Tìm hiểu nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, nấm men và nước

chứa bia tươi ở nhiệt độ khoảng 00C. Hàm lượng CO2 hoà tan trong bia tươi lúc này chưa đạt đến hàm lượng cần thiết vì vậy ta cần bổ sung CO2 vào bia. Quá trình hấp thụ CO2 được thực hiện ngay trong thiết bị tàng trữ bia với áp lực khoảng 1.6-1.7 kg/cm2 cho đến khi hàm lượng CO2 trong bia dạt chỉ tiêu 2-4g/lít Thì bia được bơm sang phân xưởng đóng gói. Một phần bia được chiết bock từ máy chiết bock (23) để cho ra sản phẩm bia hơi bán ra thị trường. Một phần bia được bơm sang máy chiết chai. Dây chuyền đóng chai hoạt động như sau: Vỏ chai được rửa trong máy rửa chai (24) rồi chuyển qua máy chiết chai (25). ở đây bia được chiết vào chai rồi chuyển qua hầm thanh trùng (26) sau đó được đưa sang máy dán nhãn (27) và đem bán ra thị trường. Phần Iv: Tính cân bằng vật liệu Để tính cân bằng vật liệu ta phải dựa vào: Công suất của Nhà máy là6 triệu lít/năm, giả thiết rằng nhà máy hoạt động 240 ngày liên tục, mỗi ngày sẽ phải nấu 6000000/240 = 25000 lít. Chọn phương án 1 ngày nấu 5 mẻ, lượng bia xuất xưởng cho 1 mẻ nấu là 25000/5 = 5000 lít Sản lượng bia xuất xưởng là 25000 l/1 ngày. Hàm lượng chất tan trong dịch đường trước lúc lên men là 11 oBx. Lượng nguyên liệu cần dùng được tính dựa trên năng suất bia thành phẩm và các tổn hao trong các giai đoạn. Chọn đơn vị tính là 1000 lít bia thành phẩm. I. Tính lượng dịch đường trước lúc lên men. Lượng bia tổn thất khi chiết xuất xưởng là 1%. Vậy lượng bia đã bão hoà CO2 là: 1000/(1- 0,01)= 1010,10 lít Lượng bia tổn thất trong quá trình sục CO2 là 0,5%. Vậy lượng bia trước khi sục CO2 là: 1010,10/(1- 0,005)= 1015,18 lít Lượng bia tổn thất trong quá trình lọc tinh là 1,5%. Vậy lượng bia trước khi lọc tinh là: 1015,18/(1- 0,015)= 1030,64 lít lượng dịch tổn thất trong quá trình lên men là 4%. Vậy lượng dịch hèm đưa vào lên men là: 1030,64/(1- 0,04)= 1073,58 lít Lượng dịch tổn thất trong quá trình lắng trong và làm lạnh là 3%. Vậy lượng dịch đường đưa vào lắng trong là: 1073,58/(1- 0,03)= 1106,78 lít Dịch hèm ở 11oBx ở 20 oC có khối lượng riêng là: r = 1044.13 kg/cm3 = 1.044 kg/lít Khối lượng dịch hèm sau khi đun hoa là: 1106,78. 1,044= 1155,63 kg Lượng chất chiết có trong dịch hèm sau khi đun hoa là: 1155,63. 0,11= 127,12 kg Tổn hao chất chiết trong quá trình nấu và lọc bã malt là 1,5%. Vậy lượng chất chiết cần thiết là: 127,12/(1- 0.015)= 129,05 kg II. Tính lượng gạo và malt cần dùng. Với malt ta có: Độ ẩm: 6% Độ hoà tan: 76% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Với gạo ta có: Độ ẩm: 12% Độ hào tan: 90% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Gọi M là lượng malt cần dùng thì lượng chất chiết thu được từ malt là: M. 0,94. 0,76. 0,995= M. 0,71 Với tỉ lệ thay thế là 30% so với khối lượng malt thì lượng chất chiết thu được từ gạo là: M. 0,88. 0,9. 0,995. 0,3/0,7= M. 0,34 Tổng lượng chất chiết thu được từ M kg malt và (0,3/0,7)M kg gạo là: 0,71M+ 0,34M= 129,05 kg Suy ra: M= 129,05/(0,71+0,34)= 122,9 kg Lượng gạo cần dùng là: (0,3/0,7). 