Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất rượu vang nho công suất 2 triệu lít/năm

đường saccaroza vào trong dịch nho trước khi lên men ( lượng đường cần lên men 220 g/l hay 22 % ). Giả sử d dịch nho = 1,12 kg/l V dịch sau khi pha loãng Vdịch sau = 702,3 + 175,6 = 877,9 (lit) Khối lượng dịch sau khi pha loãng m dịch sau = 877,9 x 1,12 = 983,25 (kg) Vậy lượng đường cần bổ sung vào dịch nho 86,44 + x1 = 216,31 + 0,22.x1 X1 = (kg) Lượng axit cần bổ sung vào dịch nho sau khi đã pha loãng ( lượng axit tính theo axit tartaric ) cần bổ sung vào dịch sao cho đạt được 6 – 8 (g/l). Chọn lượng axit 7 g/l (~ 7 %) Gọi x2 là lượng axit cần bổ sung 7,2 + X2 = 68,83 + 0,07.X2 X2 = (kg) Bổ sung K2S2O5, theo tài liệu chúng ta đã biết cứ 2 g K2S2O5 sinh ra 1 g SO2 mà lượng SO2 cần bổ sung là 200 mg/l Vậy lượng SO2 cần bổ sung vào dịch m SO2 = 0,2 x 877,9 = 175,6 (g) Lượng K2S2O5 cần bổ sung vào dịch nho M(K2S2O5) = 175,6 x 2 = 350 (g) = 0,35 (kg) Lượng (NH4)2HPO4 cần bổ sung (lượng thường dùng 0,1 – 0,3 g/l dịch hèm), chọn lượng cho vào dịch 0,2 g/l. m (NH4)2HPO4 = 877,9 x 0,2 = 175,6 (g) = 0,176 (kg) Bổ sung các chất sinh trưởng B1, B6.. Lượng bổ sung cho vào dịch 0,2 – 1 mg/l (chọn lượng cho vào dịch là 0,4 mg/l). M B1, B6 = 0,4 x 2 x 877,9 = 0,702 (g) = 0,7.10-3 (kg) 1.5. Thanh trùng Hao hụt thanh trùng 0,2 % Lượng dịch hao hụt: V hao hụt = 0,2% x 877,9 = 1,76 (lit) Lượng dịch còn: V còn = 877,9 – 1,76 = 860,34 (lit) 1.6. Lên men chính Lượng men giống cho vào dịch lên men chiếm 8 – 10 % so với dịch lên men (chọn V dịch men bổ sung bằng 9 % ). Lượng dịch men giống cần bổ sung V dịch men = 860,34 x 9% = 77,43 (lit) Vậy tổng thể tích khối dịch lên men là V dịch tổng = 860,34 + 77,43 = 937,77 (lit) Lượng rượu tạo thành Tổng lượng đường có trong dịch lên men m đường = 86,44 + 166,55 = 252,99 (kg) Tổn thất đường do nấm men sử dụng để tăng sinh khối (tổn thất 5 % ) m đường tổn thất = 252,99 x 5% = 12,65 (kg) Lượng đường còn lại m đường còn = 252,99 – 12,65 = 240,34 (kg) Hiệu suất chuyển hoá đường thành rượu 95 %, còn 5 % đường bị chuyển hoá thành các sản phẩm phụ và một lượng nhỏ nằm trong vang. Vậy lượng đường thực tế chuyển thành rượu là: m đường ® rượu = 240,34 – 240,34 x 5% = 228,32 (kg) Phương trình cơ bản chuyển hoá đường thành rượu C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 228,32 a b Lượng rượu tạo thành a = (kg) Lượng CO2 thoát ra ( tạo thành ) b = (kg) Khối lượng riêng của rượu d = 0,8 (kg/l) Vrượu = (lit) V rượu vang non tạo thành Giả sử d đường = 1,5 (kg/l) V vang non = 937,77 + 148,38 – = 919,5 (lit) 1.7. Tách bã và ép thu dịch Sau khi lên men cả dịch nho lẫn vỏ nho nhằm chiết suất các chất màu và tanin khoảng 6 – 10 ngày thì chúng ta tiến hành tách bã. Ban đầu để dịch nho tự chảy và để riêng dịch này, sau đó mới tiến hành ép để loại bỏ bã. Nước nho sau khi ép chứa nhiều tanin do đó cần phối trộn hợp lý với dịch đầu, thì chúng ta sẽ được dịch vang non có các thành phần thích hợp trước khi tiến hành lên men phụ. Lượng bã nho thường chiếm 15 – 30 % so với nho