Đồ án Thiết kế nhà máy bia năng suất 45 triệu lít/năm

ít 167 lít 1002 lít 300,6 m3 7 Men thải bỏ 15 lít 501 lít 3006 lít 901,8 m3 8 CO2 thoát ra 16,91 m3 564,8 m3 3388,76m3 1016628 m3 9 CO2 có thể thu hồi 11,83 m3 395,12m3 2370,73m3 711219,6 m3 10 CO2 cần để bão hoà 1,39 m3 46,43 m3 278,56 m3 83566,8 m3 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) 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 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 20 kg. Chọn cân gạo và malt lót có khả năng cân cao nhất 1000kg, độ chính xác 1kg, 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 8000kg/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 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: 9,96 tấn. Khối lượng riêng của hỗn hợp dịch bột là 1,07(tấn/m3) Thể tích của hỗn hợp trong nồi hồ hoá là: = 9,31(m3) Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: = 12,41(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. Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = = = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 12,41(m3). Suy ra: D = 2,8m. Quy chuẩn: D = 2,8m. H = 1,68m; h1 = 0,56m; h2 = 0,42m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 3,0m. Thể tích thực của nồi là: V = 0,554D3 = 0,554.2,83 = 12,16(m3). Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8.D = 2,24m Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 2,24m, tốc độ khuấy 32v/ph. Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi hồ hoá là 9,31m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là: F = 0,5.9,31 ≈ 4,66(m2) 4. Nồi đường hoá Tổng khối lượng dịch trong nồi đường hoá ứng với một mẻ nấu là: 35,77 tấn. Dịch bột có khối lượng riêng là 1,08(tấn/m3), thể tích dịch trong nồi đường hoá là: = 33,12(m3) Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: * 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. Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = = = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 44,16m3. Suy ra: D = 4,3m. Quy chuẩn: D = 4,3m. H = 2,6m; h1 = 0,86m; h2 = 0,65m. Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 0,554.4,33 = 44,05(m3). Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài là: Dng = 4,5m. Chiều cao phần hai vỏ: H2vỏ = 0,8D = 3,44m. Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 3,44m. Tốc độ khuấy 32v/ph. Diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi đường hoá là 33,12m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là: F = 0,5.33,12 ≈ 16,56(m2) 5. Thùng lọc đáy bằng Thùng đáy bằng, thân trụ, nắp nón h2 = 0,15D. Khối lượng bã malt và gạo tương ứng với một mẻ nấu là: 6,1 tấn Khối lượng riêng của bã là: 0,75 tấn/m3 Thể tích bã là: = 8,13(m3) Chọn chiều cao lớp bã là: 0,5m Diện tích đáy lọc: = 16,26(m2) Đường kính thùng lọc là: D = ≈ 4,55(m) Quy chuẩn: D = 4,6m. Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng là: Dng = 4,8m. Nắp nón: h2 = 0,15D = 0,69m. Diện tích đáy lọc thực tế: Khối lượng dịch còn lại sau đường hoá: 34,59 tấn Khối lượng chất chiết có trong dịch đường sau đun hoa là: Quá trình lọc bã và đun hoa tổn thất chất chiết là 2%, khối lượng chất chiết có trong dịch đường trước lọc là: = 5122,45(kg) Hàm lượng chất chiết trong dịch đường sau đường hoá là: = 14,81% Khối lượng riêng của dịch đường sau đường hoá là: 1,06 tấn/m3 Thể tích riêng của dịch đường sau đường hoá là: = 32,63(m3) Chiều cao của lớp dịch lọc trong nồi: hd = = = 1,966(m) Thể tích sử dụng của thùng là 70%, chiều cao thân trụ của thùng là: Ht = = = 2,81(m) Đáy giả cách đáy thật 2cm, chiều cao thùng phần thân trụ của thùng là: H = Ht + 0,02 = 2,81 + 0,02 = 2,83(m) Thể tích thực của nồi: . 