Đồ án Thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy bia công suất 50 triệu lít/năm

K Lớp 3 cũng được làm bằng inox và dày 1 mm có hệ dẫn nhiệt l=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 l =0,04 + 0,00015.t Vì hỗn hợp được tăng nhiệt độ từ 650C đến 750C nên khi tính toán nhiệt thì hệ số dẫn nhiệt của bông thuỷ tinh được lấy trung bình của hỗn hợp khi tăng nhiệt độ. t = 0,5.(75+65) = 700C l = 0,04 + 0,00015.70 = 0,0505 (W/m.K ) tw2 Nhiệt độ bề mặt ngoài vách (Để xác định tw2, đồng thời xác định Hệ số a ta phải lập phương trình Pascal để tính) Với vách trụ khi nhập: Chiều cao nồi H = 2,04 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt = 3,4 m; Dn = 3,6 m Và lặp cho ta được kết quả: Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 24,160C Nhiệt độ trung bình đã tính tm = 20,60C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0505 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,022585 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,35.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,703 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,0034 Tiêu chuẩn Grashof G = 49,04.108 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 250,07 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,12 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 3,42.p.D.H.(tw2 - tf2 ).900 = 3,12.3,14.3,6.2,04.(24,19 – 17).900 = 111,38 (kcal) Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 10,87(m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 3,7 (m) Mặt đáy dưới có các áo trao đổi hơi quá nhiệt đi trong các áo này truyền nhiệt cho dịch cháo và cũng bị tổn thất một phần nhiệt ra ngoài môi trường, hơi quá nhiệt đi vào trong có áp suất khoảng 4,5 bar tlv = 147,920C Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu được kết quả như sau: Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 38,610C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =27,810C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0622 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0265W/m.K Độ nhớt động học n = 15,85.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,701 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00332 Tiêu chuẩn Grashof G = 14,46.1010 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 441,73 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,14 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q22 = a2.F2.(tw - tf ) = 3,42.3,14..(38,61 – 17).900 = 171 (kcal) Tính nhiệt cho đỉnh nồi nấu 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 độ khoảng 350C Xách định Nu: Num = c.(Gr.Pr)nm Với nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình tm = 0,5.(tw2 +tf2 ) = 0,5.(35+17) = 26 0C Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0263 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,65.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,7026 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00334 1/K Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 10,87 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 3,72 (m) Tiêu chuẩn Grashof G= Tiêu chuẩn Nusselt Nu = 0,135.(Gr.Pr)1/3 = 0,135.