ban đầu, chọn lượng bã chiếm 20 %. Vậy tổng lượng bã được tách ra từ 100 kg nho là: X7 = 1000 x 20% = 200 (kg) 1.8. Lắng trong và tách cặn Hao hụt 2 % chủ yếu là tách cặn nấm men và xác quả được lắng xuống đáy sau khi kết thúc quá trình lên men chính Lượng vang non hao hụt V hao = 919,5 x 2% = 18,39 (lit) Lượng vang non còn lại V còn = 919,5 – 18,39 = 901,11 (lit) 1.9. Lên men phụ Vi khuẩn leuconostoc oenos chuyển hoá axit malic thành axit lactic và CO2. Đồng thời vi khuẩn này cũng dùng một lượng cơ chất có trong vang non để sinh trưởng và phát triển. Hao hụt trong quá trình lên men phụ chiếm 2 % Lượng vang hao hụt V hao = 901,11 x 2% = 18,02 (lit) Lượng vang còn lại V còn = 901,11 – 18,02 = 883,09 (lit) 1.10. Tàng trữ và tách cặn lần 2 Coi hao hụt 1 % Lượng rượu vang hao hụt V hao = 883,09 x 1% = 8,83 (lit) Lượng rượu vang còn lại V còn = 883,09 – 8,83 = 874,26 (lit) 1.11. Dùng chất trợ lọc và lọc trong rượu vang Hao hụt 1 % Lượng rượu vang hao hụt V hao = 874,25 x 1% = 8,74 (lit) Lượng rượu vang còn lại V còn = 874,25 – 8,74 = 865,52 (lit) 1.12. Chiết chai, chiết box và thanh trùng lần cuối Coi hao hụt 1 % Lượng rượu vang hao hụt V hao = 865,52 x 1% = 8,65 (lit) Lượng rượu vang còn lại V còn = 865,52 – 8,65 = 856,87 (lit) 1.13. Chất trợ lắng Bentonit cần dùng Bổ sung bentonit 2,0 g/l vào dịch nho trước khi lên men và bổ sung hàm lượng 1,5 g/l vào vang non ngay sau khi kết thúc lên men chính. Vậy tổng lượng bentonit bổ sung là: 877,9 x 2,0 + 1,5 x 919,5 = 3135,05 (g) = 3,14 (kg) 1.14. Enzym pectin cần bổ sung Bổ sung enzym pectin hàm lượng 0,2 g/l vào dịch nho trước khi lên men và bổ sung hàm lượng 0,1 g/l vào vang non ngay sau khi kết thúc lên men chính. Vậy tổng lượng enzym pectin cần bổ sung là: 0,2 x 877,9 + 0,1 x 919,5 = 267,53 (g) = 0,268 (kg) Bảng 7: Bảng cân bằng sản phẩm từ 1000 kg nho Stt Nguyên liệu Số lượng Đơn vị 1 Nho 1000 kg 2 Đường bổ sung 166,5 kg 3 Axit bổ sung 66,27 kg 4 Nước bổ sung 175,6 lit 5 Lượng K2S2O5 0,35 kg 6 Lượng (NH4)2HPO4 0,176 kg 7 Dịch pha chế 877,9 lit 8 Lượng nấm men bổ sung 77,43 lit 9 Lượng B1, B6 0,7.10-3 kg 10 Lượng rượu tạo thành 148,38 lit 11 Vang non tạo thành 919,5 lit 12 Lượng leuconostoc oenos 82,76 lit 13 Lượng vang thành phẩm 856,87 lit 14 Lượng bã 200 kg 15 Lượng bentonit bổ sung 3,14 kg 16 Lượng enzym pectin cần dùng 0,268 kg 2. Tính nguyên liệu dùng cho cả năm 2.1. Lượng nho dùng cho cả năm Từ bảng số liệu ta có Cứ 1000 kg nho thì sản xuất được 856,87 (lit) vang thành phẩm Vậy X1 kg nho thì sản xuất được 2.106 (lit) vang thành phẩm X1 = (kg) = 2334,076 (tấn) 2.2. Lượng đường dùng cho cả năm Cứ 1000 kg nho cần bổ sung 166,5 (kg) đường cho lên men chính Vậy 2334076,35 kg nho cần bổ sung X2 (kg) đường cho lên men chính X2 = (kg) = 388,6237 (tấn) 2.3. Lượng axit cần dùng cho cả năm Cứ 1000 kg nho cần bổ sung 66,27 kg axit tartaric cần cho quá trình lên men Vậy 2334076,35 kg nho cần bổ sung X3 (kg) axit tartaric cho lên men X3 = (kg) = 154,679 (tấn) 2.4. Lượng K2S2O5 cần dùng cho cả năm Cứ 1000 kg nho cần dùng 0,35 kg K2S2O5 