122,9= 52,68 kg III. Tính lượng hoa houplon sử dụng. Khi sử dụng hoa viên thì tỉ lệ hoa cho vào là 1,8 g/1lít dịch đường. Như vậy lượng hoa cần sử dụng là: 1,8. 1106,78= 1992,2 gằ 1,99 kg IV. Tính lượng bã malt và bã hoa. IV.1. Tính lượng bã malt. Với malt ta có: Độ ẩm: 6% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Lượng malt sử dụng: 122,9 kg Với gạo ta có: Độ ẩm:12% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Lượng gạo sử dụng: 52,68 kg Tổng lượng chất khô của malt là: 0,94. 0,995. 122,9= 114,95 kg Tổng lượng chất khô của gạo là: 0,88. 0,995. 52,68= 46,13 kg Tổng lượng chất khô của gạo và malt là: 114,95+ 46,13= 161,08 kg Tổng lượng bã khô của malt và gạo là: 161,08- 129,05= 32,03 kg Với độ ẩm 80% thì lượng bã ướt thu được là: 32,03. 100/20= 160,13 kg IV.2. Tính lượng bã hoa. Chất không hoà tan của hoa: 50% Độ ẩm của bã: 80% Vậy lượng bã hoa là: 1,99. 100/20= 4,975 kg V. Tính lượng nước cần dùng để rửa bã malt. V.1. Tính lượng nước cần dùng để nấu cháo. ở nồi hồ hoá, ta đưa các chất vào theo tỉ lệ: (bột gạo+ 10% bột malt)/nước= 1: 5 Nước ở 200C có r= 998,23 kg/m3 [1-12] Do vậy lượng nước cần dùng là: 0,995. ( 262,07+ 611,5. 0,1). 5/998,23= 0,324 m3 V.2. Tính lượng nước cần dùng để đường hoá nguyên liệu. ở nồi đường hoá, tỉ lệ malt/nước= 1: 5 Do đó lượng nước cần dùng là: 0,995. 0,9. 122,9. 5/ 998,23= 0,551 m3 V.3. Tính lượng nước trong quá trình rửa bã. Tính lượng nước có trong dịch đường sau khi đường hoá: Lượng dịch ở nồi cháo là: 0,995. ( 52,68+ 122,9. 0,1). 6= 387,87 kg Khi nấu cháo, lượng dịch bị giảm 5% do nước bay hơi. Vì vậy khối lượng dịch cháo sau khi hồ hoá là: 387,87. (1- 0,05)= 368,48 kg Lượng dịch ở nồi đường hoá là: 0,995. 0,9. 122,9. 6= 660,34 kg Lượng dịch ở nồi đường hoá sau khi chuyển cháo sang là: 660,34+ 368,48= 1028,82 kg Khi đường hoá lượng dịch trong nồi đường hoá bị tổn thất 4% do nước bay hơi. Vì vậy lượng dịch sau khi đường hoá là: 1028,82. (1- 0,04)= 987,67 kg Trong đó lượng nước là: 987,67- (122,9+ 52,68). 0,995= 812,96 kg Tính lượng nước trong quá trình rửa bã: Trong khi đun hoa lượng dịch bị tổn hao là 10% do nước bay hơi. Vậy lượng dịch trước lúc đun hoa là: 1155,63. 100/90= 1284,03 kg Lượng chất chiết có trong dịch đường trước lúc đun hoa là: 129,05. (1- 0,015)= 127,11 kg Lượng nước trong dịch đường sau khi lọc bã malt là: 6388,37- 632.45= 5755,9 kg Lượng nước rửa bã cần dùng là: 1284,03+ 128,1- 812,96= 472,06 kg Thể tích nước rửa bã cần dùng là: 472,06/998,23 = 0,473 m3 VI. Tính lượng men cần sử dụng. Lượng men giống đưa vào khi lên men chính là 10% so với lượng dịch đưa vào. vậy thể tích dịch men cần dùng là: 1073,58. 0,1= 107,358 lít Khi sử dụng men tái sử dụng dưới dạng sữa men thì lượng sữa men cần sử dụng là 1% so với lượng dịch cần lên men. Vậy ta có lượng sữa men đưa vào là: 1073,58. 0,01= 10,736 lít Phần V: Tính toán một số thiết bị chính I. Nồi nấu cháo. I.1. Tính các kích thước cơ bản của thiết bị. Theo phần tính cân bằng sản phẩm, lượng dịch ở nồi cháo tính cho 1000 lít bia thành phẩm là: 387,87 kg. Do đó khối lượng dịch cháo của 1 mẻ nấu là: 5. 