(1,19.1011.0,702)1/3 = 590,2 Nu==>a2= (W/m2K) Hệ số toả nhiệt a2 = 4,23 W/m2K Q23=a2.F2.(tw - tt) = 4,23.p = 4,23.3,14 (kcal) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2 = Q21 + Q22 + Q23 = 111,38 + 171 + 177,9 = 460,28 (kcal) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hồ hoá Qdh = = 708862,48 (kcal/h) A.1.1.2.3.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hoa Từ đồ thị nhiệt của nồi hoa ta thấy lượng nhiệt lớn nhất cần cung cấp cho nồi đường hoá ở giai đoạn tăng nhiệt độ của dịch từ 700C lên 1000C trong thời gian 15 phút Nhiệt cần cung cấp cho nồi hoa được tính theo công thức Qh = Qh Nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hoa tính cho 1 giờ Q1 Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của dịch từ 700C nên 1000C Q2 Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường 1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch đường từ 750C lên 1000C Theo công thức tính nhiệt (2-4) sách (1) ta có Q1 = G.C.(t2-t1) G lượng dịch cháo và malt được nâng nhiệt từ 700C lên 1000C G = 19750,2 (kg) C nhiệt dung riêng của dịch đường t2 nhiệt độ của dịch đường sau khi nâng nhiệt độ t2 = 1000C t1 nhiệt độ của dịch đường trước khi nâng nhiệt độ t1=700C ta có C C1=0,34 kcal/kg.K: Nhiệt dung riêng của chất hoà tan C2 = 1 kcal/kg.K : Nhiệt dung riêng của nước Hàm lượng dịch w=84% Nhiệt dung riêng của khối dịch C= = 0,89 (kcal/kg.K) Vậy nhiệt lượng cần cung cấp để nâng hỗn hợp từ 700C lên 1000C Q1 = G.C.(t2-t1) =19750,2.0,89.(100-70) = 527330 (kcal/h) 2.Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường Theo cách tính như trước và sử dụng trương trình Pascal để tính, ta tính được Với vách trụ có các thông số Chiều cao nồi H =2,28 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt =3,8 m ;Dn =4 m Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 26 0C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =21,50C Hệ số dẫn nhiệt lbtt =0,0528 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0259 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,41.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,7027 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00339 Tiêu chuẩn Grashof G = 13,25.109 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 284,07 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,36 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 3,36.p.D.H.(tw2 - tf2 ).900 = 3,36.3,14.4.2,28.(26 – 17).900 = 186,45 (kcal) Nhiệt tính cho đáy nồi nấu Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 13,06(m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 4,07 (m) Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu được kết quả như sau Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 28,530C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =22,760C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0528 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0261W/m.K Độ nhớt động học n = 15,32.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,702 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00338 Tiêu chuẩn Grashof G = 99,62.109 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 389,42 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,58 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q22 = a2.F2.