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: 39,923 m3 Quá trình đun hoa thể tích dịch giảm 10% do nước bay hơi, thể tích dịch trước đun hoa: Thể tích sử dụng của nồi là 70%, thể tích của nồi cần đạt là: * 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. Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = = = 0,554D3 Ta có: 0,554D3 = 63,37m3 Suy ra: D = 4,854m. Quy chuẩn: D = 4,9m. Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của nồi hoa: Dng = 5,1m. H = 3,06m; h1 = 1,02m; h2 = 0,765m. Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8D = 4,08m. ` Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 65,18m3. 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 44,36m3. Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = 0,5.44,36 ≈ 22,18(m2) 7. Thùng lắng xoáy Đáy bằng hơi nghiêng 3 - 5˚, thân trụ H = 0,8D, nắp nón h2 = 0,15D. Thể tích thùng: V = = 0,628D3 Thể tích dịch sau đun hoa: 39,923m3 Hệ số đổ đầy của thùng là 75%, thể tích thùng cần đạt là: = 53,23(m3) Ta có: 0,628D3 = 53,23m3. Suy ra: D = 4,58m Quy chuẩn: D = 4,6m. H = 3,7m; h2 = 0,69m. Thành thùng dày 5mm, đường kính ngoài thùng: Dng = 4,6m Thể tích thực của thùng: V = 0,628D3 = 0,628.4,63 = 61,13(m3). 8. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí * Chọn thiết bị lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản có năng suất 30m3/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... 9. 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: = = 1,178D3 Một mẻ nấu bia chai lượng nước sử dụng là: Nước nấu cháo: 8,297 m3 Nước đường hoá: 20,989 m3 Nước rửa bã: 17,622 m3 Nước vệ sinh khoảng 8% thể tích nồi lớn nhất là nồi hoa: 0,08.65,18 = 5,21 (m3) Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia chai là: 8,297 + 20,989 + 17,622 + 5,21 = 52,12(m3) Như vậy lượng nước cần sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là 52,12 m3 tính theo bia chai. Ta lấy mỗi thùng chứa lượng nước dùng đủ cho 1 mẻ nấu, tức là chứa được: 52,12(m3) Thể tích chứa của thùng 85%, thể tích thùng cần đạt: = 61,32(m3) Ta có: 1,178D3 = 61,32m3 Suy ra: D = 3,734m. Quy chuẩn: D = 3,8m. H = 5,7m; h2 = 0,38m. Thể tích thực của thùng: V = 1,178D3 = 1,178.3,83 = 64,64(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. 10. 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 = = = 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 65,18 m3, thể tích sử dụng của thùng là 80% thì thể tích các thùng CIP cần đạt: 0,08.65,18/0,8 = 6,518(m3). Ta có: 1,218D3 = 6,518(m3) Suy ra: D = 1,75(m). Quy chuẩn: D = 1,8m. H = 2,7m; h1 = 0,18m; h2 = 0,18m. Thể tích thực của mỗi thùng: V = 1,218D3 = 1,218.1,83 = 7,1(m3) Các thùng có thành dày 5mm, đường kính ngoài của các thùng: Dng = 1,81m 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 = = = 1,405D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị chiếm 15% tổng thể tích có thể chứa của thùng, ta có: Vtr = = 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: 