387,87= 1939,35 kg Tỉ trọng dịch: bột= 1,08 kg/lít. Do đó thể tích dịch là: V= 1939,35/1,08= 1796 lít= 1,796 m3. Hệ số sử dụng của nồi là 0,75. Do đó thể tích của nồi hồ hoá là: V=1,796/0,75= 2,4 m3. Với thể tích này ta chọn đường kính trong của thiết bị là: Dt= 1,4 m I.1.1. Đáy và nắp thiết bị. Chọn đáy và nắp elíp có gờ. Với Dt= 1,4 m ta tra được: [2-383] ht=40 mm h= 350 mm S= 2,31 m2 V= 0,421 m3 I.1.2. Thân thiết bị. Vt= V- (Vđ+ Vn)= 2,4- 2. 0,421= 1,558 m3 Suy ra: Chiều cao mức dịch trong thân: I.2. Tính bền cho thiết bị. Đường kính thân trong: 1400 mm Đường kính trong thân ngoài: 1480 mm Chiều cao đáy trong: 350 mm Chiều cao đáy ngoài: 360 mm áp suất hơi đốt: 2,5 at Vật liệu chế tạo: Thép X18H10T Hơi nước bão hoà ở áp suất 2,5 at có: [1-312] to= 126,25oC Tính chất vật lý của thép X18H10T: [2-310] Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m. độ Giới hạn bền kéo: sk = 550.106 N/m2 Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2 Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk = 2,6 Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch = 1,5 Theo quy ước phân loại: [2-355] Thiết bị nấu cháo thuộc nhóm 2 loại I nên hệ số hiệu chỉnh h = 0,9 Tính ứng suất cho phép: ứng suất cho phép khi kéo: N/m2 ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy: N/m2 Vậy ứng suất cho phép khi tính toán là: [s] = 132.106 N/m2 I.2.1. Tính chiều dày thân ngoài chịu áp lực trong. Chiều dày thân thiết bị được tính theo công thức: [2-360] , m Trong đó: Dt= 1,48 m P: áp suất trong thiết bị, N/m2 P= 0,25. 106 N/m2 [s] = 132. 106 N/m2 jh: Hệ số bền theo phương dọc của thân jh = 0,95 [2- 362] C: hệ số bổ xung, m C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1 : hệ số bổ xung do ăn mòn, m C2 : hệ số bổ xung do bào mòn, m C3 : hệ số bổ xung do dung sai của chiều dày, m Vì thép X18H10T là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0 Vì: Nên có thể bỏ qua P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta được: , m S = 1,4. 10-3+ C, m S- C = 1,4. 10-3 , m C = C3 = 0,18.10-3 , m S = 1,4.10-3 + 0,18.10-3 = 1,58 (mm) Quy chuẩn chọn: S=3mm Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-355] s = = 183,33.106 N/m2 [Dt + (S-C)].P0 2.(S-C).j 1,2 220.106 sc 1,2 Ê = Trong đó: Po = 1,5. P = 1,5. 0,25. 106 = 0,38. 106 (N/m2) Thay vào công thức thử: N/m2 Do vậy: S = 3mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. I.2.2. Tính chiều dày đáy ngoài chịu áp lực trong. Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385] , m Trong đó: Dt = 1,480 m P = 0,25.104 N/m2 [ s]= 132.106 N/m2 hb: Chiều cao phần lồi của đáy, m. hb = 0,360 m jh : Hệ số bền của mối hàn hướng tâm (mối hàn vòng). jh = 0,95 k: hệ số không thứ nguyên. khi ở đáy lỗ tháo hơi ngưng đường kính 38mm: k=1 – d/Dt = 1 – 0,038/1,480 = 0,98 Vì: Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = 1,6. 10-3 + C , m S- C = 1,6 mm< 10 mm C= C3 = 2+ 0,18= 2,18 mm Vậy: S = 1,6+ 2,18 = 3,68 mm Quy chuẩn có S = 4 mm Kiểm tra ứng suất thành của đáy ở áp suất thử bằng công thức: [2-387] [Dt2 + 2hb(S-C)].P0 7,6.k.jh.hb.