(tw - tf ) = 2,58.3,14..(28,52 – 17).900 = 80,4(kcal) Tính nhiệt cho đỉnh nồi nấu 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 độ khoảng 400C Xác định Nu Num = c.(Gr.Pr)nm Với nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình tm = 0,5.(tw2 +tf2 ) = 0,5.(40+17) = 28,5 0C Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0265 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,85.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,702 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00332 (1/K) Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 13,43 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 4,13 (m) Tiêu chuẩn Grashof G= Tiêu chuẩn Nusselt Nu = 0,135.(Gr.Pr)1/3 = 0,135.(2,1.1011.0,702)1/3= 707 Nu==>a 2= (W/m2K) Hệ số toả nhiệt a 2 = 4,63 W/m2K Q23= a 2.F2.(tw-tt)=4,53.p = 4,53.3,14 (kcal) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2 = Q21 + Q22 + Q23 = 186,45 + 80,4 + 300,5 = 576,3 (kcal) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hoa Qh= = 2111589 (kcal/h) Tổng nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nhà nấu Qnn = Qhh + Qdh + Qh = 408276,9 + 708862,48 + 2111589 = 3228959,8 (kcal/h) A.1.2.Tính nhiệt cho hệ thống CIP Hệ thống nồi nấu của nhà nấu sau một thời gian nấu thì do các chất dịch trong nồi làm nồi không được sạch. Để đảm bảo cho các chất dịch nấu sau đó được sạch và chất lượng tốt thì cần phải vệ sinh Lượng nước nóng cần để vệ sinh cho nhà nấu khoảng 2,2 m3 và nước được gia nhiệt từ 200C lên khoảng 800C trong hệ thống CIP khoảng 25 phút 1.Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước từ 200C nên 800C Theo phương trình (2-4) sách [1] ta có Q1 = G.C.(t2-t1) Q1:Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước C Nhiệt dung riêng của nước C = 1 kcal/kg.K t2 Nhiệt độ của nước sau khi được gia nhiệt t1 Nhiệt độ của nước trước khi được gia nhiệt Q1= G.C(t2-t1) = 2200.1.(80-20) = 132000 (kcal) 2.Nhiệt lượng toả ra môi trường Tính cho vách trụ Theo cách tính như trước và sử dụng trương trình Pascal để tính, ta tính được Với vách trụ có các thông số Chiều cao nồi H =1,58 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt =1,44 m ;Dn =1,64 m Và lặp cho ta kết quả Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 21,61 0C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =19,30C Hệ số dẫn nhiệt lbtt =0,0475 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0258 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,03.10-6 m2 /s Hình 10: Thùng CIP Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,7028 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00342 Tiêu chuẩn Grashof G = 24,99.108 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 162,92 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,73 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 25 phút = 1500s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 2,73.p.D.H.(tw2 - tf2 ).1500 =2,73.3,14.1,64.1,58.