3.37,37 = 112,11(m3) Ta có: 1,405D3 = 112,11(m3) Suy ra: D = 4,305(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) 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 2 tank lên men, chu kì lên men kéo dài 17 ngày đối với sản phẩm bia chai.Do đó số tank cùng sử dụng là 34 tank, cộng với 1 tank dự trữ thì số tank lên men cần là 35 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 = = = 1,012D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = = 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: Vhi = = = 1,012D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = = 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 = = = 1,169D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/4 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = = 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: = 2242,2(l) Thể tích hữu ích của thiết bị rửa men phải gấp 2 lần thể tích men thu hồi, tức là khoảng: 2.2242,2 = 4484,4(l) Ta có: 1,169D3 = 4,4844(m3) Suy ra: D = 1,57(m) 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 = = = 1,169D3 Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/4 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = = 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: 0,01.112,11 = 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 = = = 1,218D3 Lượng CIP rửa thường bằng 5-8% thể tích thùng. Ta tính cho 1 tank lên men có thể tích 140,8(m3), hệ số sử dụng của các thùng CIP là 80% thì thể tích mỗi thùng cần đạt: 0,08.140,8/0,8 = 14,08(m3) Ta có: 1,218D3 = 14,08(m3) Suy ra: D = 2,26(m) Quy chuẩn: D = 2,3m; H = 3,5m; h1 = 0,23m; h2 = 0,23m Thể tích thực của mỗi thùng: V = 1,218D3 = 1,218.2,33 = 15,0(m3) Các thùng có thành dày 5mm, đường kính ngoài của các thùng: Dng = 2,31m 7. Thùng tàng trữ và bão hoà CO2 Để tàng trữ, bão hoà CO2 và ổn định bia sau lọc ta sử dụng 4 thùng chứa thân trụ đường kính D, đáy cầu: h1 = 0,1D, nắp cầu: h2 = 0,1D, chiều cao thân trụ: H = 1,5D. Thể tích của thiết bị: V = = = 1,218D3 Thể tích hữu ích của thiết bị chiếm 85% tổng thể tích của thiết bị: Vhi = 0,85V = 1,035D3 Lượng bia sau lọc ứng với một tank lên men cũng chính là ứng với một ngày nấu là: 104,91(m3), do đó mỗi tank tàng trữ phải chứa được: 104,91/4 = 26,23 (m3). Ta có: Vhi = 1,035D3 = 26,23(m3) Suy ra: D = 2,94(m) Quy chuẩn: D = 3,0m; h1 = 0,3m; h2 = 0,3m; H = 4,5m Thể tích thực của thiết bị: V = 1,218D3 = 1,218.3,03 = 32,9(m3) Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị: Dng = 3,2m III. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng hoàn thiện 1. Thiết bị lọc trong bia Lượng bia cần lọc một mẻ 35,5 m3 Một mẻ thiết bị hoạt động trong 2h Năng suất thiết bị là : 35,5/2 = 17,8 m3/h Chọn máy lọc khung bản có năng suất 25m3/h . Phần thân máy được làm bằng thép và được phủ kín bằng một lớp thép không gỉ, các tấm lọc được nén bằng trục vít tay quay. Máy lọc khung bản có kích thước 3´1,5m 2. Thùng tàng trữ và bão hoà CO2 Để tàng trữ, bão hoà CO2 và ổn định bia sau lọc ta sử dụng 4 thùng chứa thân trụ đường kính D, đáy cầu: h1 = 0,1D, nắp cầu: h2 = 0,1D, chiều cao thân trụ: H = 1,5D. Thể tích của thiết bị: V = = = 1,218D3 Thể tích hữu ích của thiết bị chiếm 85% tổng thể tích của thiết bị: Vhi = 0,85V = 1,035D3 Lượng bia sau lọc ứng với một tank lên men cũng