(S-C) sc 1,2 s = = 183,33.106 N/m2 1,2 220.106 Ê = s = 180. 106 N/m2 < sc/1,2= 183,33 N/m2 Vậy chiều dày đáy trong S = 4mm đáp ứng được yêu cầu. I.2.3. Tính chiều dày nắp chịu áp lực trong. Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385] Trong đó: Dt = 1,4 m P: áp suất tính toán, N/m2 P = 1 at= 0,1. 106 N/m2 [ s]= 132.106 N/m2 hb = 0,350 m jh = 0,95 k: hệ số không thứ nguyên. Trên đỉnh nắp có gắn một ống thoát hơi đường kính 200 mm k=1 – d/Dt = 1 – 0,2/1,4 = 0,86 Do đó phải lấy j= 0,85 khi tính toán. Vì: Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: , m S = 0,8. 10-3 + C , m S- C = 0,8 mm < 10 mm C= C3 = 2+ 0,12= 2,12 mm Vậy: S = 0,8+ 2,12 = 2,92 mm Quy chuẩn chọn S = 4 (mm) Kiểm tra ứng suất thành của nắp áp suất thử bằng công thức: [2-387] [Dt2 + 2hb(S-C)].P0 7,6.k.jh.hb.(S-C) sc 1,2 s = = 183,33.106 N/m2 1,2 220.106 Ê = s = 204. 106 N/m2 > = 183,33.106 N/m2 Do đó S= 4mm không đáp ứng được yêu cầu. Tăng S=6mm Thì C=C3= 0,6.10-3 m s = 113. 106 N/m2 < 188,33 N/m2 Vậy S= 6 mm đáp ứng được yêu cầu. I.2.4. Tính chiều dày thân trong chịu áp lực ngoài. Chiều dày thân trong thiết bị được tính theo công thức: (2-370) Trong đó: , m j: Hệ số bền theo phương dọc của thân j = 0,95 [2- 362] Pn: áp suất bên ngoài thiết bị, N/m2 áp suất tính toán bên ngoài gồm cả độ chân không trong thiết bị. Pn= 0,25.106+ r.g.h=0,25. 106+ 0,08. 106= 0,33. 106 N/m2 Thay số ta có: , m S= 1,7+ C , mm C=C3= 0,18 mm Do đó: S= 1,7+ 0,18= 1,88 mm Quy chuẩn chọn S= 3mm Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-355] N/m2 Trong đó: Po = 1,5.P = 1,5. 0,33.106 = 0,5.106 (N/m2) Thay vào công thức thử: N/m2 Do vậy: S = 3mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. I.2.5. Tính chiều dày đáy trong chịu áp suất ngoài. Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385] , m Trong đó: Dt = 1,4 m P: áp suất tính toán, N/m2 P = 0,5.104 N/m2 [ s]= 132.106 N/m2 hb = 0,35 m jh = 0,95 k: hệ số không thứ nguyên. khi ở đáy lỗ tháo hơi ngưng đường kính 38mm: k=1 – d/Dt = 1 – 0,038/1,480 = 0,98 Đáy lỗ không tăng cứng: k1= 0,64 Vì: Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = 3,2.10-3 + C , m S- C = 3,2 mm < 10 mm C= C3 = 2+ 0,22= 2,22 mm Vậy: S = 3,2+ 2,22 = 5,44 mm Quy chuẩn có S = 6 (mm) Kiểm tra ứng suất thành của đáy ở áp suất thử bằng công thức: [2-387] s = = 183,33 .106 N/m2 s = 105. 106 N/m2 Vậy chiều dày đáy trong S = 6mm đáp ứng được yêu cầu. I.3. Tính cân bằng nhiệt lượng và bề mặt truyền nhiệt. Đối với nồi 2 vỏ dùng đun nóng và đun sôi dung dịch, phương trình cân bằng nhiệt lượng được xác định như sau: Trong đó: G1, G2: khối lượng dung dịch, kg. C1, C2: Nhiệt dung riêng của dung dịch trước và saukhi đun nóng, Kcal/kg.độ. Tđ, Tc: Nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, 0C q: Nhiệt độ của nước ngưng, 0C. l: Hệ số ẩn nhiệt của hơi nước bão hoà, Kcal/Kg.h.0C. Hơi nước bão hoà ở P= 2,5 at có: [1-378] q= 126,25oC l= 522,55 kcal/kg.h.0C Tính bề mặt truyền nhiệt: Quá trình nhiệt trao đổi ở nồi hồ hoá được chia thành các giai đoạn sau: Bắt đầu trộn gạo với nước ở 50oC được dịch bột ban đầu có nhiệt độ khoảng 47oC, giữ khoảng 10 phút. Nâng dịch từ 47oC lên 86oC với tốc độ 1oC/ 1 phút, duy trì tại nhiệt độ 86oC trong 30 phút. Hạ nhiệt độ từ 86oC xuống 72oC trong 10 phút, giữ ở 72oC trong 30 phút. Nâng nhiệt độ từ 72oC lên 100oC trong 20 phút, giữ ở 100oC khoảng 60 phút. Tính nhiệt dung riêng của dịch trong nồi hồ hoá: Nhiệt dung riêng được xác định theo công thức: Trong đó: C, Ck, Cn: nhiệt dung riêng của hỗn hợp, gạo, nước, kcal/kg.độ M, Mk, Mn: khối lượng của dịc, chất khô của gạo, nước, kg Trong gạo có 88% chất khô, 12% nước. Với Ck= 0,34 kcal/kg.độ. Cn= 1 kcal/kg.độ. [1-195] Ta có: C= 0,9 kcak/kg.độ. I.3.1. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 47oC lên 86oC trong 30 phút. Q = 68071,185. 60/30= 136142,37 kcal/h áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước cần dùng: I.3.2. Quá trình làm nguội dịch từ 86oC xuống 72oC trong 10 phút. Theo trên với lượng hơi đốt cấp vào là 355,65 kg/h trong 30 phút thì ta có: Q= 355,65.30/60= 177,83 kg/phút Do đó để hạ nhiệt độ xuống 72oC thì cứ mỗi phút ta hạ 177,83 kg lượng hơi đốt trong vòng 10 phút. I.3.3. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 72oC lên 100 oC trong 20 phút. Ta tính được: Q1= 146614,86 kcal. Q= 146614,86 kcal/h. D= 127,67 kg/h I.3.4. Tính bề mặt truyền nhiệt. Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 72oC đến 100oC. Q= 146614,86 kcal/h Hệ số truyền nhiệt của nồi hai vỏ lấy giá trị trung bình từ: [3-188] 400- 1200 kcal/m2.h.độ. Chọn K= 1000 kcal/m2.h.độ. Ta có: Q=K.F.Dt Trong đó: F: Bề mặt truyền nhiệt, m2. 126,25oC 72oC td 100oC tc Dt: hiệu số nhiệt độ trung bình. Dtl= 126,25- 72= 54,250C Dtn= 126,25-100= 26,250C Suy ra: Từ đó tính được: m2 Diện tích áo hơi bao đáy thiết bị= 2,31 m2. Do đó chiều cao áo hơi trên thân là: m II. Nồi đường hoá. I.1. Tính các kích thước cơ bản của thiết bị. Theo phần tính cân bằng sản phẩm, lượng dịch ở nồi đường hoá tính cho 1000 lít bia thành phẩm là: 1028,82 kg. Do đó khối lượng dịch đường của 1 mẻ nấu là: 5. 1028,82= 5144 kg Tỉ trọng dịch: bột= 1,08 kg/lít. Do đó thể tích dịch là: V= 5144/1,08= 4763 lít= 4,763 m3. Hệ số sử dụng của nồi là 0,75. Do đó thể tích của nồi hồ hoá là: V=4,763/0,75= 6,35 m3. Với thể tích này ta chọn đường kính trong của thiết bị là: Dt= 1,8 m I.1.1. Đáy và nắp thiết bị. Chọn đáy và nắp elíp có gờ. Với Dt= 1,8 m ta tra được: [2-383] ht=40 mm h= 450 mm S= 3,76 m2 V= 0,866 m3 I.1.2. Thân thiết bị. Chiều cao mức dịch trong thân: I.2. Tính bề mặt truyền nhiệt. Quá trình nhiệt trao đổi ở nồi đường hoá được chia thành các giai đoạn sau: Bắt đầu trộn gạo với nước ở nhiệt độ thích hợp được hỗn hợp ban đầu có nhiệt độ khoảng 37oC, giữ khoảng 10 phút. Nâng dịch từ 37oC lên 52oC trong 20 phút, duy trì tại nhiệt độ 52oC trong 30 phút. Nâng nhiệt độ từ 52oC lên 65oC trong 10 phút, giữ ở 65oC trong 60 phút. Nâng nhiệt độ từ 65oC lên 76oC trong 10 phút, giữ ở 76oC khoảng 20 phút đến khi đường hoá kết thúc. Tính nhiệt dung riêng của dịch trong nồi đường hoá: Nhiệt dung riêng được xác định theo công thức: Trong đó: C, Cm, Cc, Cn: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp, malt, gạo, nước, kcal/kg.độ M, Mm, Mc, Mn: khối lượng của hỗn hợp, malt, chất khô của gạo, nước, kg Trong malt có 84% chất khô, 6% nước. Với Cm= 0,34 kcal/kg.độ. Cc= 0,9 kcal/kg.độ. Cn= 1 kcal/kg.độ. [1-195] Ta có: C= 0,98 kcak/kg.độ. I.2.1. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 37oC lên 52oC trong 20 phút: Q = 75620. 60/20= 226860 kcal/h áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước cần dùng: I.2.2. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 52oC lên 65oC trong 10 phút. Ta tính được: Q1= 65536 kcal/h. Q = 393215 kcal/h. D= 992,44 kg/h I.2.3. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 65oC lên 76 oC trong 10 phút. Ta tính được: Q1= 65536 kcal/h. Q= 393215 kcal/h. D= 992,44 kg/h I.2.4. Tính bề mặt truyền nhiệt. Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 65oC đến 76oC. Q= 393215 kcal/h Ta có: Q=K.F.Dt Trong đó: K= 1000 kcal/m2.h.độ. F: Bề mặt truyền nhiệt, m2. Dt: hiệu số nhiệt độ trung bình. 126,25oC 65oC td 76oC tc Dtl: 126,25- 65= 61,25oC Dtn: 126,25- 76= 50,25oC Vì : Dtl/Dtn= 61,25/50,25= 1,2oC < 2oC Do đó: Dt= (Dtl+ Dtn)/2= 55,75oC Từ đó tính được: Diện tích áo hơi bao đáy thiết bị= 3,76 m2. Do đó chiều cao áo hơi trên thân là: III. Nồi đun hoa. III.1. Tính các kích thước cơ bản của thiết bị. Theo phần tính cân bằng sản phẩm, lượng dịch đưa vào nồi đun hoa tính cho 1000 lít bia thành phẩm là: 1284,03 kg. Do đó khối lượng dịch của 1 mẻ nấu là: 5. 1284,03= 6420,15 kg Tỉ trọng dịch: bột= 1,08 kg/lít. Do đó thể tích dịch là: V= 6420,15/1,08= 5945 lít= 5,945 m3. Hệ số sử dụng của nồi là 0,75. Do đó thể tích của nồi hồ hoá là: V=5,945/0,75= 7,93 m3. Với thể tích này ta chọn đường kính trong của thiết bị là: Dt= 2 m III.1.1. Đáy và nắp thiết bị. Chọn đáy và nắp elíp có gờ. Với Dt= 2 m ta tra được: [2-383] ht=40 mm h= 500 mm S= 4,6 m2 V= 1,173 m3 III.1.2. Thân thiết bị. Chiều cao mức dịch trong thân: III.2. Tính bề mặt truyền nhiệt. III.2.1. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 30oC lên 76oC trong 30 phút: Q = 289420. 60/30= 578840 kcal/h áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước cần dùng: III.2.2. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 76oC lên 100oC trong 30 phút. Ta tính được: Q1= 151002 kcal. Q = 302004 kcal/h. D= 762,23 kg/h III.2.3. Quá trình đun sôi dịch ở 100oC trong 70 phút. Vì thực hiện quá trình đun sôi nên Q1 được tính theo công thức: Q1= 540. W , kcal Trong đó: 540 kcal/kg : Nhiệt hàm của hơi nước bão hoà ở 2,5 at W: khối lượng nước bay hơi. W= 0,1. 6420,15= 642,02 kg Thay số tính được: Q1= 345611 kcal. Q = 296238 kcal/h. III.2.4. Tính bề mặt truyền nhiệt. Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 65oC đến 76oC. Q= 393215 kcal/h Ta có: Q=K.F.Dt Trong đó: K= 1000 kcal/m2.h.độ. F: Bề mặt truyền nhiệt, m2. Dt: hiệu số nhiệt độ trung bình. 126,25oC 76oC td 100oC tc Dtl: 126,25- 76= 50,25oC Dtn: 126,25- 100= 26,25oC Vì : Dtl/Dtn= 50,25/26,25= 1,91oC < 2oC Do đó: Dt= (Dtl+ Dtn)/2= 38,25oC Từ đó tính được: m2 I. Thiết bị lên men. Theo kết quả tính toán ở phần IV tổng thể tích dịch đường và men đưa vào thiết bị lên men là 1073,58. 1,1= 1180,94 lít. Chọn phương án 1 ngày nấu 5 mẻ như nhau, toàn bộ lượng dịch đường đó đưa vào lên men trong 1 thùng, lượng bia thu được từ thùng này sau quá trình lên men đúng bằng năng suất của nhà máy 25000 lít/ngày Với phương án này thì tổng thể tích của dịch đưa vào lên men là: 1180,94. 5. 5 = 29523,5 lít Thiết bị lên men được thiết kế kiểu thân trụ, đáy côn có gờ, nắp elip có gờ. Để đáp ứng được yêu cầu công nghệ, thiết bị phải thoả mãn một số thông số kỹ thuật sau: áp lực lớn nhất trên mặt dịch là: 1,7 kg/cm3 Nhiệt độ cao nhất của dịch trong bồn là: 140C Nhiệt độ thấp nhất của dịch trong bồn là: 00C Góc đáy thích hợp để men tự lắng xuống đáy là: 2a = 700 Để đảm bảo nhiệt độ lên men ổn định, xung quanh thiết bị có lớp áo làm lạnh và lớp áo bảo ôn chống thất thoát lạnh. Ngoài ra trên thiết bị còn bố trí một cửa vệ sinh hình elip kích thước 350x450 mm , ống xả đáy, ống lấy mẫu, ống đặt nhiệt kế, ống thoát khí. Dự kiến hệ số sử dụng thiết bị là 85% thể tích. Như vậy, tổng thể tích của thiết bị là: V = 29523,5.(100/85).10-3 = 34,73 m3 Với thể tích đó ta chọn đường kính trong của thiết bị là: Dt = 2,6 m I.1. Tính các kích thước cơ bản của thiết bị. I.1.1. Đáy thiết bị. Đáy thiết bị được thiết kế theo kiểu đáy nón có gờ, chiều cao gờ là 40mm và góc ở đáy 2a = 700. ở dưới cùng giữa đáy có lắp một ống xả đáy đường kính 50mm và bán kính uốn gờ đáy là Rg = 0,255m Tính một số kích thước chính như sau: Hd = H + h = 1,86 + 0,04 = 1,9 m Diện tích xung quanh đáy: Thể tích đáy: I.1.2. Nắp thiết bị. Nắp thiết bị được thiết kế theo kiểu elip có gờ, chiều cao gờ là 40 mm, trên đỉnh nắp có đặt ống thoát khí và đo áp suất khí trong thiết bị, đường kính ống là d=30mm. Ta có: [2 - 370] Chiều cao gờ: h = 40 mm = 0,4 m Chiều cao phần lồi: ht = 0,65 m Bề mặt trong nắp: Sn = 7,67 m2 Thể tích nắp: Vn = 2,515m3 Chiều cao nắp: Hn = ht+h = 0,65 + 0,04 = 0,69 m I.1.3. Thân thiết bị. Thân thiết bị được thiết kế theo kiểu thân trụ hàn. Trên thân có cửa vệ sinh, kích thước 350x450mm và có 2 ống: Một để lấy mẫu (d=30mm) và một để đặt ống nhiệt kế (d=10mm). Thể tích của thân thiết bị là: Vt = V - Vđ - Vn = 34,73- 3,5- 2,515 = 28,72 m3 Chiều cao thân thiết bị là: I.2. Tính bền cho thiết bị. Chọn vật liệu chế tạo thiết bị là thép không gỉ X18H10T. Vật liệu này có: Tính chất vật lý của thép không gỉ X18H10T : [2-299] Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m. độ Giới hạn bền kéo: sk = 550.106 N/m2 Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2 Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk = 2,6 Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch = 1,5 Theo quy ước phân loại: [2-345] Thiết bị lên men thuộc nhóm 2 loại II nên hệ số hiệu chỉnh h = 1,0 [2-346] Tính ứng suất cho phép: ứng suất cho phép khi kéo: ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy: Vậy ứng suất cho phép của vật liệu X18H10T là: [s] = 146,667.106 N/m2 