(21,61 – 17).1500 = 36,7 (kcal) Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 2,1 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 1,64 (m) Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu được kết quả như sau Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 23,080C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =20,040C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0475 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0259W/m.K Độ nhớt động học n = 15,09.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,703 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00341 Tiêu chuẩn Grashof G = 39,41.108 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 132,72 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,1 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 25 phút = 1500s Q22 =2.a2.F2.(tw - tf ) = 2.2,1.3,14..(23,08 – 17).1500 = 19,4 (kcal) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2 = Q21 + Q22 = 36,7 + 19,4 = 56,1 (kcal) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp : QCIP = = 343345,86 (kcal/h) A.1.3.Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho nước nóng dùng để nấu bia 1.Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước Nước lạnh 20C từ tank chứa nước lạnh qua thiết bị làm lạnh dịch bia để làm lạnh dịch bia. Sau khi làm lạnh dịch bia xong thì nước lạnh tăng lên khoảng 750C và được đưa đến tank chứa nươc nóng. Nước nóng ở tank chứa nước nóng trước khi được đưa đến nơi tiêu thụ thì được gia nhiệt lên 800C . Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho nước có lưu lượng G = 22000 lít/h từ 750C lên 800C Q1= G.C.(t2-t1) = 22000.1.(80-75) = 110000 (kcal/h) 2. Nhiệt lượng toả ra môi trường Theo cách tính như trước và sử dụng trương trình Pascal để tính, ta tính được Chiều cao nồi H =4,8 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt =3,6 m ;Dn =3,7 m Và lặp cho ta kết quả Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 24,98 0C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =20,990C Hệ số dẫn nhiệt lbtt =0,0516 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,02598 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,18.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,7028 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,0034 Tiêu chuẩn Grashof G = 12,69.1010 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 603,2 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,03 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 60 phút = 3600s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 3,03.p.D.H.(tw - tf ).3600 = 3,03.3,14.3,7.4,8.(24,98 – 17).3600 = 1161,3 (kcal/h) Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 27,370C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =22,180C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0511 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,02607 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,29.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,7026 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,0039 Tiêu chuẩn Grashof G = 32.109 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 266,33 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,49 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 60 phút = 3600s Q22 = 2.a2.F2.(tw - tf ) = 2.2,49.3,14..