Đồ án Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm

de mỗi loại và 250 g vinyl polypyriolidone. * Lượng men giống sử dụng: Men giống nuôi cấy trực tiếp cấp bằng 10% lượng dịch đưa vào lên men: 0,1.1084,9 ≈ 108,5(l) Men sữa cấp bằng 1% lượng dịch đưa vào lên men: 0,01.1084,9 ≈ 10,8(l) Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Men sữa tái sử dụng 7 lần thì trong 8 chu kì lên men chỉ cần nhân men giống cho chu kì đầu còn tái sử dụng men sữa cho 7 chu kì sau. * Sữa men kết lắng: Cứ 1000l bia cho 20l sữa men có độ ẩm 85%, trong đó có thể tái sử dụng khoảng 10l. Lượng men tái sử dụng của 1 tank có thể đủ để nhân men cho 2 tank do đó thực tế chỉ tái sử dụng 5l sữa men còn thải bỏ 15l sữa men kết lắng. * Cặn lắng: Lượng cặn lắng có độ ẩm 80% chiếm khoảng 1,75% so với nguyên liệu. Ứng với 1000l bia cần nấu 136kg malt và 34kg gạo tức tổng lượng nguyên liệu là: 136 + 34 = 170(kg). Lượng cặn lắng tương ứng sẽ là: 170.0,0175 = 3,0(kg) Lượng cặn lắng khô: 0,2.3,0 = 0,6(kg) * Lượng CO2: Phương trình lên men: C12H22O11 + H2O = 4C2H5OH + 4CO2 + Q 342g 18g 184g 176g Lượng dịch trước lên men: 1084,9(l), có độ đường 10,5˚Bx có d20=1,042. Khối lượng dịch đường trước lên men là: 1084,9.1,042 = 1130,5(kg) Khối lượng chất chiết trong dịch đường trước lên men: )(7,1185,1130100 5,10 kg=× Quy về đường maltose, trong giai đoạn lên men chính coi 55% lượng chất chiết được chuyển hoá, lượng CO2 tạo thành là: 55,0342 1767,118 ×× = 33,6(kg) Sau lên men chính thể tích dịch giảm 3%, thể tích bia non ứng với 1000 lít bia thành phẩm là: 1084,9 × 0,97 = 1052,4(l) Lượng CO2 hoà tan trong bia non là 2,5g/l, ứng với 1052,4lít bia non là: 2,5.1052,4 = 2631(g) ≈ 2,63(kg) Lượng CO2 thoát ra là: 33,60 – 2,63 = 30,97(kg) Ở 20˚C, 1atm, CO2 có khối lượng riêng 1,832kg/m3, thể tích của CO2 bay ra là: 30,97 1,832 = 16,91(m 3) Hiệu suất thu hồi CO2 là 70%, lượng CO2 có thể thu hồi được là: 0,7.16,91 = 11,83(m3) Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 49 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Trong quá trình lên men phụ 15% chất chiết của dịch đường tiếp tục được chuyển hoá, lượng CO2 tạo thành tiếp tục được bão hoà trong bia do đó hàm lượng CO2 trong bia tươi vào khoảng 4g/l. Trong quá trình lọc CO2 bị thất thoát một phần nên hàm lượng CO2 trong bia sau lọc vào khoảng 2g/l. Cuối quá trình lọc cần cấp CO2 để ép nốt lượng dịch lọc cuối đồng thời trong quá trình tàng trữ cần tiếp tục bão hoà CO2 trong bia để hàm lượng CO2 đạt tới 4,5g/l. Lượng CO2 cần để bão hoà 1015,2 lít bia sau lọc là: (4,5 – 2).1015,2 = 2538(g) ≈ 2,54(kg) Thể tích CO2 cần để bão hoà thêm là: )(39,1832,1 54,2 3m= Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm * Bảng tổng kết nguyên liệu chính, bán thành phẩm tương ứng với bia hơi TT Tên nguyên liệu 1000 lít 1 mẻ 1 ngày 1 năm 1 Malt 136,0 kg 2271 kg 13,6 tấn 680 tấn 2 Gạo 34,0 kg 568 kg 3,4 tấn 170 tấn 3 Nước nấu cháo 203,0 lít 33,9 hl 20,3 m3 1015 m3 4 Nước đường hoá 514,2 lít 85,9 hl 51,42 m3 2571 m3 5 Nước rửa bã 631,4 lít 105,4 hl 63,14 m3 3157 m3 6 Bã malt 151,1 kg 2,52 tấn 15,11 tấn 756 tấn 7 Hoa viên 260,9 g 4,36 kg 26,1 kg 1305 kg 8 Cao hoa 65,2 g 1,09 kg 6,5 kg 325 kg 9 Dịch bột gạo 243,6 kg 4,07 tấn 24,36 tấn 1218 tấn 10 Dịch cháo 233,2 kg 3,89 tấn 12,32 tấn 616 tấn 11 Dịch malt 876,0 kg 14,63 tấn 87,60 tấn 4380 tấn 12 Dịch đường 847,2 kg 14,15 tấn 84,72 