Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất bia năng suất 10 triệu lít/năm

ể đạt được sự trao đổi nhiệt tốt nhất cần phải đảm bảo : + Độ dày của tấm hợp kim phải đủ mỏng: 0,8 mm + Các tấm hợp kim có cấu tạo sao cho sinh được dòng chảy rối. + Các nếp gấp giữa các tấm bản phải nhỏ. Lượng dịch đường trước khi lên men trong một mẻ là: 10961,5 lít. Tổn thất trong quá trình làm lạnh nhanh là 0,5%. Lượng dịch đường trước khi đưa vào làm lạnh nhanh là : lit Thời gian làm lạnh nhanh là 2 h, hiệu suất của thiết bị là 85%. Năng suất của máy lạnh nhanh là : m3 Chọn máy làm lạnh có năng suất 6000 l/h L=2180 mm B= 2200 mm H= 1620 mm Trọng lượng : 600 kg Các thiết bị ở phân xưởng nấu STT Tên thiết bị Kích thước (m) Năng suất Số lượng 1 Cân 1000 Kg 1 2 Máy nghiền malt 1200 Kg/h 1 3 Máy nghiền gạo 1000 Kg/h 1 4 Nồi nấu cháo(m) D = 2,2 ; H =1,32 1 5 Nồi đường hoá D = 3,0 ; H =1,8 1 6 Thùng lọc D = 3,3 ; H = 2,2 1 7 Nồi nấu hoa D = 2,8 ; H = 2,8 1 8 Thùng lắng xoáy D = 2,5 ; H =3,0 1 9 Lạnh nhanh 800*800 6000 l/h 1 19 Nồi nước nóng D = 3,0 ; H=3,6 1 V.4. Tính toán thiết bị trong phân xưởng lên men Để tính toán thiết bị cho phân xưởng lên men ta phải tính với số liệu chung vì lượng bia đưa đi lên men là như nhau. 1. Chọn thiết bị lên men chính Chọn thùng lên men hình trụ, đáy côn, bên ngoài có khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị làm bằng thép không rỉ, có trang bị hệ thống van, nhiệt kế, kính quan sát. Gọi Vh là thể tích hữu ích của thùng lên men (m3) D là đường kính trong của thiết bị (m) h1: chiều cao phần nón (m) h2: chiều cao phần trụ chứa dịch (m) h3: chiều cao phần trụ không chứa dịch (m) h4: chiều cao phần nắp (m) a: góc đáy côn, thường chọn a = 600 Chọn h2/D = 1,5 do thể tích dịch đường Vd < 50m3 Vd= Vtrụ+Vcôn, Chọn Vtrống = 25%Vd, h4= 0,1. D vậy Vd = PD2h2/4 + PD2h1/12 = PD3 1,5/4 + PD3/24 = 0,47. PD3. Mỗi ngày cả 4 mẻ đều được đưa vào một tank lên men Chọn tank lên men có thể chứa đủ 4 mẻ. Thể tích dịch đường của 4 mẻ là: Vd= 43846 Lít = 43,846 m3 suy ra D = 3,1 m. Qui chuẩn D=3,2 m h2 = 1,5. D = 4,8 m h1 = 0,866. D = 2,73 m Ngoài ra, phần đỉnh thiết bị ( hình trụ ) có thể tích 25% thể tích hữu ích Suy ra Vtrống = 0,25 Vd = 0,25´43,846 = 11 m3 Thể tích thực của thùng lên men là: V=Vd+ Vtrống= 43,846 +11 = 54,846 m3 = 55 m3 Chiều cao phần trụ trống: h3= 4. Vtrống /PD2 = 1,45 m Phần nắp thiết bị hình chỏm cầu có chiều cao h4, ta chọn h4= 0,1D Suy ra h4= 0,32 m. Quy chuẩn các kích thước: D= 3200 mm. h1= 2800 mm, h2= 4800 mm h3= 1450 mm, h4= 320 mm Chiều cao thùng lên men : Ht=h1+ h2+ h3+ h4= 2,8+4,8+1,45+0,32=9,37 m = 9370 mm. Chọn chiều dày thùng là 10mm. Chọn lớp bảo ôn dày 100mm Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 800mm Suy ra chiều cao toàn bộ thiết bị là H = Ht + 0,8 = 10170 mm Tính số thùng lên men Số ngày lên men chính là: chọn 5 ngày Số ngày lên men phụ là : chọn 10 ngày Một ngày nghỉ để sửa chữa và vệ sinh Vậy tổng thời gian lên men và vệ sinh thùng là T= Tc+Tp+1 = 16 Số lượng tank lên men là số