(27,37 – 17).3600 = 477,9 (kcal/h) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2= Q21 + Q22 = 1161,3 + 477,9 = 1639,2 (kcal/h) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp: QC = Q1 + Q2 = 110000 + 1639,2 = 111639,2 (kcal/h) A.1.4.Nhiệt lượng cần cho chiết chai Khi chai được đưa vào rửa thì nó được rửa với từng đợt nước khác nhau nhưng trung bình của nước nóng rửa chai khoảng 800C theo số liệu của nhà máy thì nhiệt lượng chiết chai khoảng Qcc = 500000 kcal/h Tổng lượng nhiệt của hệ thống cần lắp đặt để tăng công suất của nhà máy từ 18 triệu lít /năm lên 50 triệu lít /năm là Qmoi = Qnn + QCIP + Qc + Qcc = 3228959,8 + 343345,86 + 111639,2 + 500000 = 4183944 (kcal/h) Nhiệt lượng của hệ thống cũ khoảng là Qcu = 1500000 kcal/h Nhiệt lượng của toàn bộ hệ thống nhà máy bia là Q = Qmoi + Qcu = 4183944 + 1500000 = 5683844 (kcal/h) A.2.Tính cân bằng lạnh Công nghệ sản xuất bia của nhà máy Lên men chính và phụ 11 ngày Làm lạnh nhanh bằng nước lạnh công nghệ 20C Hệ thống lạnh dùng để làm lạnh glycol xuống (-50C) rồi đưa glycol đến các áo lạnh và đến các thiết bị trao đổi nhiệt để sản xuất nước 20C làm lạnh dịch bia Các tank lên men có thể tích 116 m3. Hệ thống nồi nấu có công suất 165 hl dịch nóng/mẻ. Công suất lạnh tính theo Q0 =QI + QII + QIII + QIV +QV QI: Là nhiệt lượng tổn thất bởi dòng nhiệt từ môi trường qua cách nhiệt vào tank lên men, tank thành phẩm, bình chứa nước lạnh, bình bay hơi làm lạnh glyco và trên đường ống. QII: Là lượng nhiệt do sản phẩm thải ra trong quá trình lên men, hạ nhiệt dịch bia sau lọc và bão hoà hoà CO2, hạ nhiệt để bảo quản bia thành phẩm. QIII: Nhiệt phát sinh do quá trình vận hành phòng rửa men, nhiệt bia sau lọc và bão hoà CO2, hạ nhiệt để bảo quản bia thành phẩm. QIV: Nhiệt do thông gió qua các phòng cần khí tươi. QV: Nhiệt lượng của sản phẩm thô, thực chất là Q2. A.2.1.Tính nhiệt lượng QI A.2.1.1.Tổn thất nhiệt với tank 116 m3 Chiều dày lớp cách nhiệt Polyurethane d =150 mm Tank có 3 phần áo lạnh, 2 phần có bề rộng là 4319 mm, 1là phần có bề rộng 1114 mm Lên men chính ở nhiệt độ 160C kéo dài 7 ngày Lên men phụ ở nhiệt độ 40C kéo dài 4 ngày Nhiệt độ glycol vào áo lạnh -50C Nhiệt độ glycol ra khỏi áo lạnh 10C Nhiệt độ trung bình áo lạnh ttb = 0,5.(-5+1) = -20C Xác định diện tích vách cách nhiệt Diện tích hình trụ F1 = .D.H =3,14.(3,5 +2.0,15).10,5 =125,286 (m2 ) Diện tích chỏm elip (ta tính gần đúng như diện tích hình trụ) F2 = .D.h2 = 3,14.(3,5 +2.0,15).(0,5 + 0,15) =7,75 (m2) Diện tích đáy nón F3 = 0,5..D.l = 0,5..D .h1.(1/cos30) = 0,5.3,14.(3,5+2.0,15).(3/cos30) =17,89 (m2 ) Diện tích tổng cộng Ft = F1 + F2 + F3 =125,286 +7,75 +20,68 =153,7 (m2 ) Hình 11: Tank 116m3 *Diện tích phần áo lạnh Diện tích hình trụ F1' = 2.(.D.ha) = 2.(3,14.3,8.4,3) = 102,6 (m2 ) Diện tích phần áo lạnh phần đáy nón F2' =1/2.F3 =1/2.17,89 = 8,94 (m2) Tổng diện tích áo lạnh Ft' = F1' + F2' =102,6 +8,94 =111,545 (m2) *Xác định hệ số truyền nhiệt k Do đường kính tank lớn lên ta coi vỏ ngoài là vách phẳng k = Với a1 =23,3 W/m2.K Hệ số toả nhiệt phía ngoài không khí d = 0,15 m Chiều dày lớp cách nhiệt l = 0,047 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt Các lớp bọc tôn inox có d rất lớn và có hệ số dẫn nhiệt l rất lớn lên có thể bỏ qua a2 Phần có dịch bia lạnh có công suất lớn nên có thể coi 1/a2 » 0. l Hệ số dẫn nhiệt của cách nhiệt = 0,047 W/m.K k = = 0,309 (W/m2.K) Tổn thất nhiệt thời kỳ lên men phụ 40C với nhiệt độ không khí ngoài trời 420C QI1 = Q11 + Q12 Q11: Tổn thất nhiệt qua thành áo. Q12 : Tổn thất nhiệt qua bao che còn lại. ta có Q11 = k.F1'.t1 = 0,309.111,545.