cho quá trình sunfit hoá Vậy 2334076,35 kg nho cần dùng X4 kg K2S2O5 cho quá trình sunfit hoá X4 = (kg) 2.5. Lượng (NH4)2HPO4 cần dùng cho cả năm Cứ 1000 kg nho cần dùng 0,167 kg (NH4)2HPO4 để bổ sung cho dịch lên men Vậy Vậy 2334076,35 kg nho cần dùng X5 (NH4)2HPO4 để bổ sung cho dịch lên men X5 = (kg) 2.6. Lượng B1 và B6 cần dùng cho cả năm Cứ 1000 kg nho cần dùng 0,7.10-3 kg B1 và B6 để bổ sung cho dịch lên men Vậy 2334076,35 kg nho cần dùng X6 kg B1 và B6 để bổ sung cho dịch lên men X6 = (kg) 2.7. Lượng bentonit cần dùng cho cả năm Cứ 1000 kg nho cần dùng 3,14 (kg) bentonit cho quá trình trợ lắng Vậy 2334076,35 kg nho cần dùng X7 kg bentonit cho quá trình trợ lắng X7 = (kg) 2.8. Lượng enzym pectin cần dùng cho cả năm Cứ 1000 kg nho cần dùng 0,268 kg enzym pectin cho quá trình xử lý Vậy 2334076,35 kg nho cần dùng X8 kg enzym pectin cho quá trình xử lý X8 = (kg) 2.9. Lượng nấm men cần dùng cả năm Cứ 1000 kg nho cần dùng 77,43 lit bổ sung vào dịch lên men Vậy 2334076,35 kg nho cần dùng X9 lit dịch bổ sung vào dịch lên men X9 = (m3) Theo dạng chế phẩm khô thì cứ 1 lít ta bổ sung 4 (g) Vậy 180,73 m3 ta cần dùng Y9 (g) chế phẩm khô Y9 = (g) = 722,92 (kg) 2.10. Lượng leuconostoc oenos cần dùng cả năm Cứ 1000 kg nho cần dùng 82,76 lit bổ sung vào vang non Vậy 2334076,35 kg nho cần dùng X10 lit dịch bổ sung vào vang non X10 = (m3) Theo dạng lạnh đông cứ 1 lit bổ sung 4 g Vậy 193,17 m3 ta cần dùng y10 (g) Y10 = (g) = 772,68 (kg) 3. Tính vật liệu phụ dùng cho cả năm 3.1. Lượng chai dùng cho cả năm Dùng chai cỡ 0,75 lit màu xanh hoặc màu nâu Cứ 1 chai chứa 0,75 lit vang vậy X1 chai chứa 2.106 lit vang X1 = (chai) Coi hao hụt chai do cọ rửa, va đập, chiết.. là 1 % Lượng chai hao hụt là 2,7.106 x 1% = 2,7.103 (chai) Lượng chai cần mua X = (chai) 3.2. Lượng nút chai và màng co cần dùng cho cả năm Mỗi chai có một bộ nút và màng co. Vậy số bộ nút và màng co cần dùng cho cả năm là 2727273 (bộ) 3.3. Lượng nhãn chai cần dùng cho cả năm Mỗi một chai có một bộ nhãn gồm nhãn lớn dán ở phía trước biểu thị sản phẩm, logo công ty.., nhãn nhỏ phía sau dùng để ghi chú các yếu tố phụ như thành phần, độ cồn, nhà sản xuất.. Vậy số bộ nhãn cần dùng cho cả năm là 2727273 (bộ) 3.4. Lượng hồ dán dùng cho cả năm Trong sản suất chúng ta lựa chọn hồ để dán nhãn chai, mác chai. Giả sử 0,5 kg hồ dán được 100 chai Vậy X4 kg hồ dãn được 2727273 chai X4 = (kg) = 1,364 (tấn) 3.5. Thùng carton dùng cho cả năm Lựa chọn thùng sao cho mỗi thùng chứa được 12 chai Vậy X5 thùng chứa được 2727273 chai X5 = (thùng) 3.6. Lượng băng dính cần dùng cho cả năm Sử dụng cuộn băng dính cỡ lớn chuyên dán thùng carton Giả sử 1 cuộn băng dính dán được 50 thùng Vậy X6 cuộn băng dính dán được 227273 thùng X6 = (cuộn) 3.7. Lượng NaOH và HCl để rửa chai cần dùng cả năm Giả sử 200 g NaOH rắn rửa được 100 chai Vậy X7 g NaOH rắn rửa được 2727273 chai X7 = (kg) Để trung hoà lượng NaOH có trong chai ta phải dùng dung dịch HCl 10 % Giả sử 200 ml dung dịch HCl 10 % rửa được 100 chai Vậy X8 ml dung dịch HCl 10 % rửa được 227273 chai X8 = (lit) Bảng 8: Số lượng nguyên liệu và vật liệu phụ dùng cho cả năm Stt Nguyên liệu Số lượng Đơn vị 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Nho tươi Đường saccaroza Axit tartaric K2S2O5 sunfit hoá dịch (NH4)2HPO4 bổ sung nguồn nitơ B1, B6 bổ sung chất tăng trưởng Nấm men Vi khuẩn leuconostoc oenos Chất trợ lắng bentonit Enzym pectin Chai Nút và màng co Nhãn chai Hồ dán Thùng carton Băng dính NaOH rửa chai HCl 10% rửa chai 2334076,35 388623,71 154679,24 816,93 389,8 1,63 722,92 772,68 7562,4 625,53 2727273 2727273 2727273 13636,4 227273 4546 5454,55 5454,55 kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg cái bộ bộ kg cái cuộn lít lít 4. Lập kế hoạch sản suất Giả sử một năm nhà máy sản suất 300 ngày, những ngày còn lại là thời gian nghỉ để sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, máy móc và vệ sinh nhà xưởng; ngày nghỉ lễ, tết.. Một năm chia làm 4 quý, mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất 4 mẻ ( do mỗi mẻ đi từ khâu chọn lọc cho đến khâu lên men cần 3 giờ ). Yếu tố quan trọng đóng góp 60 % vào chất lượng rượu vang đó là nguyên liệu. Nho tại Ninh Thuận có 3 vụ thu hoạch chính vào các tháng 3 – 4; 7 – 8 và 12 – 1 ( năm sau ), trong đó tháng 3 – 4 cho năng suất và chất lượng quả thu hoạch cao nhất. Nên ta chọn quý I và quý II sản xuất nhiều nhất với 35 % sản lượng, quý III sản xuất 20 % và quý IV sản xuất 10 %. Quý I II III IV Năng suất 35 % 35 % 20 % 10 % Năng suất (lit) 700.000 700.000 400.000 200.000 Số lít/tháng 233333,4 233333,4 133333,4 66666,7 Số lít/ngày 9333,4 9333,4 53333,4 2666,7 Số mẻ/ngày 4 4 3 2 Số lít/mẻ 2333,4 2333,4 1777,8 1333,4 Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm dùng cho 1 ngày Hạng mục Đơn vị 856,87 lít vang cần 2333,4 lít/mẻ cần 9333,4 lít/ngày cần Nho tươi Đường saccaroza Axit tartaric K2S2O5 sunfit hoá dịch kg kg kg kg 1000 166,5 66,27 0,35 2723,2 453,4 180,5 0,95 10892,43 1813,60 721,84 3,18 (NH4)2HPO4 bổ sung B1, B6 bổ sung Nấm men Vi khuẩn leuconostoc oenos kg kg kg kg 0,18 0,7.10-3 0,31 0,33 0,46 2.10-3 0,85 0,90 1,92 7,6.10-3 3,38 3,60 Bentonit Enzym pectin kg kg 3,14 0,27 8,60 0,74 34,2 2,94 Chai Nút và màng co Nhãn chai Hồ dán Thùng carton Băng dính NaOH rửa chai HCl rửa chai cái bộ bộ kg thùng cái lít lít 1143 1143 1143 5,80 96,0 12 12 12 3121 3121 3121 15,8 263 32,8 32,8 32,8 12445 12445 12445 63,18 1045,67 130,7 130,7 130,7 Lượng nước bổ sung Lượng bã thải ra lít kg 175,6 200 479,4 546 1906,18 2178,49 Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm dùng cho từng tháng, quý và cả năm Hạng mục Đơn vị 233.333,4 lít/tháng cần 700.000 lít/quý cần 2.000.000 lít/năm cần Nho tươi Đường saccaroza Axit tartaric K2S2O5 sunfit hoá dịch kg kg kg kg 272309 45339,5 18046 95,3 816926,7 136018,3 54137,7 285,9 2334076,3 388623,7 154679,2 817 (NH4)2HPO4 bổ sung B1, B6 bổ sung Nấm men Vi khuẩn leuconostoc oenos kg kg kg kg 49,0 0,20 84,5 90,0 147,05 0,57 253,25 269,59 420,1 1,63 723,6 770,25 Bentonit Enzym pectin kg kg 855,1 73,52 2565,15 220,57 7329 630,2 Chai Nút và màng co Nhãn chai Hồ dán Thùng carton Băng dính NaOH rửa chai HCl rửa chai cái bộ bộ kg thùng cái lít lít 311250 311250 311250 1580 26142 3268 3268 3268 933748 933748 933748 4738,2 78425 9804 9804 9804 2667850 2667850 2667850 13537,6 224072 28009 28009 28009 Lượng nước bổ sung Lượng bã thải ra lít kg 478174,5 54461,8 143452,3 163385,3 409863,8 466815,27 Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 1. Tính và chọn thiết bị từ khâu thu mua nguyên liệu → nghiền Sau khi đã phân tích về các thành phần đường tổng số, axit tổng, tanin.. thấy đã đạt yêu cầu. Nhà máy cử nhân viên đi thu mua nho ngay từ sáng sớm. Mục đích: vì ở thời điểm này nhiệt độ môi trường không khí thấp, nho tránh được sự oxi hoá, ít bị hư hỏng, hương thơm giữ được tốt hơn.. 1.1. Sọt chứa nho Để nho tránh bị dập nát chúng ta nên dùng sọt bằng mây, tre rộng vành và có chiều cao thấp để chứa nho. Lựa chọn sọt nho hình chữ nhật có kích thước sau: Chiều dài sọt: 600 mm Chiều rộng sọt: 500 mm Chiều cao sọt: 500 mm Mỗi sọt chứa được 60 chùm nho, theo số liệu của tác giả Phạm Hữu Nhượng thì khối lượng mỗi chùm nho làm rượu vang ở Ninh Thuận giống NH.02 - 04 nặng từ 200 – 250 (g). Như vậy mỗi sọt chứa lượng nho là: m nho/sọt = 0,2 x 60 = 12 (kg) Tiến hành thu mua nho vào sáng sớm luân phiên 2 chuyến và dự phòng số sọt 20 %. Khi đó số sọt thực tế cần là: X sọt = (sọt) 1.2. Băng tải phân loại Khi nho được chở đến nhà máy và được chuyển lên máy vận chuyển băng tải để phân loại quả, loại bỏ cuống, quả thối, quả hỏng..Trên thiết bị băng tải chúng ta bố trí 6 công nhân đứng đều ở hai bên để làm nhiệm vụ này. Lựa chọn máy vận chuyển băng tải nằm ngang, băng tải được làm bằng sợi gai hay inox có các thông số như sau: Chiều rộng băng tải: 500 mm Chiều dài băng tải: 6000 mm Năng suất băng tải: 1 tấn/h Công suất của băng tải: 0,32 kW Số lượng cần mua: 2 máy vận chuyển băng tải (trong đó có 1 máy dự phòng). 1.3. Cân nguyên liệu Lượng nho cần dùng trong 1 ngày là: 10892,43 (kg) Lượng nho cần dùng trong 1 mẻ là: 2723,2 (kg) Lượng đường cần dùng trong 1 ngày là: 1813,6 (kg) Lượng đường cần dùng trong 1 mẻ là: 453,4 (kg) Vậy chọn cân có mã cân 2000 kg ( có thể dùng cân quả hoặc cân điện tử ). Cân chế phẩm nấm men, chế phẩm vi khuẩn leuconostoc oenos, enzym pectin dùng cân điện tử có max = 5 kg. Cân K2S2O5, (NH4)2HPO4, bentonit.. dùng cân đĩa có mã cân 5 kg. 1.4. Thùng rửa quả 1 m3 quả nho có khối lượng 800 – 1000 kg (chọn 1000 kg) Bố trí 4 công nhân rửa quả, quả được đổ vào thùng rửa; sau đó nước bơm tràn thùng, loại bỏ rác, cành..rồi vớt nho sang thùng khác để ráo sau đó đưa đi nghiền. Tổng thể tích thùng chứa cần: V thùng = (m3) Hệ số đổ đầy thùng chọn bằng 0,6 V thực = (m3) Chọn 2 thùng, mỗi thùng có V thùng = 2,4 m3 Các thông số của thùng lựa chọn: Chiều dài thùng: 1600 mm Chiều rộng thùng: 1500 mm Chiều cao thùng: 1000 mm Số lượng thùng cần mua là 3 thùng ( 1 thùng dự trữ ) 1.5. Máy nghiền Dùng máy nghiền có 2 trục bằng kim loại, phía dưới 2 trục nghiền này chế tạo một thiết bị sàng rung nhằm mục đích loại bỏ cuống nho ra khỏi bột nho. Lựa