tank dùng 1 ngày x số ngày làm việc 1 tank = 16 2. Chọn thiết bị gây men giống. Cấu tạo của các thùng nhân giống tương tự như thùng lên men chính.Việc tính toán cho thiết bị gây men giống cấp 1 và cấp 2 dựa trên nguyên tắc tính cho thiết bị lên men chính đã tính ở trên . Nguyên tắc chọn : thể tích hữu ích của thùng gây giống cấp 2 bằng 1/10 thể tích dịch lên men của một thùng lên men chính, thể tích hữu ích của thùng gây giống cấp 1 bằng 1/10 thể tích hữu ích của thùng gây men giống cấp 2 Chọn thùng hình trụ, đáy thép, làm bằng thép không rỉ, có trang bị hệ thống sục khí, van, nhiệt kế, kính quan sát. +Thùng lên men cấp 2 Gọi V2 là thể tích hữu ích của thùng lên men cấp hai (m3) V2 =43,846:10 = 4,3846 m3 D là đường kính trong của thiết bị (m) h1: chiều cao phần nón (m) h2: chiều cao phần trụ chứa dịch (m) h3: chiều cao phần trụ không chứa dịch (m) h4: chiều cao phần nắp (m) a : góc đáy côn, thường chọn a = 600C V2 = PD2h2/4 + PD2h1/12 Chọn h2= D, có h1= 0,866 . D Suy ra: V2 = 1,29PD3/4 = 4,3846 ịD = 1,64 m ị h2 =1,64 m h1 = 1,42m Chọn Vtrống = 25%V2, h4= 0,1D = 0,164 m Vtrống= 25%´4,52 = 1,13 m3 ị h3 = 4´ Vtrống /PD2 = 0,54 m Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 800mm. Quy chuẩn các kích thước: D=1600mm ; h1=1400mm h2=1600mm ; h3=550mm h4=160 mm Chiều cao thiết bị nhân giống là H = 1,6 +1,4 + 0,55 + 0,16 + 0,8 = 4,51 m. Số thiết bị 1 +Thiết bị nhân giống cấp 1 : có thể tích V1= (1/10).V2 = 0,43846 m3 Mà V1= 1,29´PD3/4 ị D = 0,7 m ị h1= 0,866´D = 0,6 m. h2 = 0,7 m ; Vtrống= 25%´0,452 = 0,113 m3 ị h3 = 4´ Vtrống /PD2 = 0,3 m ; h3 = 0,30 m ; h4= 0,07 m Quy chuẩn các kích thước: D=700 mm ; h1= 600 mm h2= 700 mm ; h3=300 mm h4= 70 mm . Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 800mm. Tổng chiều cao thiết bị H= 0,6 + 0,7 + 0,30 + 0,07+ 0,8 = 3,46 m. Số thiết bị chọn là 1 3. Thiết bị rửa men sữa. Thiết bị rửa sữa men là một thùng hình trụ đáy cầu, được chế tạo bằng thép không rỉ. Theo thực tế cứ 1000 lít dịch đường thu được 20 lít sữa men độ ẩm 80%. Do vậy một ngày phân xưởng thu được tổng thể là : 43846 x20/1000 = 87692 lít. Một ngày cần lượng men sữa là : 438,46 lít ( cho vào một tank lên men ). Khi đem rửa thường lấy dư ra so với lượng cần là 20 %. Do đó lượng đem đi rửa là: 438,46 / 0,8= 548 lít. Nước rửa đem dùng phải có thể tích bằng 2 lần thể tích men sữa cần rửa, nghĩa là cần: 548 x 2 = 1096 lít. Đây chính là thể tích hữu ích của thùng rửa men sữa. Với hệ số sử dụng thiết bị là 0,8 thì thể tích thực của thiết bị là 1096/0,8 = 1370 lít Chọn h2= 1,2 D h1= 0,866 D. Vthực = Vtrụ + Vnón = h2.pD2/4 + h1.pD2/12. Vthực = 1,14.D3 = 1,37 m3. Suy ra D = 1,05 m. Do vậy h1= 0,91 m, h2= 1,26 m. Vtrống = 25% Vthực =25%.1,342 h3 = 4´ Vtrống /PD2= 0,4 m Quy chuẩn D = 1 m ; h1 = 0,9 m; h2 = 1,3 m ; h3 = 0,4 m Khoảng cách từ đáy thiết bị đến sàn nhà chọn bằng 500mm. Chiều cao H = 0,9 + 1,3 + 0,4 + 0,5 = 3,1 m 4. Máy lọc bia Lọc bia bằng thiết bị lọc khung bản. Lượng bia lọc tối đa trong một ngày 41653,6 lít. Chọn mỗi ngày lọc 2 ca, mỗi ca lọc 2 h, hệ số sử dụng 0,7. Do vậy đòi hỏi máy lọc phải có năng suất tối thiểu là = 14876 lít = 14,876 m3. Chọn máy lọc có các thông số như sau : Năng suất (m3/h) Kích thước khung (mm) Kích thước bản (mm) số khung bản Bề mặt Lọc (m2) Công suất bơm (kw) 15 800 x 800 x 50 800 x 800 x10 80 50 4,5 5. Thiết bị tàng trữ và bão hoà CO2. Thiết bị tàng trữ và bão hoà CO2 là một thùng hình trụ có đáy và nắp hình chỏm cầu, làm bằng thép không rỉ, có thể chịu được áp suất cao từ 4-5 at. Bên ngoài thiết bị có bố trí áp kế, ống thuỷ. Chiều dày 4-5 mm. Tính toán thiết bị dựa theo lượng bia cần chứa trong một ngày. Số thùng có thể chọn là 4. Số lit bia cần bão hoà CO2 trong 1 ngày là 41653,6 lít. Mỗi thiết bị cần chứa là: 41653,6/4 = 10413,4 lit. Hệ số đổ đầy thiết bị 85%. Do vậy thể tích thực của thùng là : Vt = 10413,4 /0,85 = 12251 lít = 12,251 m3 Chọn h2 =2D h1= h3= 0,15.D. r = 0,5D ( bán kính chỏm cầu ). Vt = pD3.h2/4 +2.ph1(h12+3r) = pD3.2.D/4 +2.p.0,15.D((0,15.D)2+3.0,5.D) Vt = 1,692 D3 → D = 1,95 m. h1= h3 = 0,3 m r = 0,97 m. h2= 3,9 m. Quy chuẩn D = 2 m; h2= 4 m; h1 = h3= 0,3 m ; r = 1 m Chọn chiều cao từ đáy thiết bị xuống đất là 0,5 m. Do vậy chiều cao tổng thiết bị là H= 4 + 0,3 + 0,3 + 0,5 = 5,1 m Bảng 4: Các thiết bị trong phân xưởng lên men. STT Tên thiết bị Số lượng Kích thước Ghi chú 1 Tank lên men 16 3400x10170 Tính cả bảo ôn 2 Thiết bị bão hoà CO2 4 2200x5100 Tính cả bảo ôn 3 Thùng nhân giống cấp 1 1 900x3460 Tính cả bảo ôn 4 Thùng nhân giống cấp 2 1 1800x4510 Tính cả bảo ôn 5 Máy lọc bia 1 800x800 6 Thiết bị rửa sữa men 1 1200x3400 Tính cả bảo ôn v. 5. Phân xưởng hoàn thiện. 5.1 Hệ thống chiết bock 1. Máy chiết bock. Lượng bia cần chiết trong một ngày trung bình là 20,202 m3 . Máy chiết bock làm việc 1 ngày 3 ca, tổng thời gian làm việc 9 giờ. Hệ số sử dụng máy là 70%. Vậy năng suất máy chiết bock là: NS = = 3,2 m3/h. Chọn máy chiết bock có đặc tính kỹ thuật sau: - Năng suất: 3,5 m3/h. - Số vòi chiết: 3 vòi - Khoảng cách giữa 2 vòi: 1400 mm. - áp suất dư: 0,7 atm. - Kích thước máy: L = 4150 mm B = 1600 mm H= 3850 mm - Công suất : 0,8 KW. -Trọng lượng : 1750 kg 2. Hệ thống chiết chai Lượng bia đem chiết chai trung bình một ngày là 20,202 m3. Một ngày làm việc 14 h. Lượng bia chiết trong 1 h là 20,202/14 =1,443 m3. Bia được chiết vào chai 450 ml. Năng suất chiết của máy là : 1,443 x 1000 x 1000 / 450 = 3200 chai. Chọn máy chiết chai có năng suất 6000 chai/h. Số vòi chiết : 36 0,5 -1,2 kg/cm2 . Công suất: 0,8 kw Kích thước : H= 2200 mm L= 1730 mm B= 1980 mm Trọng lượng 4500 Kg Dùng CO2 khi chiết Các máy và thiết bị khác Máy dỡ chai Máy được cấu thành từ những cấu kiện dạng dời, bao gồm : Khung máy, đầu kép chuyển động theo chiều thẳng đứng và nằm ngang, đảm bảo thuận lợi cho vận hành và cung cấp thông tin về trạng thái hoạt động của máy. Công suất trung bình 600 kg/h. Các phụ kiện khác có đủ đảm bảo an toàn và ổn định. Máy rửa két Máy rửa 1 tuyến, công suất trung bình 600 keg/h. Khung và kết cấu của máy làm bằng thép không rỉ, có cửa người