tấn 4236 tấn 13 Dịch lọc 1327,5 kg 22,17 tấn 132,75 tấn 6638 tấn 14 Dịch đường houblon hoá 1159,1 lít 193,6 hl 115,91m3 5796 m3 15 Dịch đi lên men 1084,9 lít 181,2 hl 108,49m3 5425 m3 16 Bia tươi 1030,6 lít 172,1 hl 103,06m3 5153 m3 17 Bia sau lọc 1015,2 lít 169,5 hl 101,52m3 5076 m3 18 Bia trước chiết bock 1010,1 lít 168,7 hl 101,01m3 5051 m3 19 Men nhân trực tiếp 108,5 lít 1812 lít 10,85 m3 271,3 m3 Men tái sử dụng 10,8 lít 180 lít 1,08 m3 189 m3 Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 51 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm * Bảng các nguyên liệu phụ, sản phẩm phụ tương ứng bia hơi: TT Tên nguyên liệu 1000 lít 1 mẻ 1 ngày 1 năm 1 Acid lactics 75 g 1,25 kg 7,50 kg 375 kg 2 NaCl 200 g 3,34 kg 20 kg 1000 kg 3 Diatomide (mỗi loại) 0,8 kg 13,4 kg 80 kg 4000 kg 4 Vinyl polypyriolidone 250 g 4,2 kg 25 kg 1250 kg 5 Men kết lắng 20 lít 334 lít 2000 lít 100 m3 6 Men tái sử dụng 5 lít 83,5 lít 500 lít 25 m3 7 Men thải bỏ 15 lít 250,5 lít 1500 lít 75 m3 8 CO2 thoát ra 16,91 m3 282,4 m3 1691 m3 84550 m3 9 CO2 có thể thu hồi 11,83 m3 197,6 m3 1183 m3 59150 m3 10 CO2 cần để bão hoà 1,39 m3 23,2 m3 139 m3 6950 m3 Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 52 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm III. Hoá chất vệ sinh: 1. Hóa chất vệ sinh các nồi nấu: Các hoá chất dùng để vệ sinh các nồi nấu là: dung dịch NaOH 2%, dung dịch HNO3 0,1%, dung dịch nước clo 10%. Căn cứ theo nhịp độ nấu: Giữa các mẻ nấu trong ngày chỉ cần vệ sinh các nồi nấu bằng nước nóng. Trong các khoảng nghỉ dài vệ sinh các nồi nấu bằng hoá chất tẩy rửa, khử trùng. Thể tích dung dịch các hoá chất cần sử dụng cho một lần vệ sinh định kì khoảng 8% thể tích nồi nấu lớn nhất ( là nồi hoa) theo đó thể tích các dung dịch vệ sinh là: 0,08 × 30,4 = 2,43(m3), tức khối lượng dung dịch khoảng 2430kg. Lượng các hoá chất cần sử dụng tương ứng là: NaOH dạng hạt khan: 2% × 2430 = 48,6(kg NaOH) Dung dịch acid nitric đậm đặc (63%): 0,1% × 2430 / 63% = 3,86(kg HNO3 63%) Bột Cloramin: 10% × 2430 = 243(kg cloramin) Định kì 1 tuần vệ sinh các nồi nấu 1 lần thì theo lịch sản xuất một năm cần vệ sinh khoảng 50 lần, khi đó lượng hoá chất tiêu hao là: NaOH: 50 × 48,6 = 2430(kg NaOH) HNO3 63%: 50 × 3,86 = 193(kg HNO3 63%) Cloramin: 50 × 243 = 12150(kg cloramin) 2. Hóa chất vệ sinh các thiết bị lên men, tàng trữ bia: Các hoá chất dùng để vệ sinh các thiết bị lên men là: dung dịch NaOH 2%, dung dịch Trimeta HC 2%, dung dịch P3 oxonia 0,5%. Theo nhịp độ sản xuất mỗi ngày sản xuất phải vệ sinh một tank lên men, ngoài ra còn phải vệ sinh hệ thống nhân men hay tái sử dụng men kết lắng và các tank tàng trữ. Thể tích các dung dịch CIP cần sử dụng một ngày bằng khoảng 8% thể tích một tank lên men: 8% × 140,8 = 11,3(m3) Lượng hoá chất cần để vệ sinh hệ thống lên men một ngày là: NaOH: 2% × 11300 = 226(kg NaOH) Trimeta HC: 2% × 11300 = 226(kg Trimeta HC) P3 oxonia: 0,5% × 11300 = 56,5(kg P3 oxonia) Một năm tương ứng với 300 ngày sản xuất cần lượng hoá chất vệ sinh là: NaOH: 300 × 226 = 67800(kg NaOH) Trimeta HC: 300 × 226 = 67800(kg Trimeta HC) Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 53 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm P3 oxonia: 300 × 56,5 = 16950(kg P3 oxonia) ► Tổng lượng NaOH cần để vệ sinh cho cả nhà máy một năm là: 2430 + 67800 = 70230(kg NaOH) Bảng tổng kết các hoá chất tẩy rửa, sát trùng cần dùng: TT Tên hoá chất 1 năm 1 NaOH 70230 kg 2 HNO3 63% 193 kg 3 Cloramin 12150 kg 4 Trimeta HC 67800 kg 5 P3 oxonia 16950 kg Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 54 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Phần IV: Tính và chọn thiết bị I. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu Theo kế hoạch sản xuất một mẻ nấu của bia hơi và bia chai cùng cho sản lượng bia thành phẩm như nhau, chỉ khác là nấu bia chai sử dụng nhiều nguyên liệu hơn bia hơi (trừ lượng nước rửa bã). Do đó ta tính toán thiết bị chủ yếu theo bia chai. 1. Cân, gầu tải * Cân: Nguyên liệu được cân theo từng mẻ. Chọn cân hoa loại 5kg. Chọn cân gạo và malt lót có khả năng cân cao nhất 500kg, độ chính xác 0,5kg, có kích thước: dài 1m, rộng 0,8m, cao 1m. Cân malt dùng 3 cân điện tử được gắn với xylo; xylo có kích thước: đường kính 0,8m, cao 1,5m, đáy côn 60˚ chứa được khoảng 500kg malt; kết quả cân khối lượng malt được tính là trị số trung bình do 3 cân đưa ra. * Gầu tải: Chọn gầu tải có năng suất vận chuyển 4500 kg/h có thông số kỹ thuật: Kích thước: rộng 0,5m, cao 2 – 4m Vận tốc kéo 1,2 – 1,4m/s Công suất động cơ 0,8kW 2. Máy nghiền * Máy nghiền gạo: Một mẻ nấu sử dụng 695 kg gạo. Chọn máy nghiền gạo là máy nghiền búa có năng suất 1500kg/h có các thông số kỹ thuật: Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, chiều rộng 200mm Kích thước máy: dài 1,85m, rộng 1,6m, cao 1,65m * Máy nghiền malt: Một mẻ nấu lượng malt cần nghiền là 2775kg. Chọn máy nghiền malt ướt có công suất 4000kg/h có các thông số kỹ thuật: Vật liệu chế tạo: thép không gỉ chịu mài mòn Kích thước thiết bị: dài 1m, rộng 0,8m, cao 3,2m Kích thước trục nghiền: đường kính 250mm, dài 600mm Số đôi trục: 2 Khoảng cách giữa 2 trục: 1,25m Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 55 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Nước ngâm malt có nhiệt độ 65˚C, lượng nước dùng để ngâm 60l/100kg. Tổng thời gian ngâm và nghiền không quá 30 phút. Khi đó thuỷ phần của hạt tăng lên 20%. 3. Nồi hồ hoá Tổng khối lượng dịch bột trong nồi hồ hoá là ứng với một mẻ nấu: 4,98 tấn. Khối lượng riêng của hỗn hợp dịch bột là 1,07(tấn/m3) Thể tích của hỗn hợp trong nồi hồ hoá là: 07,1 98,4 = 4,65(m3) Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: 75,0 65,4 = 6,20(m3) * Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón, làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D. D h2 H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = )68 ( 4 3 11 22 hhDHD pipipi ++ = 3 22 )2,0( 6 2,0 8 6,0 4 DDDDD pipipi ++ = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 6,20(m3). Suy ra: D = 2,24m. Quy chuẩn: D = 2,2m. H = 1,32m; h1 = 0,44m; h2 = 0,33m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 2,4m. Thể tích thực của nồi là: V = 0,554D3 = 0,554.2,23 = 5,9(m3). Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8.D = 1,76m Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 1,76m, tốc độ khuấy 32v/ph. Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi hồ hoá là 4,65m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là: Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 56 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm F = 0,5.4,65 ≈ 2,3(m2) 4. Nồi đường hoá Tổng khối lượng dịch trong nồi đường hoá ứng với một mẻ nấu là: 17,88 tấn. Dịch bột có khối lượng riêng là 1,08(tấn/m3), thể tích dịch trong nồi đường hoá là: 08,1 88,17 = 16,56(m3) Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: )(07,2275,0 56,16 3m= * Chọn thiết bị đường hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D. D h2 H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = )68 ( 4 3 11 22 hhDHD pipipi ++ = 3 22 )2,0( 6 2,0 8 6,0 4 DDDDD pipipi ++ = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 22,07m3. Suy ra: D = 3,42m. Quy chuẩn: D = 3,4m. H = 2,04m; h1 = 0,68m; h2 = 0,51m. Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 0,554.3,43 = 21,8(m3). Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài là: Dng = 3,6m. Chiều cao phần hai vỏ: H2vỏ = 0,8D = 2,72m. Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 2,72m. Tốc độ khuấy 32v/ph. Diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi đường hoá là 16,56m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là: Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 57 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm F = 0,5.16,56 ≈ 8,3(m2) 5. Thùng lọc đáy bằng Thùng đáy bằng, thân trụ, nắp nón h2 = 0,15D. D h2 H Khối lượng bã malt và gạo tương ứng với một mẻ nấu là: 3,05 tấn Khối lượng riêng của bã là: 0,75 tấn/m3 Thể tích bã là: 75,0 05,3 = 4,07(m3) Chọn chiều cao lớp bã là: 0,4m Diện tích đáy lọc: 4,0 07,4 = 10,2(m2) Đường kính thùng lọc là: D = pi 2,104× ≈ 3,6(m) Quy chuẩn: D = 3,6m. Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng là: Dng = 3,8m. Nắp nón: h2 = 0,15D = 0,54m. Diện tích đáy lọc thực tế: )(2,10 4 6,3 4 2 22 mDS =×== pipi Khối lượng dịch còn lại sau đường hoá: 17,30 tấn Khối lượng chất chiết có trong dịch đường sau đun hoa là: )(25103,150 1000 16700 kg=× Quá trình lọc bã và đun hoa tổn thất chất chiết là 2%, khối lượng chất chiết có trong dịch đường trước lọc là: 02,01 2510 − = 2561(kg) Hàm lượng chất chiết trong dịch đường sau đường hoá là: Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 58 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm %100 17300 2561 × = 14,8% Khối lượng riêng của dịch đường sau đường hoá là: 1,06 tấn/m3 Thể tích riêng của dịch đường sau đường hoá là: 06,1 30,17 = 16,32(m3) Chiều cao của lớp dịch lọc trong nồi: hd = S Vd = 2,10 32,16 = 1,6(m) Thể tích sử dụng của thùng là 70%, chiều cao thân trụ của thùng là: Ht = 7,0 dh = 7,0 6,1 = 2,29(m) Đáy giả cách đáy thật 2cm, chiều cao thùng phần thân trụ của thùng là: H = Ht + 0,02 = 2,29 + 0,02 = 2,31(m) Thể tích thực của nồi: )(5,2331,2 4 6,3. 4 3 22 mHDV =×=×= pipi . Hệ thống cào bã quay với tốc độ 16v/ph. Lưới lọc thiết kế các khe hình nêm kích thước 0,5mm × 70mm, diện tích thoát dịch trên tổng diện tích sàn: 14%. Cửa thoát dịch hình côn với góc mở rộng. Dao cào bã được chế tạo bằng đồng thau. * Cửa xả bã được thiết kế có đường kính 30cm được đóng mở bằng động cơ điện. Bã xả ra được vít tải đẩy sang xylo chứa. 6. Nồi nấu hoa Dịch sau nấu hoa có thể tích: 19,96 m3 Quá trình đun hoa thể tích dịch giảm 10% do nước bay hơi, thể tích dịch trước đun hoa: )(18,221,01 96,19 3m= − Thể tích sử dụng của nồi là 70%, thể tích của nồi cần đạt là: )(68,317,0 18,22 3m= * Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D. Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 59 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm D h2 H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = )68 ( 4 3 11 22 hhDHD pipipi ++ = 3 22 )2,0( 6 2,0 8 6,0 4 DDDDD pipipi ++ = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 31,68m3 Suy ra: D = 3,85m. Quy chuẩn: D = 3,8m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của nồi hoa: Dng = 4,0m. H = 2,28m; h1 = 0,76m; h2 = 0,57m. Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8D = 3,04m. Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 30,4m3. Ngoài vỏ áo hơi thiết bị còn được thiết kế thiết bị gia nhiệt trung tâm kiểu ống chùm để tăng cường quá trình đun sôi mãnh liệt dịch đường. Diện tích trao đổi nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi hoa là 22,18m3. Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = 0,5.22,18 ≈ 11,1(m2) 7. Thùng chứa trung gian Thể tích dịch trước đun hoa là 22,18m3. Thể tích sử dụng của nồi là 90%, thể tích thùng cần đạt là: 9,0 18,22 = 24,64(m3) * Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D. Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 60 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm D h2 H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = )68 ( 4 3 11 22 hhDHD pipipi ++ = 3 22 )2,0( 6 2,0 8 6,0 4 DDDDD pipipi ++ = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 24,64m3. Suy ra: D = 3,54m. Quy chuẩn: D = 3,6m. H = 2,16m; h1 = 0,72m; h2 = 0,54m. Vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng: Dng = 3,8m. Thể tích thực của thùng: V = 0,554D3 = 0,554.3,63 = 25,8(m3). 8. Thùng lắng xoáy Đáy bằng hơi nghiêng 3 - 5˚, thân trụ H = 0,8D, nắp nón h2 = 0,15D. D h2 H Thể tích thùng: V = HD 4 2pi = 0,628D3 Thể tích dịch sau đun hoa: 19,96m3 Hệ số đổ đầy của thùng là 75%, thể tích thùng cần đạt là: 75,0 96,19 = 26,61(m3) Ta có: 0,628D3 = 26,61m3. Suy ra: D = 3,49m Quy chuẩn: D = 3,4m. H = 2,7m; h2 = 0,51m. Thành thùng dày 5mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 3,41m Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 61 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Thể tích thực của thùng: V = 0,628D3 = 0,628.3,43 = 24,7(m3). 9. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí * Chọn thiết bị lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản có năng suất 15m3/h có các thông số kỹ thuật: Số cấp: 1 Chất tải nhiệt: nước, nhiệt độ đầu vào của chất tải nhiệt: 2˚C Kích thước máy: dài 2000mm, rộng 700mm, cao 1600mm Số vỉ: 171 * Chọn thiết bị sục khí có bộ phận lọc vô trùng sử dụng than hoạt tính, thiết bị sục khí vào dịch đường, các phụ kiện kèm theo: ống lưu lượng, van một chiều, van giảm áp... 10. Thùng nước nấu Chọn thùng chứa nước nóng và nước lạnh có thể tích như nhau, thùng thân trụ H = 1,5D, đáy bằng, nắp chỏm cầu nhô lên: h2 = 0,1D. Thể tích thùng là: HD 4 2pi = DD 5,1 4 2pi = 1,178D3 Một mẻ nấu bia chai lượng nước sử dụng là: Nước nấu cháo: 41,5 hl Nước đường hoá: 104,9 hl Nước rửa bã: 88,1 hl Nước vệ sinh khoảng 8% thể tích nồi lớn nhất là nồi hoa: 0,08.30,4 = 2,43 (m3) Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia chai là: 4,15 + 10,49 + 8,81 + 2,43 = 25,88(m3) Với bia hơi lượng nước sử dụng là: Nước nấu cháo: 33,9 hl Nước đường hoá: 85,9 hl Nước rửa bã: 105,4 hl Nước vệ sinh: 2,34 m3 Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia hơi là: 3,39 + 8,59 + 10,54 + 2,43 = 24,95(m3) Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 62 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Như