chính là ứng với một ngày nấu là: 104,69(m3), do đó mỗi tank tàng trữ phải chứa được: 104,69/4 = 26,17 (m3). Ta có: Vhi = 1,035D3 = 26,17(m3) Suy ra: D = 2,93(m) Quy chuẩn: D = 3,0m; h1 = 0,3m; h2 = 0,3m; H = 4,5m Thể tích thực của thiết bị: V = 1,218D3 = 1,218.3,03 = 32,9(m3) Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngoài của thiết bị: Dng = 3,2m 3. Hệ thống chiết bock Lượng bia hơi lớn nhất một ngày sản xuất là: 200000(l) Chọn bock có dung tích 50(l) thì số bock sử dụng trong ngày là: 200000/50 = 4000(bock) * Máy rửa bock: Ngày làm việc 12h, hệ số sử dụng máy là 0,8 thì năng suất của máy rửa bock cần đạt: = 417(bock/h) Chọn máy rửa bock có thông số kỹ thuật: Năng suất: 420 bock/h Kích thước: 1,5m × 2,2m × 2,1m Nhiệt độ nước nóng: 50 – 55˚C Tổn hao nước nóng: 6 m3/h ở 0,4 at Tổn hao nước nguội: 2 m3/h ở 0,4 at Công suất động cơ: 2,5 kW * Máy chiết bock: Ngày làm việc 12h, hệ số sử dụng máy là 0,8 thì năng suất máy chiết bock cần đạt: = 20834(l/h) Chọn máy chiết bock thông số kỹ thuật: Năng suất 22000 l/h Kích thước máy: 4,15m × 1,6m × 3,85m Số vòi chiết: 3 Khoảng cách giữa 2 vòi: 1,4m Công suất: 0,8 kW Áp suất dư: 0,7 at 4. Hệ thống chiết chai Lượng bia chai lớn nhất một ngày sản xuất là 200000(l) Chọn chai có dung tích 450ml thì số chai cần dùng một ngày là: = 444445(chai) Ngày làm việc 24h, hệ số sử dụng máy là 0,8 thì năng suất máy cần đạt: = 23149(chai/h) * Chọn máy rửa chai có thông số kỹ thuật: Năng suất:25000 chai/h Kích thước: 6,5m × 3,44m × 2,8m Thể tích bể chứa kiềm: 8m3 Đường kính van xối kiềm: 35mm Chu kì một vòng: 12,9 phút Thời gian nghỉ: 1,9 phút Số bơm: 2 chiếc Năng suất bơm: 10 m3/h Công suất động cơ: 7 kW * Chọn máy chiết chai có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước: 3,5m × 2m × 3,2m Áp suất khí nén: 2,5 bar Áp suất nước cấp của bơm cao áp: 1 – 2 bar Áp suất CO2 vào: 2,5 – 3 bar Độ chân không: 0,85 – 0,97 bar * Chọn thiết bị thanh trùng là hầm thanh trùng (tunel) có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước 18m × 2,7m × 2,2m Công suất lắp đặt 4,1 kW, sử dụng điện áp 3 pha: 400V, 50Hz Áp suất khí nén: 6 – 7 bar, 150 l/ph Hơi 3 – 4 bar, 6 – 8 m3/h Tiếng ồn: < 70db Thông số hoạt động: Tốc độ băng tải chính: 0,339 m/ph Nhiệt độ đầu vào: 4˚C Nhiệt độ nước cấp: 18˚C Nhiệt độ nước đầu ra: 25 – 36˚C Chu kì chai vào ra khỏi máy là: 62 phút Chu kì hoạt động: 60 phút.Trong đó thời gian gia nhiệt 27 phút, giữ nhiệt 10 phút, hạ nhiệt 23 phút. Hầm thanh trùng có 8 khoang, mỗi khoang phun nước nóng ở một nhiệt độ khác nhau. Gia nhiệt 4→19˚C bằng nước 28˚C Gia nhiệt 19→33˚C bằng nước 42˚C Gia nhiệt 33→47˚C bằng nước 48˚C Gia nhiệt 47→64˚C bằng nước 64˚C Giữ nhiệt 64˚C bằng nước 68˚C Hạ nhiệt 64→59˚C bằng nước 62˚C Hạ nhiệt 59→49˚C bằng nước 40˚C Hạ nhiệt 49→36˚C bằng nước 32˚C * Chọn máy dán nhãn có thông số kỹ thuật: Năng suất: 30000 chai/h Kích thước máy: 3,56m × 1,2m × 1,5m Tốc độ quay: 15 v/ph Công suất động cơ: 0,8 kW Trọng lượng máy: 300 kg Sử dụng keo Krones hay Eticol 6300 * Chọn máy bắn chữ có thiết bị cảm biến, điều khiển tự động * Chọn máy xếp két Một két chứa được 20 chai, máy xếp két cần đạt năng suất: = 1158(két/h) Chọn máy xếp két có thông số kỹ thuật: Năng suất: 1500 két/h Kích thước máy: 1,5m × 1m × 2,5m * Chọn máy rửa két có thông số kỹ thuật: Năng suất: 