vệ sinh bên trong máy. Máy được trang bị đầy đủ các thiết bị bảo vệ an toàn, hệ thống cấp nước hoàn toàn tự động, hệ thống gia nhiệt dùng hơi nước. Ngoài ra còn được trang bị đầy đủ các phụ kiện khác. Máy rửa chai Công suất trung bình 6000 chai/h. Số chai trong một hàng lớn hơn hoặc bằng 24 chai, có bồn ngâm xút sơ bộ và bồn ngâm chính, có hệ thống kiểm tra nồng độ xút. Hệ thống gia nhiệt cho bồn ngâm dùng hơi nước, được khống chế và điều chỉnh tự động. Hệ thống phun rửa kiểu quay, băng tải dẫn chai làm bằng thép không rỉ, hệ thống khí nén. Ngoài ra còn có máng nạp xút, bàn dồn chai. Công suất chung của các bơm : 13 kw Tiêu hao nước 6600 lít/giờ Tiêu hao hơi 300 kg/giờ Khối lượng máy : 19000 kg Kích thước : L= 8420 mm B= 3495 mm H= 2600 mm Máy thanh trùng Công suất trung bình 6000 chai/h. Kết cấu của máy và băng tải làm bằng thép không rỉ. Hệ thống gia nhiệt tự động bằng hơi nước, điều chỉnh nhiệt độ tự động, Chế độ thanh trùng được xác lập đảm bảo theo yêu cầu công nghệ. Thiết bị thổi khô chai Gồm quạt hút và hệ thống đường ống, tất cả các bộ phận được chế tạo bằng thép không rỉ, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Các thiết bị đi kèm có đủ. Máy dán nhãn Kiểu keo khô, công suất trung bình 6000 chai/h. Máy dán 4 loại nhãn gồm : Nhãn cổ, nhãn thân, phoi nhôm vòng quanh, và nhãn lưng. Các thiết bị đi kèm khác. Kích thước : L= 600 mm B= 800 mm H= 700 mm Máy in mã số kiểu phun trên chai Thiết bị đặt mã số cho chai, đầu in, phần mền điều khiển tiêu chuẩn để in ngày giờ, số hiệu lô ... Băng tải chai Máy xếp chai vào két Công suất trung bình 600 keg/h. v.6. các thiết bị phụ khác : 1. Thùng nước nóng: Cung cấp cho quá trình ( Có thể dùng nước sau thiết bị lạnh nhanh rồi đun sôi ) : Lượng nước này thường bằng 2 lần lượng dịch cần làm lạnh nhanh: V = 2 x11128,4 = 22256,8 lit Hệ số đổ đầy của thùng là 90%. Vậy thể tích thực của thùng là : = 24700lít = 24,7 m3. Thùng hình trụ, đáy hình chóp,sục trực tiếp bằng hơi bão hoà. Thể tích của thùng được tính theo công thức: = 0,3 D3. p Chọn H = 1,2.D ( là chiều cao phần trụ, D là đường kính của thùng ). h = 0,1.D ( h là chiều cao phần đáy ). ị V = 0,3pD3 = 24,7 m3. Ta tìm được : D = 3 m. H = 3,6 m. h = 0,3 m. Đường kính ngoài : 3 + 0,1. 2 = 3,2 m . Phần VI Tính Hơi - nước - điện - lạnh I. Tính hơi cho nhà máy. Hơi được dùng cho các nồi như : hồ hoá, đường hoá, nấu hoa, thanh trùng, đun nước nóng ... 1. Lượng hơi tính cho nấu. 1. Nồi hồ hoá và đường hoá (tính cho một mẻ nấn). Nhà máy dùng hơi nước bão hoà có p = 2,5 kg/cm3, nhiệt độ 126,50C. Lượng nguyên liệu cho vào nồi hồ hoá và đường hoá là: 1393 + 576,8 = 1969,8 kg Vậy khối lượng dịch ở nồi là: 1969,8 x (1 + 5 ) = 11818,8 kg. Độ ẩm của khối cháo đã tính được ở phần thiết bị. W = 85,34% Khi cho nguyên liệu vào nồi nấu, nhiệt độ của khối dịch là 350C, ta mở van cấp hơi để nhiệt độ khối dịch lên 750C. Công thức tính nhiệt chung Q = G x C x (t2 - t1). Trong đó : G : khối lượng dịch (kg). G = 11818,8 kg. t2: Nhiệt độ cuối của dịch 0C (750C). t1: Nhiệt