vậy lượng nước cần sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là 25,88 m3 tính theo bia chai. Ta lấy mỗi thùng chứa lượng nước dùng đủ cho 2 mẻ nấu, tức là chứa được: 2 × 25,88 = 51,76(m3) Thể tích chứa của thùng 85%, thể tích thùng cần đạt: 51,76 0,85 = 60,89(m 3) Ta có: 1,178D3 = 60,89m3 Suy ra: D = 3,73m. Quy chuẩn: D = 3,8m. H = 5,7m; h2 = 0,38m. Thể tích thực của thùng: V = 1,178D3 = 1,178.3,83 = 64,6(m3). Ở thùng nước nóng, nước được đun nóng tới nhiệt độ 85˚C bằng hơi nước bão hoà cấp qua đường ống xoắn ruột gà. Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm. Đường kính ngoài thùng: Dng = 4,0m. 11. Hệ thống cip nấu Hệ thống CIP nấu gồm: 1 thùng NaOH 2% nóng, 1 thùng nước clo 10%, 1thùng HNO3 0,1%. Chọn thùng CIP làm bằng thép không gỉ, thân trụ H = 1,5D, đáy cầu: h1 = 0,1D, nắp cầu h2 = 0,1D. Thể tích mỗi thùng: V = ) 68 ( 4 3 11 22 hhD HD pipipi ++ = 6 )1,0( 8 1,05,1 4 322 DDDDD pipipi ++ = 1,218D3 Lượng CIP rửa thường bằng 5 – 8% thể tích thùng. Ta tính cho thùng nấu hoa là thùng có thể tích lớn nhất 30,4m3, thể tích sử dụng của thùng là 80% thì thể tích các thùng CIP cần đạt: 0,08.30,4/0,8 = 3,04(m3). Ta có: 1,218D3 = 3,04(m3) Suy ra: D = 1,36(m). Quy chuẩn: D = 1,4m. H = 2,1m; h1 = 0,14m; h2 = 0,14m. Thể tích thực của mỗi thùng: V = 1,218D3 = 1,218.1,43 = 3,34(m3) Các thùng có thành dày 5mm, đường kính ngoài của các thùng: Dng = 1,41m Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 63 h4 h3 h2 h1 D Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm II. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng lên men 1. Tank lên men Chọn tank lên men là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,5D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = )3 ( 4 1 2 2 h hD +pi = ) 3 866,05,1( 4 2 DDD +pi = 1,405D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị chiếm 15% tổng thể tích có thể chứa của thùng, ta có: Vtr = 3 2 4 hDpi = hiV85 15 Suy ra: h3 = 0,316D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,653D3 Ứng với một mẻ nấu thể tích dịch đưa đi lên men là: 18,68m3 Ta sử dụng thùng lên men có thể chứa được lượng dịch ứng với 6 mẻ nấu, tức là có thể tích hữu ích đạt: 6.18,68 = 112,08(m3) Ta có: 1,405D3 = 112,08(m3) Suy ra: D = 4,30(m) Quy chuẩn: D = 4,4m; h1 = 3,81m; h2 = 6,6m; h3 = 1,39m; h4 = 0,44m Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,653D3 = 1,653.4,43 = 140,8(m3) Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 64 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Tank lên men có lớp áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của tank là: Dng = 4,6m Một ngày nấu lượng dịch đường được chứa vào 1 tank lên men, chu kì lên men kéo dài 21 ngày đối với sản phẩm bia chai. Bên cạnh đó còn cần thời gian khoảng 1 ngày để lọc dịch đường, vệ sinh tank… Do đó số tank cùng sử dụng là 22 tank, cộng với 2 tank dự trữ thì số tank lên men cần là 24 tank. 2. Thiết bị nhân giống cấp II Chọn thiết bị nhân giống cấp II là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = )3 ( 4 1 2 2 h hD +pi = ) 3 866,0( 4 2 DDD +pi = 1,012D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = 3 2 4 hDpi = 0,2Vhi Suy ra: h3 = 0,258D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,215D3 Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/10 thể tích dịch lên men trong 1 tank lên men: 0,1.112,08 = 11,21(m3) Ta có: Vhi = 1,012D3 = 11,21(m3) Suy ra: D = 2,23(m) Quy chuẩn: D = 2,2m; h1 =1,91m ; h2 = 2,2m; h3 = 0,57m; h4 = 0,22m Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,215D3 = 1,215.2,23 = 12,9(m3) Thùng nhân giống có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị là: Dng = 2,4m. 3. Thiết bị nhân giống cấp I Chọn thiết bị nhân giống cấp I là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 65 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Vhi = )3 ( 4 1 2 2 h hD +pi = ) 3 866,0( 4 2 DDD +pi = 1,012D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = 3 2 4 hDpi = 0,2Vhi Suy ra: h3 = 0,258D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,215D3 Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/3 thể tích dịch nhân men cấp II: 11,21/3 = 3,74(m3) Ta có: 1,012D3 = 3,74(m3) Suy ra: D = 1,55(m) Quy chuẩn: D = 1,6m; h1 = 1,39m; h2 = 1,6m; h3 = 0,41m; h4 = 0,16m Thể tích thực của thiết bị: V = 1,215D3 = 1,215.1,63 =5,0(m3) Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kinh ngoài của thiết bị là: Dng = 1,8m. 4. Thiết bị rửa men sữa kết lắng Chọn thiết bị rửa men là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,2D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = )3 ( 4 1 2 2 h hD +pi = ) 3 866,02,1( 4 2 DDD +pi = 1,169D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/4 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = 3 2 4 hDpi = 0,25Vhi Suy ra: h3 = 0,372D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,462D3 Lượng sữa men kết lắng ứng với 1000l bia là 20l, với 1 tank lên men có thể tích dịch là 112,08m3 thì thể tích sữa men kết lắng là: 20 1000 112080 × = 2241,6(l) Thể tích hữu ích của thiết bị rửa men phải gấp 2 lần thể tích men thu hồi, tức là khoảng: 2.2241,6 = 4483,2(l) Ta có: 1,169D3 = 4,48(m3) Suy ra: D = 1,57(m) Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 66 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệu lít/năm Quy chuẩn: D = 1,6m; h1 = 1,39m; h2 = 1,92m; h3 = 0,60m; h4 = 0,16m Thể tích thực của thiết bị: V = 1,462D3 = 1,462.1,63 = 6,0(m3) Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị là: Dng = 1,8m. 5. Thiết bị hoạt hoá men Chọn thiết bị hoạt hoá men là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,2D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = )3 ( 4 1 2 2 h hD +pi = ) 3 866,02,1( 4 2 DDD +pi = 1,169D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/4 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = 3 2 4 hDpi = 0,25Vhi Suy ra: h3 = 0,372D Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,462D3 Thiết bị phải chứa được lượng dịch bằng 1/100 thể tích dịch lên men ứng với 1 tank lên men: 0,01.112,08 = 1,12(m3) Ta có: 1,169D3 = 1,12(m3) Suy ra: D = 0,99(m) Quy chuẩn: D = 1m; h1 = 0,87m; h2 = 1,2m; h3 = 0,37m; h4 = 0,1m Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,462D3 = 1,462.13 = 1,5(m3) Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị là: Dng = 1,2m 6. Hệ thống cip lạnh: Hệ thống CIP lạnh gồm: 1 thùng NaOH 2%, 1 thùng Trimeta HC 2%, 1 thùng P3 oxonia 0,5%. Chọn thùng CIP làm bằng thép không gỉ, thân trụ H = 1,5D, đáy cầu: h1 = 0,1D, nắp cầu h2 = 0,1D. Thể tích mỗi thùng: V = ) 68 ( 4 3 11 22 hhD HD pipipi ++ = 6 )1,0( 8 1,05,1 4 322 DDDDD pipipi ++ = 1,218D3 Ngô Xuân Đồng Lớp Công nghệ sinh học A- K47 67 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà