẻ trước sang nồi lọc. Vì thế để tính thùng tạm chứa ta se tính theo lượng dịch sau khi ra khỏi nồi lọc đáy bằng. Lượng dịch đường sau khi ra khỏi thùng lọc đáy bằng là: 18,8m3 Hệ số sử dụng thùng tạm chứa là 0,9 nên thể tích thùng tạm chứa cần: V = 18,8 : 0,9= 20,8 m3 . chọn 21m3 Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn thùng tạm chứa là thiết bị 2 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. Thể tích phần nồi chứa dịch đường sau khi lọc: V = Vtrụ + Vđáy V = Chọn: Bán kính của đỉnh cầu: r = 0,5D. Chiều cao phần trụ: H = 0,6D. Chi