Nghiên ứu hiệu quả tiết kiệm năng lượng ủa giải pháp thu hồi hơi nướ trong ông nghệ sản xuất bia

Trang 1 B ỘGIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ--- NGUYỄN VIỆT CƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ Ế TI T KIỆM NĂNG LƯỢNG Trang 2 LỜI CAM ĐOANLuận văn thạc sỹ "Nghiê

B ỘGIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

-

TÊN ĐỀ TÀI

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sỹ "Nghiên cứu hiệu quả ết kiệm năng lượng của giải pháp ti thu h ồ i nư ớ c trong công ngh s ệ ả n xu ấ t bia ", được hoàn thành bởi tác gi ảNguyễn Việt Cường - học viên lớp Cao học Kỹ thuật nhiệt lạnh, khoá 2009 - 2011,

Vi n Khoa h c và công ngh Nhi – Lệ ọ ệ ệt ạnh, Trường Đạ ọc Bách khoa Hà Nội h i Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu c a riêng tôi, k t qu nêu trong ủ ế ả

luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà n i, ngày 12 thá ộ ng 03 năm 2012

Tác gi lu ả ận văn

Nguy ễ n Việt Cường

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được bày t s cỏ ự ảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng d n GS.TSKH ẫ

Đặ ng Qu c Phú và các thày cô giáo trong Việ ố n Kh & CN nhi t-l nh ệ ạ đã hướng d n ẫ

t n tình trong quá trình th c hiậ ự ện đồ n là cơ sở để á tôi hoàn thành b n luả ận văn này

Tôi cũng chân thành gử ờ ảm ơn ới l i c t i :

Tất cả các thầy giáo đã tham gia giảng dạy các học ph n cầ ủa chương trình cao

học Các Thầy đã cung cấp cho tôi những kiến thức cần thiết làm nền tảng để tôi có

th hoàn thành tể ốt nội dung c a luủ ận văn tốt nghi p này ệ

Ban Giám đốc công ty cùng toàn th cán b công nhân viên t i nhà máy bia ể ộ ạ

Hu t i Phú Bài ế ạ đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực tậ ạp t i công ty

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới nhữ người thân trong gia ng

đình, bạn bè và đồng nghi p – v i s ệ ớ ự quan tâm, động viên và ng h nhi t tình c a ủ ộ ệ ủ

h i v i tôi trong su t th i gian th c hiọ đố ớ ố ờ ự ện đề tài này

Trong quá trình thực hiện luận văn không thểtránh kh i nh ng sai sót, tác giỏ ữ ả

r t mong nh ng ý kiấ ữ ến đóng góp, phê bình của các thầy cô và các bạn đồng nghi p ệ

Hà N ội, tháng 03 năm 20 12

Nguy ễ n Việt Cường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

L I C Ờ ẢM ƠN ii

M C L C Ụ Ụ iii

DANH M C B NG BI U, HÌNH V Ụ Ả Ể Ẽ viii

L I M Ờ Ở ĐẦ U 1

CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ H TH NG THI T B Ệ Ố Ế Ị TRONG QUÁ TRÌNH S N XU Ả Ấ T BIA 3

1.1 T ỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA 3

1.1.1 Tình hình s ả n xuấ t bia trên th i ếgiớ 3

1.1.2 Tình hình s ả n xuấ t và tiêu th ụ rượ u bia Vi t Nam ở ệ 4

1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGH VÀ TRANG THI Ệ Ế T BỊ TRONG NHÀ MÁY BIA 4