(42 – (-2)) = 1516,5 (W) hay Q11 = 1304,2 (kcal/h) Q12 = k.(Ft - Ft' ).t1 = 0,309.(153,7 -111,545).(42 - 4) = 427 (kcal/h) Vậy QI1 = Q11 + Q12 =1304,2 + 427 =1731,2 (kcal/h) Tổn thất lạnh khi tính thêm 10% do vận hành do nắp tank không được bảo ôn QI1 =1731,2.110% = 1904,3 (kcal/h) *Tổn thất lạnh thời kỳ lên men chính Tổn thất nhiệt thời kỳ lên men chính 160C với nhiệt độ không khí ngoài trời 420C QI2 = Q21 + Q22 Q21: Tổn thất nhiệt qua thành áo. Ta có Q21 = Q11 = 1304,2 (kcal/h) (Phần này không thay đổi vì giả thiết nhiệt độ glycol vào, ra giống như trong quá trình lên men phụ) Q22: Tổn thất nhiệt qua bao che còn lại. Tổn thất nhiệt qua bao che còn lại là Q22 = k.(Ft - Ft' ).t2 = 0,309.(153,7 -111,545).(42 -16) = 339,76 (W ) Vậy QI2 = Q21 + Q22 = 1304,2 + 339,76 = 1856,26 (W) Tổn thất lạnh khi tính thêm 10% do vận hành do nắp tank không được bảo ôn QI2 =1856,26.110% = 2041,8 (W) = 1756(kcal/h) A.2.1.2.Tổn thất lạnh ở tank thành phẩm Tank thành phẩm có thông số sau Đường kính tank D = 2,5 m Chiều cao phần trụ H =7,5 m Chiều cao chóp elip h2 =0,37 m Chiều cao đáy nón h1 = 2,1 m *Tổn thất lạnh Diện tích hình trụ F1 = .D.H =3,14.(2,5 +2.0,15).7,5 = 65,94 (m2) Diện tích chóp elip F2 = .D.h2 =3,14.2,5. 0,37 = 2,9 (m2) Diện tích đáy nón F3 = 0,5..D.l = 0,5..D. h1.(1/cos30) = 0,5.3,14.2,5. 2,1.(1/cos30) = 9,5 (m2 ) Diện tích tổng cộng Ft = F1 +F2 +F3 = 65,94 + 2,9 + 9,5 =78 (m2 ) Chiều dài áo lạnh là 3 m Diện tích áo lạnh là Ft' =.D.h.2 =2.3,14.2,5.3 = 47 (m2 ) Hệ số truyền nhiệt k = 0,309 W/m2.K Nhiệt độ bảo quản là 00C Tổn thất lạnh ở tank thành phẩm QI3 = Q31 + Q32 Q31 :tổn thất nhiệt qua thành áo. Q32 :tổn thất nhiệt qua bao che còn lại. ta có Q31 = k.F1'. t = 0,309.47.(42 – (-2)) = 639 W =549,55 (kcal/h ) Nhiệt truyền qua phần còn lại của tank Q32 = k.(Ft - Ft' ).t = 0,309.(78 - 47).(42 - 0) = 389,34 (W) hay Q32 =334,8 (kcal/h) Vậy QI3 = Q31 + Q32 = 549,55 + 334,8 = 884,35 (kcal/h ) Tổn thất lạnh khi tính thêm 10% do vận hành do nắp tank không được bảo ôn QI3 = 884,35.110% = 972,78 (kcal/h ) Số tank của lên men chính là 4 tank Số tank của lên men phụ là 8 tank Số tank của tank thành phẩm là 3 tank Vậy tổng tổn thất nhiệt từ các tank là QI123 = 4.QI1 + 8.QI2 + 3.QI3 = 4.1904,3 + 8.1756 +3.972,78 = 24583,5 (kcal/h) A.2.1.3.Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng nước 2 0C Thùng nước 20C có kích thước sau : Thể tích thùng 50 m3 Đường kính trong D =3,7 m Chiều cao trụ H = 5 m Chiều cao chóp đỉnh h = 0,48 m Diện tích hình trụ F1 =.D.H =3,14.(3,7 +2.0,15).(5 +0,15) = 64,68 (m2 ) Diện tích chóp nón F2=0,5..D.l= 0,5..D.h2. (1/cos75) = 0,5.3,14.(3,7 + 0,3).0,48/cos75 = 11,64(m2) (Với l = h2. (1/cos75) vì chóp nón có góc ở đỉnh 750) Diện tích đáy F3 = 3,14.3,72.