độ đầu của khối dịch 0C (350C). C: Tỷ nhiệt dịch cháo (Kcal/kg0C) .C được tính theo công thức sau: C = x C1 + x C2 Trong đó : C1 : Tỷ nhiệt của chất hoà tan ; C1 = 0,34 Kcal/kg0C C2: Tỷ nhiệt của nước ; C2 = 1 Kcal/kg0C W : Hàm ẩm của dịch cháo: Tính lượng ẩm có trong khối dịch : W Gạo có độ ẩm 14%, malt 7 %. Vậy độ ẩm của khối dịch là : W=((1393 x 0,14 + 576,8x 0,07 ) + 9849) / 11818,8= 85,3%. Thay số ta được. C = 0,904 Kcal/kg0C Thay số vào công thức ta được: Q1 = 427367,8 Kcal. Lượng nhiệt để duy trì ở 750C : Q2 = i x W1. Trong đó : i: nhiệt hàm của hơi nước, i = 640 Kcal/kg W1: Lượng nước bay hơi ở 750C (4% so với lượng nước có trong nồi hồ hoá) kg. Lượng nước có trong nồi là : 576,8.0,07 + 139,3.0,14 + (576,8+139,3).5= 3816 kg W1= 3816 . 0,04 = 152 kg. Thay số vào ta có : Q2 = 640.152 =97687 kCal. Lượng nhiệt mất mát trong nồi đường hoá Q3 = W2 .i Với : W= 3816.0,96 + (1393-139,3).(0,14+5) = 10107 kg i: nhiệt hàm của hơi nước, i = 640 Kcal/kg Q3=10107.640. 0,02= 129374 kCal ( trong nồi đường hoá lượng nước bay hơi là 2 %). Vậy lượng nhiệt cần cung cấp cho nồi nấu cháo và nồi đường hoá(cho 1 mẻ nấu).Lấy 5% tổn thất. Q= Q1+Q2 +Q3+5%( Q1+Q2 +Q3) = 687150,24 k Cal 2. Nồi nấu hoa (tính cho một mẻ nấn). Lượng dịch đi vào nồi nấu hoa là: 12280,4 kg (phần tính thiết bị). Trong Độ ẩm của khối dịch W = 89% Sau khi lọc xong nhiệt độ khối dịch là khoảng 700C. Vậy Lượng hơi cần để nâng nhiệt từ 700C lên 1020C là: Q4 = G x C x (t2 - t1). Trong đó : G = 12280,4kg C = 0,93 Kcal/kg0C (phần tính thiết bị) t2 =700C t1 = 1020C Thay số vào ta được: Q4 = 12280,4x 0,93 x (102 -70 ) = 365464,7 Kcal. Lượng nhiệt để duy trì ở 1020C trong 30 phút: Q5 = i x W5. Trong đó : i =640 Kcal/kg. W5 : Lượng nước bay hơi trong quá trình đun hoa là 6% (so với lượng có trong nối hoa). Vậy W5 = 12280,4 x 0,06 = 736,8 kg. Q5 = 640 x 736,8= 471567 Kcal. Vậy lượng nhiệt cần cho nồi hoa là : Q = Q4 + Q5 = 365464,7 + 471567= 837031,7 Kcal Tổn thất nhiệt trong nồi nấu hoa là : - Lượng nhiệt đun nóng thiết bị là 2 %. - Lượng hơi tổn thất ra môi trường xung quanh 2%. - Tiêu hao khác là 1%. Tổng tổn thất là 5 % Vậy lượng nhiệt phải cấp cho nồi nấu hoa: Qnh = 837031,7 / 0,95 = 881086 Kcal. 3. Nhiệt để đun nước nóng (tính cho một mẻ nấn). Một mẻ nấu cần một lượng nước nóng là: 11128,4 lít( tính cho bia hơi vì cần lượng nước rửa) Lượng nhiệt để đun nước từ nhiệt độ 250C đến 750C là: Q4 = 11128,4 .1.(75-25)= 556420 Kcal (đã tính ở phần trên). Nhiệt tổn thất lấy 5% Vậy lượng nhiệt thực tế phải cấp là: Qnn = = 585705 Kcal. 4. Tổng lượng nhiệt cho một mẻ nấu. Q = Qhd + Qnh + Qnn = 687150,24 + 881086 + 585705 = 2153941,5 Kcal. 2. Tính nhiệt cho thanh trùng. 1. Lượng nhiệt cần để thanh trùng bia chai. Lượng bia chai cần thanh trùng trong 1 ngày là: 80808 chai, loại chai 0,5 lít. Nhiệt cần để nâng nhiệt độ từ 200C lên 670C, với C = 1 Kcal/kg.0C. Khối lượng mỗi chai bia là 0,65 kg/chai. Vậy nhiệt lượng cần thiết là: Q5 = 80808 x 0,65 x 1 x (67 - 25) = 2206058 Kcal/ngày. 2. Lượng nhiệt dùng để hấp vỏ chai, thanh trùng đường ống, thiết bị và rửa thiết bị gây men là khoảng: 100 kg hơi/ giờ. 3. Tính lượng hơi. Lượng hơi và nhiệt có quan hệ theo công thức sau: D = kg hơi. Trong đó: i: nhiệt hàm của hơi nước ở áp suất làm việc p = 2,5 kg/cm2, ứng với i = 640 Kcal/kg l: nhiệt hàm của nước ngưng, l = 100 Kcal/kg. Vậy lượng hơi cần dùng cho một mẻ nấu là: D1 = = 3989 kg hơi/mẻ. Một mẻ nấu thời gian 4 giờ. Vậy lượng hơi cấp cho nồi nấu trong 1 giờ là: 3989 / 4 = 997,25 kg hơi/h. Lượng hơi dùng cho thanh trùng bia chai là: D2 = = 4085 kg hơi/ngày. Mỗi ngày thanh trùng 14 giờ. Vậy lượng hơi cấp cho thanh trùng trong 1 giờ. = 292 kg hơi/h. Vậy tổng lượng hơi cấp trong 1 giờ là: 100 + 997,25 + 291 = 1388,25 kg hơi/h. Tổn thất hơi khoảng 5% trong quá trình vận chuyển. Vậy tổng lượng hơi nồi hơi cần cung cấp là: = 1461 kg/h. 1. Chọn nồi hơi. Dựa vào lượng hơi cần cung cấp ta chọn nồi hơi có các đặc điểm sau: - Năng suất: 2000 kg hơi/h. - áp suất làm việc: 8 atm. - Nhiệt độ hơi: 169,90C. - Diện tích bề mặt đốt nóng: 45 m2. - Thể tích chứa nước: 3 m3. - Đường kính ống sinh hơi: 603 mm. - Đường kính nồi hơi: 2500 mm. - Chiều cao nồi hơi: 3850 m. - Trọng lượng: 4200 kg. - Hệ số hữu ích: 75%. - Số lượng nồi cần dùng: 02 nồi. 2. Tính nhiên liệu cho nồi hơi. ở nước ta than là nguồn cung cấp chính để làm nhiên liệu, ở đây ta dùng than Antrxits làm nhiên liệu đốt cho nồi hơi. Vì lý do sau: Nhiệt lượng cung cấp từ từ, mua dễ dàng và giá không đắt. Lượng nhiên liệu cần dùng đợc tính theo công thức sau: G = kg/h. Trong đó: D: Năng suất nồi hơi, D = 2000 kg/h. ih: Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 662,3 Kcal/kg. in: Nhiệt hàm của nước vào, in = 60 Kcal/kg. q: Nhiệt lượng riêng của 1 kg nhiên liệu, q = 6500 Kcal/kg. à: Hệ số hữu ích của nồi, à = 75%. Thay số vào ta có: G = = 247 kg/h. Hiệu suất đốt cháy là 90%. Vậy lượng than cần trong thực tế là: = 274 kg/h. Lượng than cần dùng trong một ngày là: 274x 24 = 6576 kg/ngày. Lượng than cần dùng trong một tháng là: 6576x 25 = 164400 kg/tháng. Lượng than cần dùng trong một năm là: 164400 x 12 = 1972800 kg/năm. II. Tính lạnh cho nhà máy. 1. Lượng nhiệt cần cho lắng xoáy (tính cho một mẻ). Lượng nước để hạ nhiệt độ dịch từ 1020C xuống 600C nhờ tác nhân là nước lạnh vào là 200C, ra là 400C. Lượng dịch đường nóng trước khi vào thùng lắng là: =11072lít (tính ở phần CBSP). Lượng nhiệt để hạ nhiệt độ từ 1020C xuống 900C Q1 =G x C x (t2 - t1). Trong đó: G: khối lượng của dịch đường 120Bx (có khối lượng riêng là 1,048 kg/l) G = 11072x 1,048 = 11603,5 kg. C: tỷ nhiệt của dịch đường Kcal/kg0C. C = C1 x X1 + C2 x X2 C1 = 0,34 Kcal/kg0C tỷ nhiệt của chất khô 120Bx. X1 = 0,12 C2 = 1 Kcal/kg0C tỷ nhiệt của nước. X2 = 0,88 Thay số vào ta được: C = 0,921 Kcal/kg0C. Vậy Q = 11603,5 x 0,921 x (102 - 90) = 235110 Kcal/mẻ. Ta có cân bằng nhiệt lượng mà nước thu vào: Qn = Q= Gn x Cn (t2 - t1). ị Gn = Với: t1 = 200C, t2 = 400C, Cn = 1 Kcal/kg0C Thay vào ta được: Gn =11755,5 kg/mẻ. Vậy lượng nhiệt cần cho lắng xoáy cả ngày (4 