1.2.1 Gi ớ i thiệu quy trình công nghệ ản xuấ s t bia 4

1.2.2 Thi t b trong công ngh s ế ị ệ ả n xuấ t bia 5

1.2.2.1 H th ng n u ệ ố ấ 5

1.2.2.2 H th ng c p nhi t ệ ố ấ ệ 6

1.2.2.3 H th ng c p l nh ệ ố ấ ạ 6

1.2.2.4 H th ng lên men ệ ố 7

1.2.2.5 H th ng thu h i và c p CO ệ ố ồ ấ 2 7

1.2.2.6 H th ng chi t chai và thanh trùng s n ph m ệ ố ế ả ẩ 8

1.2.2.7 H th ng tích nhi t ệ ố ệ 8

1.2.2.8 H th ng v sinh, thanh trùng thi t b ệ ố ệ ế ị 8

1.2.2.9 Các h th ng thi t b ph khác ệ ố ế ị ụ trợ 8

1.3 T Ổ NG QUAN KỸ THUẬT TRONG NHÀ MÁY BIA HUẾ 8

1.3.1 Mô t ả công suất của nhà máy bia Hu ế 8

1.3.2 Thành ph m ẩ 9

1.3.3 T n th t trong quá trình s ổ ấ ả n xuấ 9 t 1.3.4 Đóng gói 10

1.3.5 Th i gian v ờ ậ n hành sản xuấ 11 t

1.3.6 CIP 11

1.3.7 Mô t t ả ổ ng quát về ự độ t ng hóa cho toàn b nhà máy ộ 13

1.3.8 Đặ c đi ể m k thu t c ỹ ậ ủa các phân xưở ng 13

1.3.8.1 Khu x lý nguyên li u ử ệ 13

1.3.8.2 Nhà N u ấ 14

1.3.8.3 D li u k thu t v lên men ữ ệ ỹ ậ ề 15

1.3.8.4 D li u k thu t c ữ ệ ỹ ậ ủa xưởng đóng gói 17

1.3.8.5 Điề u ki ện độ ng l c 17 ự 1.4 PHÂN B Ố TIÊU THỤ NĂNG LƯỢ G TRONG NHÀ MÁY BIA 18 N 1.5 NH Ậ N XÉT VÀ KẾT LUẬ N 19

CHƯƠNG 2: THỰ C TR NG TIÊU TH Ạ Ụ NĂNG LƯỢ NG NHI T TRONG Ệ H N U Ệ Ấ 23

2.1 CÂN B NG CH Ằ Ấ T 23

2.1.1 Thành ph ầ n khối lượ ng nguyên li u trong h n u ệ ệ ấ 23

2.1.2 Tính cân b ng chât cho h n u ằ ệ ấ 24

2.2 CHI PHÍ NĂNG LƯỢ NG 32

2.2.1 N ồ i hồ hoá 32

2.2.2 N ồ i đư ờ ng hoá 39

2.2.3 Nồi lọc 41

2.2.4 Nồi húp lông 41

2.2.5 Thùng l ng xoáy ắ 43

2.2.6 Lượng hơi cấ p cho toàn b h n u (m t ngày n u) 44 ộ ệ ấ ộ ấ 2.3 NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 45

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THI T K VÀ L A CH N THI T B TRONG Ế Ế Ự Ọ Ế Ị H TH NG TI T KI Ệ Ố Ế ỆM NĂNG LƯỢ NG 47

3.1 CƠ SỞ ĐỀ XU T GI I PHÁP 47 Ấ Ả 3.2 PHÂN TÍCH L Ự A CHỌ N GI I PHÁP Ả 47

3.2.1 Cơ sở ự l a ch n gi i pháp 47 ọ ả 3.2.2 Gi i pháp lự a ch n 49

3.3 L Ự A CHỌN THIẾ T B Ị THỰ C HI Ệ N GIẢ I PHÁP 50

3.3.1 Tính toán cân b ằ ng nhiệ 50 t 3.3.2 Thi t b ế ị trao đổ i nhiệ 51 t 3.3.2.1 Tính chọn tháp rửa hơi 51

3.3.2.2 Tính ch ọ n th ết bị i gia nhi t cho d ệ ị ch 54

3.3.2.3 Tính ch ọ n thiết bị gia nhi ệt cho nướ c 63

3.3.3 Thi t b ế ị phụ 67

3.3.3.1 Bình ch ứ a nư ớ c 68

3.3.3.2 Bơm nướ c 68

3.4 NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 69

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆ U QU C A Ả Ủ CÁC GI I PHÁP Ả TH C HI N Ự Ệ 70

4.1 HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG KHI THỤC HIỆN GIẢI PHÁP 70

4.1.1 Lượ ng nhi t ti t ki m 70 ệ ế ệ 4.1.2 Phân tích và đánh giá tính hiệ u qu ả năng lượ ng c a gi i pháp 70 ủ ả 4.2 CHI PHÍ ĐẦU TƯ CHO GIẢ I PHÁP 70

4.3 CHI PHÍ VẬN HÀNH 72

4.4 HI Ệ U QUẢ THU ĐƯỢC TỪ GIẢ I PHÁP Đ Ề XUẤ T 74

4.4.1 Hi ệ u quả kinh tế thu đượ 74 c 4.4.2 Th ờ i gian hoàn vố 75 n 4.5 KI Ế N NGHỊ BIỆN PHÁP THỰC HIỆ N 75

CHƯƠNG 5 : K Ế T LU N VÀ KI N NGH 76 Ậ Ế Ị 5.1 KẾT LUẬN 76

5.2 KIẾN NGHỊ 76

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 78

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU- CÁC CHỮ VIẾT TẮ T

Ký hi u ệ Th nguyên ứ Ý nghĩa

t 0C Nhiệt độ Celcius

t1 0C Nhiệt độ Celcius phía nóng

t2 0C Nhiệt độ Celcius phía l nh ạ

Cp J/kg.K Nhi t dung riêng khệ ối lượng

ρ kg/m3 Khối lượng riêng

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

B ả ng biể u

Bảng 2.1: Thành phần nguyên li u cệ ủa h n u v i công suất 63mệ ấ ớ 3 24

Bảng 2.2: Lượng nhiệt tiêu tthụ ạ ồ ồi n i h hoá 38

Bảng 2.3: Lượng nhiệt tiêu thụ ạ t i nồi đường hóa 40

Bảng 2.4: Lượng nhiệt tiêu thụ ạ t i nồi húp lông 43

Bảng 2.5: Lượng nhiệt và lư ng hơi tiêu thụợ .45

Bảng 3.1: Tính toán lựa ch n thi t b gia nhi t cho nước 64ọ ế ị ệ Bảng 4 1: Giá thành thi t b ế ị đầu tư 71

Bảng 4.2: Giá đi n năng trong ngày (Đơn vệ ị VNĐ) .73

Hình vẽ Hình 3.1: Sơ đồ công ngh c a h n u 48ệ ủ ệ ấ Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý t n dụậ ng lượng nhi t bay hơi 49ệ Hình 5.1: Sơ đ nguyên lý có máy nén hơiồ .77

LỜI MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đất nước Việt Nam đang trong thời k công nghi p hoá và hiỳ ệ ện đại hoá nên khai thác và sử ụ d ng nguồn năng lượng có hi u qu là m t trong nh ng vệ ả ộ ữ ấn đề ấ c p thiết trong tất cả các ngành nghề Ngoài những yếu tố ề công nghệ thì thiết bị đóng v vai trò r t quan tr ng trong viấ ọ ệc sản xuất ra 1đơn vị ả s n ph m v i tiêu hao nhiên ẩ ớliệu là ít nhất Trong ngành bia rượu và nước giải khát cũng vậy, cần tiêu hao năng lượng trên 1 lít s n ph m là nh nh t t ả ẩ ỏ ấ ừ đó dẫn đến chi phí s n xu t 1 lít bia là nh ả ấ ỏ

nhất Hiệu quả ủa quá trình sản xuấ ấy được quyết định bởi một trong các yếu tố c t

đó là tận dụng hơi thải môi trường có nhiệt lượng lớn để tái s d ng vào mử ụ ục đích làm nóng nước dùng vào mục đích khác

T ừ tính cấp thiết đó nên tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứ u hi u qu ti t ki m ệ ả ế ệ năng lượ ng c a gi i pháp thu h ủ ả ồi nướ c trong công ngh s n xu t bia” ệ ả ấ

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM

VI NGHIÊN C U Ứ

Ở Việt nam, bia được s d ng r ng rãi Chính vì v y r t nhi u nhà máy bia ra ử ụ ộ ậ ấ ề

đời ph c v nhu c u xã h i Tuy nhiên các nhà máy bia Viụ ụ ầ ộ ở ệt Nam đang gặp ph i ả

một tình trạng chung là mứ ộc đ s dử ụng năng lượng rất cao mà hiệu quả ất thấ r p

Thực trạng này đặt ra một vấ ền đ là làm sao tìm ra biện pháp giảm tổn thất năng lượng trong các khâu, các qui trình s n xuả ất để đạ t hi u qu ể ả năng lượng cao nh t ấBên cạnh đó vấn đề bảo vệ môi trường cũng phải quan tâm đến, đặc biệt khi nước

ta đang trên con đường công nghiệp hoa sản sinh ra nhiều khí thải môi trường Trong nhà máy bia thì phàn khí CO2 sinh ra thải ra môi trường nhiều nhất ở lò hơi, nếu ta giảm

đư c lượ ợng hơi cần sử dụng cho các khâu thì sẽ làm giảm khí CO2 sinh ra môi trường Chính vì v y, tôi chậ ọn đề tài này để nghiên c u và tìm raứ giải pháp tiết kiệm

đánh giá được lượng nhi t t n th t trong quá trình húp lông hóa T ệ ổ ấ ừ đó nghiên cứu đưa ra giải pháp để áp d ng vào các dây chuy n s n xu t bia làm gi m thi u t n th t ụ ề ả ấ ả ể ổ ấnăng lượng và nâng cao hi u quệ ả Đồng th i gi i pháp này có th ờ ả ể được áp d ng ụrộng rãi trong các nhà máy bia của Việt Nam Nội dung của luận văn được trình bày thành các chương như sau:

Chương 1: Qui trình công nghệ và hệ thống thiết bị trong quá trình sản xu t bia.ấChương 2: Thực tr ng tiêu th ạ ụ năng lượng nhi t trong h n u ệ ệ ấ

Chương 3: Tính toán thiết kế và l a chọự n thi t bịế trong h th ng tiếệ ố t ki m ệnăng lượng

Chương 4: Phân tích đánh giá ệhi u qu c a các gi i pháp th c hi n ả ủ ả ự ệ

Chương 5: Kết lu n và ki n ngh ậ ế ị

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

Tiết kiệm năng lượng là một giải pháp công nghệ ới được áp dụng nhằ m m

mục đích giảm lượng điện, nước, nhiên liệu tiêu thụ trong quá trình sản xuất, góp

phần tăng sức cạnh tranh cho doanh nghiệp, cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường, h n ch phát th i khí COạ ế ả 2, khí mêtan…

Giải pháp quan trọng và đặc biệt có hiệu quả trong công nghiệp sản xuất bia

đã đượ ức ng d ng thành công là nghiên c u thi t k và ng d ng h th ng ti t ki m ụ ứ ế ế ứ ụ ệ ố ế ệnăng lượng cho nồi đun sôi hoa Húp lông trong s n xu t bia ả ấ

Nghiên c u lý thuyứ ết, khảo sát thực tế phân tích các số ệu đo thự li c tế để làm

cơ sở tính toán và xác định được vai trò ti t kiế ệm năng lượng trong công ngh s n ệ ả

xu t bia ấ

CHƯƠNG 1 QUY TRÌNH CÔNG NGH Ệ VÀ H TH Ệ Ố NG THI T B Ế Ị

TRONG QUÁ TRÌNH S Ả N XUẤ T BIA

1.1 T NG QUAN V NGÀNH CÔNG NGHI P S Ổ Ề Ệ Ả N XUẤT BIA

1.1.1 Tình hình sản xuất bia trên thế giới

Ngành công nghiệp sản xuất bia có lịch sử phát triển lâu đời (nhà máy bia

đầu tiên trên th giế ới được xây d ng tự ại Đức năm 1040, và ngay tại thời điểm đó, bia đã trở thành th c u ng rứ ố ất được ưa chuộng tại các nước Châu Âu khác như: Tiệp Khắc, Đan Mạch, Pháp,…) Hiện nay, ngành công nghiệp bia phát triển rất nhanh, đem lại ngu n thu nhồ ập tương đối cao cho ngành kinh doanh bia và các d ch v , s n ị ụ ả

ph m ph ẩ ụ đi kèm

Một số nước Châu Âu có khí hậu lạnh, nhưng lại là khu vực có truyền thống

sản xuất bia, ngành công nghiệp bia ở khu vực này phát triển rất mạnh, tiêu biểu là nhu c u tiêu th bia cầ ụ ủa mộ ố nướt s c trong khu vực rất cao so v i tiêu th bia trên ớ ụ

th giế ới, thống kê bình quân mức tiêu thụ bia hiện nay ở ột số nước Châu Âu: mCộng hòa Séc 160 lít/người/năm; Công hòa liên bang Đức 127 lít/người/năm; Đan

Mạch 125 lít/người/năm, Bỉ, Hà Lan là 120 đến 160 lít/người/năm và phố ế bi n là 80 lít/người/năm

Châu Á là khu v c có ngành công nghi p bia phát tri n muự ệ ể ộn hơn Châu Âu, nhưng khu vực này có dân s ố đông và là thị trường tr cho nên m c tiêu th bia ẻ ứ ụđang ngày càng tăng Sản xu t và tiêu th bia hàấ ụ ng năm của m t s nư c trong khu ộ ố ớvực trước kia thấp, nhưng đến nay đã tăng trưởng khá nhanh, bình quân 6,5%/năm,

ví d : Thái Lan có mụ ức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm, Trung Quốc có mức tăng trưởng trên 20%/năm

Theo th ng kê, hi n nay trên thố ệ ế ớ gi i có khoảng trên 25 nước sản xu t bia vấ ới

sản lượng khoảng 100 tỷ lít/năm Trong đó có một số nước có sản lượng cao, chiếm khoảng 10% tổng sản lượng của thế ới như: Mỹ, CHLB Đức mỗi nước sản xuấ gi t

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rượu bia ở Việt Nam

Trong 10 năm gần đây, do tác động c a nh ng y u tủ ữ ế ố chính như tốc độ tăng GDP, tăng dân số, đô thị hóa, du l ch, t c đ ị ố ộ đầu tư, sắp x p t ch c s n xu t,… ế ổ ứ ả ấngành công nghi p bia Việ ệt Nam đã có tốc độ tăng trưởng cao, bình quân 8-12%/năm

1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ TRANG THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY BIA

1.2.1 Gi ớ i thiệu quy trình công nghệ ản xuấ s t bia

Bia được s n xu t t nguyên li u chính là: malt, gả ấ ừ ệ ạo, nước và các nguyên li u ệ

ph ụ như hoa húp lông, men giống Ngoài ra còn một số nguyên liệu có thể được thêm vào để thay thế malt như: mì, ngô,… Sản xuất bia được tiến hành qua nhiều quá trình

Malt được nghi n thành bề ột sau đó hòa trộn với nước theo t l nhỷ ệ ất định và ngâm theo yêu c u c a công ngh s n xu t ủ ầ ủ ệ ả ấ

Gạo nghiền thành bột được chuyển đến nồi hồ hóa Tại đây bột được hòa trộn

với nước và ngâm ủ trong nồi Sau đó được cấp nhiệt để phá vỡi màng tế bào của tinh b t, tộ ạo điều kiện biến chúng thành tr ng thái hòa tan trong dung d ch ạ ị

Kết thúc quá trình hồ hóa, cháo được bơm chuyển sang hòa trộn với malt Tại nồi đường hóa, malt được trộn đề ới cháo, sau đó đượ ủu v c và gia nhi t, mệ ục đích

để chuy n các ch t không hòa tan trong malt và nh ng ch t hòa tan trong tinh b t, ể ấ ữ ấ ộ

tạo thành đường và các acid amin Sau đó dịch được bơm đi lọc thô t i n i l ạ ồ ọc

Mục đích của quá trình lọc bã malt là tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để ếp tục ticác bước ti p theo c a ti n trình công ngh , còn pha r n ph li u s ế ủ ế ệ ắ ế ệ ẽ được lo i b ra ạ ỏngoài Trong quá trình này, nước được thêm vào có tác d ng r a bã, đ ng th i đ ụ ử ồ ờ ể

bù l i t n thạ ổ ất do bay hơi trong khi nấu Quá trình l c hoàn thành, dọ ịch được chuyển sang n i húp lông ồ

Ở ố n i húp lông hóa, ngư i ta c p nhiệ ấ ịờ ấ t n u d ch sau khi đã đư c tr n v i hoa ợ ộ ớhúp lông trong th i gian kho ng tờ ả ừ 1- 2 giờ ở n ệt độ 100 105hi - oC Mục đích của quá trình húp lông ạo cho bia thành ph m có vlà t ẩ ị đắ ng, hương thơm và kh năng tả ạo bọt Sau quá trình húp lông, dịch được chuy n sang th ng lể ừ ắng xoáy để ế ti p tục lọc

l n cu i bầ ố ằng phương pháp ly tâm

Kết thúc quá trình lọc ở thùng lắng xoáy, dịch được bơm chuyể ến đ n thiết bịlàm lạnh nhanh, sau đó được sục khí vô trùng và tr n v i men giộ ớ ống rồi chuyển đển các tank lên men, thực hiện quá trình lên men

Quá trình lên men thường được th c hiự ện qua 2 giai đoạn, đó là lên men chính

và lên men phụ Kết thúc hai quá trình lên men, dịch có mùi thơm và vị đắng đặc trưng, dịch này được g i là bia bán thành ph m Tiọ ẩ ếp đó tiến hành l c, s c COọ ụ 2 đưa

đi bảo qu n t i tank thành phả ạ ẩm để bia ổn định

Bia đã ổn định m t phộ ần được đem đi ch ết chai, đóng nắp, đưa sang thanh itrùng, dán nhãn, nhập kho để tiêu th ụ

1.2.2 Thiết bị trong công ngh s ệ ả n xuấ t bia

Nhà máy bia có các hệ ố th ng chính sau: H th ng n u, c p nhi t, c p lạnh, lên ệ ố ấ ấ ệ ấmen, b o quả ản, vệ sinh, thanh trùng thi t b (CIP), thu hế ị ồi CO2, ch a nguyên liứ ệu,

cấp nước sản xuất, xử lý nước, đóng chai,… Do khuôn khổ ủ ề c a đ tài nghiên cứu không cho phép, ở đây ch ỉ xét đến những thi t b trong các hế ị ệ thống có liên quan

đến tính toán nhi t sau này ệ

1.2.2.1 H th ệ ố ng nấ u

H thệ ống nấu có các th ết bị chính sau: nồi hồ hóa, nồi đường hóa, nồi lọc, nồi ihúp lông, thùng l ng xoáy và các thiắ ế ịt b ph ụ như: động cơ điện, h p gi m tộ ả ốc, cách khuấy, bơm bã, các loại van, ph kiụ ện đường ng,… ố

- Nồi hồ hóa: nồi hồ hóa có nhiệm vụ ủ và gia nhiệt cho dung dị ch bột gạo

để ấ n u thành cháo, mục đích là nhằm phá v màng t bào c a tinh b t, tỡ ế ủ ộ ạo điều ki n ệ

bi n tinh b t thành tr ng thái hòa tan trong dung d ch ế ộ ạ ị

- Nồi đường hòa: Thực hiện quá trình ngâm ủ malt và dịch cháo, hỗn hợp này sẽ ủ th y phân dịch thành đường maltoza và các dextrin Sau đó tạo ra một lượng đường glucoza

- Nồi lọc: Nồi lọc bã có nhiệm vụ ọc thô dịch đường, nhằm loại bỏ bã lnguyên li u và t o cho dệ ạ ịch đường có được độtrong theo yêu c u công nghầ ệ trước khi chuy n sang thể ực hiện quá trinh húp lông hóa

- N i ồ húp lông: Nồi húp lông có nhiệm vụ gia nhiệt cho dịch đến nhiệt độsôi, đây là quá trình húp lông hóa dịch đường sau khi được tr n hoa húp lông M c ộ ụđích của quá trình húp lông là tạo cho bia thành ph m có v ẩ ị đắng, hương thơm và

kh ả năng tạo b t ọ

- Thùng lắng xoáy: thùng lắng xoáy là thiết bị ọc tinh dịch hèm trước khi đi llàm lạnh nhanh để đưa đến tank lên men

1.2.2.2 H th ệ ố ng cấp nhiệ t

Để ự th c hi n quá trình n u nguyên li u, thanh trùng thi t b và h th ng cung ệ ấ ệ ế ị ệ ố

cấp nước nóng cần phải có hệ ống cấp nh ệt Nhiệt cấp cho các thiết bị được sả th i n

xu t t nấ ừ ồi hơi Tùy theo từng nhà máy, nồi hơi có thể ử ụ s d ng nhiên liệu đốt là ch t ấ

r n, l ng hay khí ắ ỏ

1.2.2.3 H th ệ ố ng cấ ạnh p l

Quá trình lên men, h nhiạ ệt độ ủ c a dịch và b o qu n bia thành phả ả ẩm được thực

hi n nhiệ ở ệt độ ấp, do đó trong nhà máy bia cầ th n thiết phải thiết kế và lắp đặt một

h th ng lệ ố ạnh đảm bảo cung cấp lượng l nh tạ ới các bộ ậ ph n tiêu th ụ

H thệ ống cấp lạnh bao gồm: máy nén lạnh, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi,

và các thiế ị ụ như: Các lạt b ph i van chặn, bơm, các thiế ị điềt b u khiển và đo lường, thiết bị ải nhiệt,… Để ực hiện quá trình làm lạnh trong các tank lên men ngườ gi th i

ta thường dùng phương pháp truyền th ng là s d ng ch t t i l nh b ng d ch glycol ố ử ụ ấ ả ạ ằ ị

hoặc nước mu i ố

Tuy nhiên trong điều ki n cệ ạnh tranh như hiện nay, v n đ ti t kiấ ề ế ệm năng lượng đang là cấp thiết cho nhà máy, đặc bi t khi v n hành nhà máy trong gi cao ệ ậ ờđiểm v n Vi c s d ng h th ng tích l nh dùề điệ ệ ử ụ ệ ố ạ ng đá sệ ẽt s giúp gi i quyả ết được

tiết kiệm năng lượng trong nhà máy Hệ ống lạnh có thể được chọn tùy theo cách thđáp ứng t i v i h th ng theo yêu c u l nh hi n t i H thả ớ ệ ố ầ ạ ệ ạ ệ ống đá sệt là hệ ố th ng s n ả

xuất đá dưới dạng đá loãng, nhão hay tuyết, ưu điểm của loại đá này là không dính

kết và bề ặt dàn bay hơi, không cần chu trình xả băng, do vậy không ảnh hưở m ng

1.2.2.5 H th ệ ố ng thu hồ i và c p CO ấ 2

H thệ ống thu hồi CO2là một hệ ống thiết bị ụ ợ ất quan trọng Nhờ có th ph tr r

h th ng thu h i COệ ố ồ 2 mà các nhà máy bia có th thu hể ồi lượng CO2 s n sinh ra trong ảquá trình lên men và c p cho các taấ nk tr ữ bia và cho quá trình chi t chai Hế ệ ố th ng này ngoài vi c giúp các nhà máy bia thu hệ ồi tậ ụng được COn d 2, gi m phát th i ra ả ảmôi trường và không ph i mua COả 2 phục vụ quá trình tank tr ữ và bảo quản bia mà còn đảm b o v sinh an toàn th c ph m do s d nả ệ ự ẩ ử ụ g đúng CO2 sản sinh từ quá trình lên men bia cho các công đoạn khác trong nhà máy