(1/4) =10,74 (m2 ) Diện tích tổng cộng Ft = F1 +F2 +F3 = 64,68 +11,64 +10,74 = 87 (m2 ) Hình 12: Thùng chứa nước lạnh Vậy tổn thất lạnh cho thùng nước 20C là QI4 = k.Ft.t = 0,309.87.(42 - 2) = 1075 W = 925 (kcal/h) A.2.1.4.Tổn thất nhiệt qua thành thùng glycol Thùng glycol có 2 hình trụ thông nhau mỗi bình có dung tích 22m3 . Một bình cấp một bình hồi. Đặc tính kỹ thuật : Chiều cao phần trụ H = 7 m Đường kính thùng D = 2 m Nhiệt độ trong thùng -50C Cách nhiệt Polytstirol dày 100 mm Diện tích phần trụ F1 = p.D.H = 3,14.2.7 = 43,9 (m2 ) Diện tích phần đáy F2 = p.D2.(1/4) = 3,14.22.1/4 = 3,14 (m2 ) Diện tích đỉnh F3 = 4 (m2) Diện tích tổng cộng của hai thùng Ft = 2(F1 + F2 + F3 ) = 2.(43,9 + 3,14 + 4) = 102 (m2) Hình 13: Thùng chứa glycol Nhiệt độ môi trường t = 370C (Do phần lớn diện tích bề mặt của thùng nằm trong nhà ) k = Với a1 =23,3 W/m2.K Hệ số toả nhiệt phía ngoài không khí d =0,15 m Chiều dày lớp cách nhiệt l =0,047 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt Các lớp bọc tôn inox có d rất lớn và có Hệ số dẫn nhiệt l rất lớn lên có thể bỏ qua a2 lớn nên có thể coi 1/a2 » 0. di = 0,1 m li Hệ số dẫn nhiệt của cách nhiệt = 0,047 W/m.K k = =0,46 (W/m2.K ) Vậy QI5 = k.F.t = 0,46.102.(37 - (-5)) = 1970 W =1694 (kcal/h ) A.2.1.5.Tổn thất lạnh qua bình bay hơi bình tách lỏng Hiện tại bình bay hơi chưa thiết kế nên không thể tính được nhiệt tổn thất. Nhưng theo kinh nghiệm thì lượng tổn thất khoảng QI6 = 1500 W = 1290 (kcal/h) A.2.1.6.Tổn thất nhiệt qua phòng lọc Phòng lọc có kích thước D10m x R6m x C4m, nhiệt độ 70C, cách nhiệt 100 mm Polytstirol. Diện tích tính toán được gần đúng : F = (10 + 6).2.4 + 2.10.6 = 248 (m2 ) Lớp vữa trát dày 0,02 m Lớp tường gạch dày 0,2 m Lớp bi tum chống ẩm dày 0,006 m Lớp cách nhiệt dày 0,1 m Hình 14 : Tường phòng lọc ta có k = = = 0,379 (W/m2.K ) a1 =23,3 W/m2.K Hệ số toả nhiệt bên ngoài d1 = 0,02 m ;l1 = 0,88 W/m.K : 3 lớp vữa trát d2 = 0,2 m ; l2 = 0,81 W/m.K : 1 lớp tường gạch d3 = 0,06 m ;l3 = 0,23 W/m.K : 1bitum chống ẩm d4 = 0,1 m ; l4 = 0,047 W/m.K : 1 lớp polystirol a = 0,8 W/m2.K Hệ số toả nhiệt phía trong buồng lạnh Q = k.F.t = 0,379.248.(37,7 – 7) = 2885,6 W =2485,2 (kcal/h ) Nhiệt do người vận hành (2 người ) 2.350 = 700 W = 602,9 (kcal/h ) Nhiệt toả do đèn gồm 4 bóng đèn 40 W vậy nhiệt toả ra do đèn khoảng 137,8 kcal/h Nhiệt toả ra do bơm bia: bơm bia có công suất 5,5 kW 5,5.1000.1.0,7 = 3850 W = 2885,6 W = 3316 (kcal/h ) Tổng tổn thất do phòng lọc Q17 = 2485,2 + 602,9 + 138,8 + 3316 = 6541,9 (kcal/h ) A.2.1.7.Tổn thất nhiệt ở phòng bảo quản hoa Phòng bảo quản hoa có kích thước D7 x R4 xC4 m, nhiệt độ bảo quản 20C Diện tích tính toán nhiệt được tính gần đúng như phòng lọc: F = (7+4).2.4 +2.7.4 = 112 (m2) Cách nhiệt giống phòng lọc nên k = 0,379 (W/m2.K) Nhiệt tổn thất qua vách Q18 = k.F.t = 0,379.112.(37,7 –2) = 1515,4 W = 1305 (kcal/h) Nhiệt do đèn do người, do mở cửa có thể bỏ qua vì rất bé A.2.1.8.Tổn thất nhiệt do phòng gây rửa men Phòng gây rửa men có kích thước D8 xR6 x C4 m, giả sử nhiệt độ trong phòng là 20C cách nhiệt giống phòng lọc thì ta tính nhiệt giống như phòng lọc : Diện tích bao che F = 2.(8 +6).4 + 8.6.2 = 208 (m2) Nhiệt tổn thất qua bao che Q = k.F.t = 0,379.208.