mẻ) là: Q1= 235110x 4 = 940440 Kcal/ngày. Vậy lượng nước cần để làm lạnh cả ngày là:11755,5 x 4 =47022 lít/ngày. 2. Lượng nhiệt cần cho thiết bị lạnh nhanh (tính cho một mẻ). Cấp I: Hạ nhiệt độ từ 900C xuống 400C, nhờ tác nhân lạnh là nước vào 200C, nước ra 300C. Lượng nhiệt cần cung cấp cho một mẻ là: Q = G x C x (t1 - t2). Với: G: khối lượng của dịch đường, G = 11128,4 x1,048 = 11662,6 kg C = 0,921 Kcal/kg0C, t1 = 900C, t2 = 400C. ị Q = 11662,6 x 0,921 x (90 - 40) = 537062,7 Kcal/mẻ. Tương tự như làm lạnh của quá trình lắng xoáy, ta có lượng nước để làm lạnh : Gn = = 53706,2 kg/mẻ Vậy lượng nước cần để làm lạnh cả ngày là: 53706x 4 =214824,8 lít/ngày. Cấp II: Hạ nhiệt độ dịch đường từ 400C xuống 120C nhờ tác nhân lạnh là glycol nhiệt độ vào -150C, nhiệt độ ra 50C. Nhiệt lạnh cần cung cấp cho một mẻ là: Q = 11662,6 x 0,921 x (40 - 12) = 322237 kcal/mẻ. Nhiệt lạnh cần cung cấp cho một ngàylà: Q= 322237x 4 = 1288948 Kcal/ngày. Như vậy lượng nhiệt cần cung cấp cho lạnh nhanh của một tank lên men. Q2 =537062,74 + 1288948 = 3437198,8 Kcal/ngày. 3. Lên men chính. Nhiệt lượng để hạ nhiệt sinh ra trong quá trình lên men, tính cho một ngày lên men mạnh nhất (lượng chất khô lên men từ 1,5-2,0%/ngày). Nhiệt được tính theo công thức sau: Q = G x q Trong đó: G: khối lượng đường lên men trong 1 ngày mạnh nhất, kg. q: nhiệt lượng toả ra khi lên men 1 kg đường, Kcal. Ta có phương trình lên men. C6H12O6 đ 2C2H5OH + 2CO2 + 37,3 Kcal 180g 37,3 Kcal Vậy 1 kg đường toả ra: = 207,2 Kcal. Lượng dịch đường đi vào lên men: 10961,5 . 4= 43846 lít. Dịch đường có nồng độ 120Bx, có khối lượng riêng d = 1,048 kg/l. Vậy khối lượng đường có trong 1 tank lên men là: 43846 x 1,048 x 0,12 = 5514 kg. Chọn nồng độ cơ chất lên men 2%/ngày, vậy lượng đường được lên men trong 1 ngày là: G = 5514x 0,02 = 110,28 kg/ngày. Thay số vào ta có Q3 = 110,28 x 207,2 = 22850 Kcal/ngày. * Tổn thất qua lớp cách nhiệt. Q4 = f x k x (tn - tt). Trong đó: k: hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt, k = 0,3 Kcal/m2.h.0C. tn: nhiệt độ bên ngoài tank lên men, tn = 300C. tt: nhiệt độ bên trong tank lên men, tn = 120C. f:diện tích xung quanh tank lên men. f = p x D x H = 3,14 x 3,2 x 9,370 = 94 m2. ị Q4= 0,3 x 94x (30 -10) = 564 Kcal/h. Mỗi ngày có 1 tank nên lượng lạnh cần là: Q4 = 564x 24 x 1 = 13536 Kcal/ngày. * Tổn hao do làm lạnh nước rửa men. Nước rửa sữa men là 1096 lít/tank (tính ở phần tính thiết bị). Vậy nước rửa sữa men trong 1 ngày khoảng 1500 lít/ngày. Lượng nhiệt để làm lạnh nước từ 250C xuống 40C là: Q5 = 1500 x 1 x (25 - 4) = 31500 Kcal/ngày. * Tổn hao lạnh do bảo quản sữa men khoảng 30000 Kcal/ngày. Vậy lượng nhiệt lạnh cần cho lên men chính là: Qc = Q3 + Q4 + Q5 + 30000 = 22850+13536+31500 + 30000= 97886 Kcal/ngày. 4. Tính nhiệt lạnh cần thiết để hạ nhiệt độ bia từ 120C xuống 10C . Lượng bia cần hạ nhiệt độ 43846 lit . Lượng nhiệt lạnh cần để hạ từ 120C xuống 10C là: Q6 = G x C x (t2 - t1). Trong đó: G: khối lượng của bia non có hàm lượng chất khô khoảng 4,50Bx. G = 43846 