1500 két/h Kích thước máy: 4m × 0,7m × 1,5m * Các thiết kế và trang bị phụ trợ: Các nồi nấu, tank, thùng chứa đều được thiết kế các đường ống vào ra, quả cầu CIP, cửa để quan sát, vệ sinh, cấp hoá chất. Các thiết bị có vỏ áo hơi được trang bị đồng hồ đo áp suất hơi, cảm biến đo nhiệt độ nấu. Các tank lên men, nhân men… được trang bị đồng hồ đo áp lực CO2, cảm biến đo nhiệt độ. Các thiết bị có kích thước và khối lượng không quá lớn được thiết kế các chân đỡ bằng thép, các thiết bị có kích thước và khối lượng lớn như tank lên men, thùng chứa nước… được đặt trên bệ bê tông. Các vị trí thao tác trên cao được thiết kế sàn thao tác thấp hơn khoảng 75cm, có cầu thang lên xuống để thuận tiện trong quá trình sản xuất. Ngoài ra các nồi nấu còn được thiết kế ống hơi có đường kính 30cm bằng khoảng 1/10 đường kính các nồi nấu, thiết kế này nhằm mục đích tạo dòng hơi bốc lên đủ mạnh tránh sự nhiễm tạp đặc biệt là trong giai đoạn lắng xoáy. Các thùng rửa men, hoạt hoá men, nhân men còn được trang bị cánh khuấy nhiều tầng, thùng rửa men được trang bị cân điện tử. Dây chuyền chiết chai được thiết kế hệ thống xích tải vận chuyển chai có trang bị hệ thống phun nước bôi trơn, đặt trên các chân đỡ có máng hứng nước. Phần V: Tính toán nhu cầu năng lượng, nhu cầu nước của nhà máy I. Tính nhiệt lạnh 1. Lượng nhiệt lạnh cần cấp cho thiết bị lạnh nhanh Lượng dịch đường đi lên men ứng với một mẻ nấu bia chai 37,37 m3, có nồng độ chất khô 12˚Bx có khối lượng riêng 1,048kg/l. Khối lượng dịch đường đưa đi lên men: G1 = 37370.1,048 = 39163,76(kg). Dịch đường sau lắng xoáy có nhiệt độ khoảng 85 – 90˚C cần được làm lạnh nhanh xuống nhiệt độ lên men là 8˚C, Δt1 = 80˚C. Ở điều kiện này ta lấy thông số trung bình: Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 4,173(kJ.kg-1.độ-1) Nhiệt dung riêng của chất tan quy theo đường tan: Ct = 1,314(kJ.kg-1.độ-1) Nhiệt dung riêng của dịch đường: C1 = = 3,830(kJ.kg-1.độ-1) Chất tải nhiệt là nước đá có nhiệt độ 2˚C sẽ được đun nóng lên nhiệt độ 70 – 75˚C, Δt2 = 70˚C. Ở điều kiện này ta lấy nhiệt dung riêng trung bình của nước: C2 = 4,173(kJ.kg-1.độ-1). Khi đó lượng nước đá cần để làm lạnh dịch đường đi lên men là: G2 = = = 41079,65(kg) Nước ban đầu có nhiệt độ 25˚C được làm lạnh xuống 2˚C, Δt = 23˚C. Ở điều kiện này nhiệt dung riêng trung bình của nước là: C = 4,185(kJ.kg-1.độ-1). Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nước ứng với một mẻ nấu là: Q = G2.C.Δt = 41079,65.4,185.23 = 3954,12.103(kJ) Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nước ứng với 1 ngày nấu là: QLạnh nhanh = 6 × Q = 23724,73.103(kJ) 2. Lượng nhiệt lạnh cấp cho khu tank lên men a. Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính Phản ứng chính xảy ra trong quá trình lên men: C12H22O11 + H2O → 4C2H5OH + 4CO2 + Q 342g 18g 184g 176g 312,3kJ Nhiệt lượng toả ra khi lên men 1kg đường maltose là: q = = 913,1(kJ) Lượng dịch đường đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là: 112,11m3 Dịch đường đi lên men có nồng độ chất khô là 12˚Bx, có khối lượng riêng 1,048 kg/l. Khối lượng dịch đường đưa đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là: 112110.1,048 = 117491,28(kg) Trung bình mỗi ngày lên men nồng độ chất khô của dịch giảm 1,5˚Bx, tức là một ngày ứng với 1tank lên men lượng chất khô chuyển hoá là: G