chọn các thông số của máy nghiền Chiều dài máy nghiền: 2500 mm Chiều rộng máy nghiền: 1000 mm Chiều cao máy nghiền: 1500 mm Công suất động cơ: P = 6 kW 1.6. Máy ép Chọn máy ép Willmes GmbH của CHLB Đức, đây là máy ép dùng túi khí để ép bã nho. Cấu tạo của máy là 1 thùng chứa hình trụ đục lỗ, phía trong có 1 màng cao su tạo bức tường chắn. Một cách định kỳ dịch nho, vỏ, hạt và thịt quả được đổ đầy vào trong thiết bị hình trụ. Màng cao su được bơm đầy với áp lực của khối khí nó sẽ ép khối nho nghiền, dịch nho chảy xuống và tập trung ở khoang chứa. Duy trì lực ép vài phút, sau đó tháo hơi và quay trục để bã rời ra, tiếp tục bổ sung mẻ khác và thao tác tuần tự như trên. Chú ý: tốc độ ép dịch quả nhanh và cao sẽ chiết xuất một lượng lớn thành phần phenolza từ vỏ nho, kết quả tạo rượu vang đắng chát. Lựa chọn thông số của máy ép: Chiều dài của máy: 4000 mm Chiều rộng của máy: 2500 mm Chiều cao của máy: 3600 mm Năng suất của máy: 1000 kg/h Công suất máy: 3 kW 1.7. Thùng pha chế Ta biết 1000 kg nho ép thu được 877,9 lít dịch trước khi lên men Vậy 1 mẻ 2723,2 kg nho thì lượng dịch thu được trước khi lên men là: V dịch = (lít) Vdịch = 2,39 m3 Chọn hệ số đổ đầy của thùng bằng 0,8 do đó thể tích của thùng cần V thùng = (m3) V thùng = 3 m3 Chọn thùng thân trụ, đáy côn có góc 90o, trong thùng có các cánh khuấy đảo trộn, các cánh khuấy này được gắn vào trục giữa và được áp sát vào đáy côn. Chọn các thông số của thùng: D: là đường kính của thùng (mm) H = 0,9.D : là chiều cao của thùng phần trụ (mm) h: chiều cao phần nón cụt (mm) h = .tg 45o= D/2 V thùng được tính theo công thức như sau: V thùng = V thùng = thay số ta được: D = 1,5 m Chọn các thông số của thùng pha chế như sau: Đường kính: D = 1500 mm Chiều cao phần trụ: H = 1350 mm Chiều cao đáy côn: h = 750 mm Các đặc tính kỹ thuật của thùng pha chế Năng suất: 500 kg/h Thể tích: 3 m3 Áp suất: 0,14 MPa Công suất động cơ khuấy: 7,5 kW Hệ số chứa đầy: 0,8 Khối lượng: 6200 kg 2. Tính toán và chọn lựa thiết bị trong phân xưởng lên men 2.1. Tính toán và chọn lựa tank lên men Ta thấy cứ 1000 kg nho thì tạo thể tích dịch lên men là 919,5 lít Vậy 1 ngày dùng 10892,43 kg nho thì tạo thể tích dịch lên men là V1 lít V1 = (m3) Thể tích làm việc của thiết bị V1 (m3) được tính theo công thức sau: V1 = k.Vcần Chọn hệ số chứa đầy của tank k = 0,75 Vcần = = (m3) Tính các kích thước của tank lên men (Chiều cao phần nắp h1, chiều cao phần gấp mép h, chiều cao phần trụ H, chiều cao phần côn h3) được chọn như sau: H = 2,5.D (đường kính trong của tank) h1 = 0,25.D h = 10 = 2.S (S là bề dày của thiết bị) Chọn góc đáy côn của tank α = 90o. h3 = D/2 Vcần = = 2,09.D3 D = 1,854→ Chọn D = 1,86 (m) Lớp vỏ áo nhiệt chọn ∆d = 100 mm, trong đó độ dày của đường làm lạnh δ = 20 mm. Thay D vào tính toán ta được các thông số sau: h3 = 860/2 = 930 mm h1 = 0,25x1860 = 470 mm H = 2,5x1860 = 4650 mm Vậy thể tích thực của tank lên men tính cả phần nắp Vthực = Vthùng + Vnắp + Vgấp mép Vthực = 13,36 + Vthực = 13,36 + 0,43 + 0,05 = 13,84 (m3) Chiều cao của tank lên men (tank đặt