x 1,02 = 44722,9 kg. C = C1 x X1 + C2 x X2 C = 0,34 x 0,045 + 0,955 x 1 = 0,97 Kcal/kg.0C. C1,C2: tỷ nhiệt của chất hoà tan và của nước, Kcal/kg.0C. X1,X2: hàm lượng chất khô (4,50Bx), và hàm lượng nước trong bia. t2 = 120C, t1 = 10C. Thay số vào ta có Q6 = 44722,9 x 0,97x (12 - 1) = 477193 Kcal/ngày. Lượng nhiệt tổn thất qua lớp cách nhiệt là 10% nên lượng cần thiết là: Q7= 477193x 1,1 = 524912 Kcal/ngày 5. Lên men phụ. Trên thực tế cứ 1 lít bia non tổn hao 0,25 Kcal/ngày. Lượng bia non trong 1 tank lên men là: 4. 10961,5 = 43844 lít. Vậy nhiệt cần cấp cho 1 tank là: 43844 x 0,25 = 10961Kcal/ngày. 1 ngày có 1tank vậy 1 ngày cần là: Q8 = 10961 Kcal/ngày. * Tổn thất qua lớp cách nhiệt trong 1 ngày . Q9 = f x k x (tn - tt) x 24, (tn = 300C, tt = 10C). Q9 = 0,3 x 94 x (30 -1) x 24 = 19627 Kcal/ngày. 6. Tính nhiệt lạnh cho thùng nhân men giống. Lượng men giống đưa vào bằng 1/10 so với khối lượng dịch. Lượng dịch men giống cần cho 1 tank là 4384,4 (bằng 43844 /10) lít. Trong quá trình này cung cấp O2 đầy đủ để nuôi sinh khối. Lượng dịch đường 120Bx đưa vào gây men là: 4384,4 x 0,9 = 3945,96 lít. Với d = 1,048 kg/l, vậy khối lượng dịch đường là: 3945,96 x 1,048 = 4135 kg. Lượng chất hoà tan là: 4135 x 0,12 = 496,2 kg, trong đó hàm lượng đường chiếm 75% nên lượng đường là: 496.2x 0,75 = 372,15kg. 1 kg đường khi lên men toả ra 207,2 Kcal (đã tính ở phần trên). Vậy lượng nhiệt tạo thành của 1 tank là: 207,2 x 372,15= 77109,5 Kcal/tank Một ngày nấu 4 mẻ( cho vào 1 tank). Vậy nhiệt lạnh cần trong 1 ngày là: Q10= 77109,5 Kcal/tank.ngày * Tổn thất qua lớp cách nhiệt. Q11 = f x k x (tn - tt). Trong đó: k: hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt, k = 0,3 Kcal/m2.h.0C. tn: nhiệt độ bên ngoài tank lên men, tn = 300C. tt: nhiệt độ bên trong tank lên men, tn = 120C. f: diện tích xung quanh tank lên men. f = p x D x H = 3,14 x 1,6 x 3,71 = 18,69 m2. ị Q = 0,3 x 18,69 x (30 - 12) = 100,9 Kcal/h. Mỗi ngày nấu 4 mẻ nên lượng nhiệt lạnh cần là: Q11 = 4 x 24 x 100,9 = 9686,4 Kcal/ngày. Lượng nhiệt lạnh cấp cho gây men cấp I bằng 1/10 gây cấp II do đó. Q12 = 9686,4 x 0,21 = 968,64 Kcal/ngày. Qng = Q10 + Q11 +Q12 = 87764,54 Kcal/ngày. * Tổng nhiệt lạnh cho toàn nhà máy: QT = = 940440+3437198,8+97886+524912+10961+19627+87764,54= 5118789 Kcal/ngày. 7. Chọn máy lạnh. Lượng nhiệt lạnh cấp cho nhà máy trong một giờ là: QT / 24 = 5118789/ 24 = 213283 Kcal/h. Tổn hao lạnh cho toàn nhà máy là 10%, vậy thực tế mỗi giờ nhà máy cần một lượng lạnh là: QC = 213283 / 0,9 = 236981 Kcal/h. Vậy chọn 2 máy nén lạnh cấp 1 có thể chạy luân phiên hay đồng thời. Các đặc tính kỹ thuật của máy lạnh - Ký hiệu máy: AY200. - Số xy lanh: 4 xy lanh. - Hành trình piston: 130 mm. - Đường kính xy lanh: 150 mm. - Tốc độ quay: 720 á 960 vòng/ phút. - Dung tích quay của piston: 396 á 528 m3/h. - Năng suất lạnh: 200000 á 250000 Kcal/h. - Công suất động cơ: 75 KW. - Kích thước máy: 2290 x 1150 x 1350 mm. - Khối lượng máy: 1290 kg. III. Tính nước cho nhà máy. 1. Nước dùng cho phân xưởng nấu.