(37,7 – 2) = 2814,3 W = 2418 (kcal/h) Nhiệt toả ra do người làm việc 2.350 = 700 W = 602,9 (kcal/h ) Nhiệt do động cơ toả ra khoảng 3617,2 kcal/h Nhiệt do chiếu sáng 4.80 = 320 W = 275,6 (kcal/h ) Tổng tổn thất nhiệt ở phòng gây rửa men QI9 = 2418 + 602,9 + 3617,2 + 275,6 = 7864,5 (kcal/h) Tổng tổn thất nhiệt: QI = QI123 + QI4 + QI5 + QI6 + QI7 + QI8 + QI9 = 24583,5+925 +1694 + 1290 + 6541,9 + 1305 +7864,5 = 44203,95(kcal/h) A.2.2.Tính nhiệt lượng QII A.2.2.1.Lượng nhiệt cần làm lạnh nhanh Thông số làm lạnh nhanh Nhiệt độ nước lạnh vào 20C Nhiệt độ nước lạnh ra 750C Nhiệt độ dịch đường vào 900C Nhiệt độ dịch đường ra 50C Lượng nhiệt cần làm lạnh nhanh 20000 lít trong 40 phút Phương trình cân bằng Gn.Cpn.tn = Gd.Cpd.td Vậy lượng nước cần dùng để làm lạnh Gn = = = 22321 (kcal/h) Sản xuất nước lạnh với công suất 23000 lít/h từ nhiệt độ 270C xuống 20C Vậy lượng nhiệt cần sản xuất nước lạnh để làm lạnh dịch bia QII1 = Gn.Cpn.(t2 – t1) = 23000.1.(27 – 2) = 575000 (kcal/h) A.2.2.2.Lượng nhiệt để sản xuất nước lạnh cho công nghệ Công nghệ cần nước lạnh 20C với tốc độ sản xuất nước là 1840 kg/h QII2 = Gcn.Cp.(t2 - t1) = 1840.1.(27 – 2) = 46000 (kcal/h) A.2.2.3.Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men khoảng 6300 kJ trên 1000 lít trong toàn bộ quá trình lên men. Mỗi ngày nấu 8 mẻ, mỗi mẻ nấu 16,5m3 Lượng dịch bia nấu trong 1 ngày: 8.16,5 = 132 (m3/mẻ) Nhiệt lượng lên men là 6300.132 = 831600 (kJ) Chia đều nhiệt lượng đó cho 24h trong ngày ta có dòng nhiệt thải ra trong quá trình lên men QII3 = =9,625 kW =8277,5 (kcal/h) A.2.2.4.Lượng nhiệt trong các quá trình hạ nhiệt độ công nghệ Lượng nhiệt trong các quá trình hạ nhiệt độ công nghệ của lên men chính và lên men phụ và bia thành phẩm được tính từ lúc lên men đến thành phẩm bia được hạ nhiệt độ từ 160C xuống 00C QII4 = m.Cp.t = V.r.Cp t = .1034,2.3,85.16 = 97328 W= 83702(kcal/h) Với V = m3 /s (tính từ 132 m3/ngày) r= 1034,2 kg/m3 Khối lượng riêng của bia Cp = 3,875 kJ/kg.K Nhiệt dung riêng của bia t = 16 - 0 = 16 K A.2.2.5.Nhiệt tổn thất do khâu gây rửa men Nhiệt lượng cần làm lạnh dịch bia 9 m3 từ 450C xuống 00C trong 8h QII5 = m.Cp.t = V.r.Cp t = .3,89.45 = 54703 (kcal/h) Tổng nhiệt lượng QII QII = QII1 + QII2 +QII3 + QII4 + QII5 = 575000 + 46000 + 8277,5 + 83702+ 54703 = 767682,5 (kcal/h) A.2.3.Tính dòng nhiệt vận hành Dòng nhiệt do bơm Qb = 0,5.6.5,5.0,9 = 14,85 kW = 12789,5 (kcal/h) 0,5: Hệ số làm việc không đồng thời 6 Số Lượng bơm 6 chiếc 5,5 kW Công suất của động cơ 0,9 Hiệu suất của động cơ Dòng nhiệt do phòng lọc Ql = 6541,9 kcal/h Dòng nhiệt do gây rửa men Qr = 7864,5 kcal/h Tổng dòng nhiệt do vận hành QIII = Qb + Ql + Qr = 12789,5 + 6541,9 + 7864,5 = 27196 (kcal/h ) Tổng công suất lạnh Qmoi = QI + QII + QIII = 44203 + 767682 + 27196 = 839082 (kcal/h) Đây là tổng năng suất lạnh của hệ mới Hệ cũ có công suất lạnh khoảng Qcu = 250000 (kcal/h) Vậy tổng công suất lạnh cho toàn bộ nhà máy Q0 = Qmoi + Qcu = 839082 + 250000 = 1089082 (kcal/h) Để đảm bảo sự hoạt động an toàn của nhà máy cần có công suất dự phòng 20%. Vậy Q0tt = 1089082.1,2 = 1297449,6( kcal/h) B.Tính toán thiết kế hệ thống lạnh B.1.Tính toán chu trình Theo tính toán chương trước ta có năng suất lạnh Q0 =