cách mặt đất 500 mm) do đó chiều cao thùng tính từ sàn nhà là: Hthực = h1 + H + 2.h + h3 + 500 = 6570 Hthực = 6570 (mm) Tính số tank lên men Số lượng tank lên men được tính theo công thức sau N = Trong đó: T là chu kỳ lên men ( chọn thời gian lên men chính 10 ngày, thời gian lên men phụ 15 ngày ) T = 10 + 15 = 25 (ngày) Mỗi tank lên men chứa lượng dịch lên men bằng lượng dịch quả tạo ra trong một ngày do vậy Vt = V Số tank lên men → N = T + 1 = 26 (tank) Các thông số của tank lên men Vthực = 13,84 m3 Hthực = 6570 mm Dt = 1860 mm Dn = 1680 + 2.10 + 2.100 = 2070 mm Góc côn α = 90o, đường dẫn khí và đo áp suất có Φ = 24x2 mm, đường ống dẫn dịch ở đáy tank có Φ = 50x2,5 mm. Chọn chất làm lạnh là glycol, ngoài ra tank lên men còn nắp thêm một số thiết bị đo nhiệt độ và áp suất. 2.2. Tính và chọn thùng nhân men giống cấp II Lượng men giống bổ sung bằng 9% thể tích dịch lên men nên: V2n = 9%xVdlm V2n = 9%x10020 = 901,8 (lit) Do V2n < 5 m3, nên chọn H = D Chọn thùng nhân men giống cấp II có nắp dạng chỏm cầu và đáy dạng côn ( góc đáy côn α = 60o ), hệ số đổ đầy thùng 0,75 → V2nt = (lit) Với h1: chiều cao của chỏm cầu h2: chiều cao của đáy côn Chọn h1 = 0,1.D h2 = V2nt = V2nt = 0,9xD3 → D = 1,101 (m) Chọn D = 1200 mm Các thông số của thùng nhân men giống cấp 2 Chiều cao phần trụ H = 1200 mm Chiều cao phần nắp h1 = 120 mm Chiều cao phần đáy h2 = 346,4 mm Chọn S ( bề dày thùng ) = 5 mm, lớp áo nhiệt ∆d = 50 mm → Đường kính ngoài Dn = 1200 + 5.2 + 50.2 = 1310 mm. 2.3. Tính và chọn thùng nhân men giống cấp I Chọn Vn1 = = 300,6 (lit) Hệ số chứa đầy của thùng nhân men giống cấp I, k = 0,75 Vn1t = (lit) Góc côn của thùng nhân men giống cấp I, α = 60o Tỷ lệ các thông số H (chiều cao phần trụ) = D h1 (chiều cao phần chỏm) = 0,1.D h2 (chiều cao phần đáy nón) = Vn1t = Vn1t = 0,9xD3 = 0,40 → D = 0,763 m Chọn D = 800 mm Các thông số của thùng nhân men giống cấp I H (chiều cao phần trụ) = 800 mm h1 (chiều cao phần chỏm) = 80 mm h2 (chiều cao phần đáy nón) = 231 mm Dn (đường kính ngoài) = 800 + 2.5 + 2.50 = 910 mm 2.4. Tính và chọn thùng nhân men giống trung gian Thể tích hữu ích của thùng bằng 1/5 thể tích thùng nhân men giống cấp I, với hệ số đổ đầy k = 0,75; góc côn α = 60o. Thể tích của thùng Vt = (lit) Chọn các tỷ lệ: H (chiều cao phần trụ) = D h1 (chiều cao phần chỏm) = 0,1.D h2 (chiều cao phần đáy côn) = Vt = Vt = 0,9.D3 = 0,08 → D = 0,45 m Các thông số của thùng nhân men giống trung gian H (chiều cao phần trụ) = 450 mm h1 (chiều cao phần chỏm) = 45 mm h2 (chiều cao phần đáy nón) = 130 mm Đường kính ngoài Dn = 450 + 2.5 + 2.50 = 560 mm 2.5. Tính và chọn thùng rửa men và bảo quản men Sau khi lên men, nấm men có thể bị nhiễm tạp để dùng lại ta cần xử lý bằng axit H3PO4 0,6% hoặc bằng kiềm nhẹ, do vậy yêu cầu vật liệu làm bằng thép không gỉ, chịu được độ pH dao động từ 3 – 8. Chọn thùng hình trụ (đường kính D, chiều cao H), đáy hình côn ( góc côn α = 90o ), nắp phẳng. Lượng men thu được thường vào khoảng 2% so với dịch lên men. Lượng men cặn của 1 tank lên men bằng: 2%x10,02 = 0,2 (m3) Hệ số chứa đầy của thùng k = 0,75 Vthùng = (m3) Chọn các tỷ lệ H (chiều cao phần trụ) = D h1 (chiều cao phần côn) = Vthùng = Vthùng = 0,92.D3 = 0,27 → D = 0,67 m → chọn D = 680 mm Các thông số của thùng rửa men và bảo quản men dùng lại: Vthùng = 0,27 m3 H ( chiều cao phần trụ ) = D = 680 mm h1 ( chiều cao phần côn ) = 340 mm Để đảm bảo chất lượng của nấm men, chúng em chọn chu kỳ sử dụng là 7 lần, đồng thời luôn phải tiến hành kiểm tra nghiêm ngặt độ nhiễm tạp và hoạt tính của giống. 2.6. Tính và chọn thùng trữ rượu vang Rượu vang sau khi lên men phụ được tách cặn và chuyển sang thùng tàng trữ để rượu vang lão hoá (có thể dùng các thùng bằng gỗ). Do điều kiện kinh tế, kỹ thuật chúng em chọn các thùng bằng Inox có lớp áo nhiệt để làm lạnh. Thùng tàng trữ rượu vang có thể tích bằng ½ thể tích thùng lên men Vtàng trữ = (m3) Chọn hệ số chứa đầy của thùng k = 0,75; góc côn α = 60o Vthực = (m3) H (chiều cao phần trụ) = 2,5.D h1 (chiều cao phần côn) = Vthùng = Vtrụ + Vcôn Vthùng = Vthùng = 2,19.D3 = 6,68 → D = 1,45 m Do rượu vang tàng trữ không cần CO2 nên nắp thùng chỉ cần chọn dạng côn với góc α lớn. Với h2 (chiều cao phần nắp) = 0,25.D Thể tích thực của thùng chứa rượu vang Vthực = V trụ + Vcôn + Vnắp Vthực = 6,68 + Vthực = 6,88 (m3) Tính toán được: H (chiều cao phần trụ) = 3625 mm h1 (chiều cao phần côn) = 420 mm Đặt thùng chứa rượu vang cách sàn nhà 500 mm, vậy chiều cao của thùng tính từ sàn nhà là: Hthùng = H + h1 + h2 + 500 Hthùng = 5740 mm Các thông số của thùng tàng trữ Đường kính thùng D = 1450 mm Thể tích thùng tàng trữ V = 6,88 m3 Chiều cao thùng chứa từ sàn nhà H = 5740 mm Bề dày lớp áo nhiệt ∆d = 100 (mm) Đường kính ngoài của thùng Dn = 1450 + 2.5 + 2.100 = 1670 mm Chọn tác nhân làm lạnh là glycol và tàng trữ rượu vang 25 ngày. Số lượng thùng chứa rượu vang được tính theo công thức N2 = Vt = V/2 (V là thể tích rượu vang sau khi lên men phụ) T (chu kỳ tàng trữ) = 25 (ngày) N2 = 2.25 + 2 = 52 (thùng) 2.7. Tính và chọn nồi đun nước nóng Nước nóng dùng trong sản xuất rượu vang chủ yếu dùng để vệ sinh thùng, tank lên men, vệ sinh máy ép, máy nghiền.. Tính lượng nước dùng trong 1 mẻ nấu Nước vệ sinh máy nghiền nho: 50 (lit) Nước vệ sinh máy ép nho: 200 (lit) Nước vệ sinh thùng pha trộn: 100 (lit) Nước vệ sinh tank lên men: 300 (lit) Nước vệ sinh thùng nhân men giống cấp I ( 1 ngày cần 50 lít ) Vậy 1 mẻ cần: 50/4 = 12,5 (lit) Nước vệ sinh thùng nhân men giống cấp II ( 1 ngày cần 100 lít ) Vậy 1 mẻ cần: 100/4 = 25 (lit) Nước vệ sinh thùng chứa rượu vang (2 thùng): 200x2 = 400 (lit) Vậy tổng lượng nước nóng cần dùng: 1087,5 (lit/mẻ) Hệ số sử dụng của thùng k = 0,8. Nên thể tích thực của thùng là: Vt = (lit) Chọn thùng 2 vỏ có nắp và đáy dạng chỏm cầu, tỷ lệ các thông số như sau: H (chiều cao phần trụ) = 1,5.D h1 (chiều cao phần đáy) = 0,2.D h2 (chiều cao phần nắp) = 0,2.D Vt = Vt = 1,34.D3 = 1,36 → D = 1,015 m → chọn D = 1020 mm Chọn bề dày của vỏ trong S1 = 5 mm Chọn bề dày của vỏ ngoài S2 = 5 m Chọn bề dày của lớp áo nhiệt δ = 50 mm Đường kính ngoài của thiết bị: Dn = 1020 +