I.2.1. Tính chiều dày thân thiết bị: Thân hình trụ hàn Kiểu hàn: Hàn giáp mối hai bên Phương pháp hàn: Hàn hồ quang điện Chiều dày thân thiết bị được tính theo công thức: (2-350) Trong đó: jh: Hệ số bền theo phương dọc của thân jh = 0,95 [2- 352] Hệ số bền dọc của thân tại vị trí có cửa vệ sinh là: Vậy khi tính toán phải lấy hệ số bền theo phương dọc của thân là jh =0,92 P: áp suất trong thiết bị, N/m2. Đươc tính theo công thức: [2-350] P = Pk + Ptt , N/m2 Trong đó: Pk : áp suất khí trên bề mặt dịch trong thiết bị, N/m2 Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của dịch đường tác dụng lên thành thiết bị, N/m2 Pk = 1,7 kg/m2 = 16,677.104 N/m2 Ptt = d.g.Ht Trong đó: d : khối lượng riêng của dịch đường, lấy gần đúng d = 1044,13 kg/m3 g: gia tốc trọng trường, m/s2 , g=9,81 m/s2 h: chiều cao lớn nhất của mức dịch trong thiết bị, h = Ht + Hn = 5,4+0,69 = 6,09 m Do đó: Ptt = 1044,13. 9,81. 6,09 = 6,238.104 N/m2 P = Pk + Ptt = 16,677.104 + 6,338.104 = 22,915.104 N/m2 C: hệ số bổ xung, m C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1 : hệ số bổ xung do ăn mòn, m C2 : hệ số bổ xung do bào mòn, m C1 : hệ số bổ xung do dung sai chiều dày của thép tấm, m Vì thép X18H10T là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta được: S = 2,2. 10-3+ C , m S-C = 2,2.10-3 , m C = C3 = 0,22.10-3 , m S = 2,2.10-3 + 0,22.10-3 = 2,42 (mm) Quy chuẩn ta có: S=3mm Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-355] N/m2 Trong đó: P0 = Ptt + Pth , N/m2 Ptt : áp suất thuỷ tĩnh, N/m2 Ptt = 6,238.104 , N/m2 Pth : áp suất thử thuỷ lực Pth = 1,5.P = 1,5. 22,915.104 =34,373.104 N/m2 Từ đó suy ra: P0 = 34,373.104 + 6,238.104 = 40,611.104 N/m2 Thay vào công thức thử: s = 203,64. 106 N/m2 > sc/2= 183,33. 106 N/m2 Do đó S= 3mm không đáp ứng được an toàn cho thân. Tăng S=4mm thì C=C3 = 0,4.10-3 m Thay vào công thức thử: s = 159,6. 106 N/m2 < sc/2= 183,33. 106 N/m2 Do vậy S = 4mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. I.2.2. Tính chiều dày nắp thiết bị Chiều dày nắp thiết bị được tính theo công thức: [2-372] , m Trong đó: Dt = 2,6 m [ s]= 146,667.106 N/m2 hb = 0,65 m jh : Hệ số bền của mối hàn hướng tâm (mối hàn vòng). ở đây nắp được chế tạo từ một tấm phôi liền nên jh = 1 k: hệ số không thứ nguyên. khi ở đỉnh nắp có 1 lỗ thoát hơi đường kính 30mm k=1 – d/Dt = 1 – 0,03/2,6 = 0,99 P: áp suất tính toán cho nắp P = 1,7 (kg/cm2) = 16,677 .104 N/m2 Thay số : , m S = 3,85.10-3 + C , m S- C = 3,85.10-3 m < 10 mm C3 = (0,4+2).10-3 = 2,4.10-3 m Vậy: S = 3,85.10-3 + 2,4.10-3 = 6,25.10-3 m Quy chuẩn, có S = 6 mm Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thuỷ lực bằng công thức: [2-376] Trong đó: P0 : áp suất thử thuỷ lực P0 = 1,5. P = 1,5. 221,915.104 = 34,373.106 N/m2 Thay số: [s ]= 129,6. 106 N/m2 < 183,33.106 N/m2 Vậy S = 6mm đáp ứng được độ an toàn cho nắp. I.2.3. Tính chiều dày đáy thiết bị. Lấy giá trị lớn trong 2 giá trị S1 và S2 được tính theo công thức sau: [2-399] , m , m Trong đó: Dt = 2,6 m D’ : Đường kính được xác định theo công thức: [2-399] D’ = Dt – 2. [Rg. (1- cosa) + 1