H thệ ống thu hồi CO2 cũng tiêu hao một lượng điện và năng lượng lạnh tương

đố ới l n

1.2.2.6 H th ệ ố ng chiế t chai và thanh trùng s ả n phẩ m

H thệ ống dây chuyền chiết chai thườ g được nhập khẩu đồng bộ ừ các nước n t công nghi p phát tri n Hệ ể ệ ố th ng thi t b này sế ị ử ụ d ng một lượng hơi tương đố ới l n cho vi c thanh trùng s n ph m và rệ ả ẩ ửa chai, đồng thời đòi hỏi một lượng nước làm mát r t lấ ớn đểlàm mát sản ph m sau khi ra kh i thi t b ẩ ỏ ế ị

1.2.2.7 H th ệ ố ng tích nhiệ t

Để duy trì hoạt động c a nhà máy trong khi các thi t b cung c p l nh tr c ti p ủ ế ị ấ ạ ự ế

dừng hoạt động và giảm phụ ải của máy nén lạnh, cấn có hệ ống tích nhiệt Hệ t ththống tích nhiệt trong nhà máy bia bao gồm: bình tích đá sệt, bình chứa chất tải

l nh, bình chạ ứa nước nóng, nước lạnh

1.2.2.8 H th ệ ố ng vệ sinh, thanh trùng thi ế t bị

Hệ thống vệ sinh và thanh trùng thiết bị có nhiệm vụ làm sạch và khử trùng các thiết bị để đảm bảo vệ sinh an toàn trong quá trình sản xu t Hấ ệ thống vệ sinh thiết bị thường có: bình chứa dung dịch xút loãng, bình acid loãng, bình chứa nước nóng

1.2.2.9 Các h th ệ ố ng thiế ị ụ ợ khác t b ph tr

Ngoài các hệ thống thi t bế ị được li t kê trên, nhà máy bia còn có các hệ ở ệ

thống thiết bị ụ ợ khác như hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt, nước nấu, nước ph tr

cấp lò hơi, nước thả ệ ống điện phục vụ ản xuất và sinh hoạt, hệ ống máy i, h th s thnén khí, h thệ ống máy phát điện d phòng… ự

1.3 T NG QUAN K THU T TRONG NHÀ MÁY BIA HU Ổ Ỹ Ậ Ế

1.3.1 Mô tả công suất của nhà máy bia Huế :

Sản lượng bán / năm / HL 1.400.000

Tháng cao điểm % 10.0%

Công suất lắp đặt / năm / HL 1.600.000

S ngày v n hành / tu n ố ậ ầ 6

1.3.2 Thành phẩm

Độ bia PLATO 10.00 Bia cao độ PLATO 12.69

Độ đắ ng BU 18.00 H s pha loãng ệ ố 1.28 Nguyên li u ệ

Malt 70 % Hàm l ng chượ ất

chi t ế 76 %

Hàm lượng ch t ấchi t ế 80 % Nguyên li u cho m i HL bia bán ệ ỗ 13.7 kg

Hàm lượng alpha acid trong Húp lông

T n th t chai bên ngoài % ổ ấ 2

T n th t chai bên trong % ổ ấ 1

Chiều cao pallet võ chai 2 pallet

Chiều cao pallet chai thành

1.3.5 Th i gian v ờ ậ n hành sản xuấ t

Nhà N u ấ 6 ngày/tu n ầ 3 ca/ngày 8.0 gi /ca ờ

Ch bi n bia ế ế 6 ngày/tu n ầ 3 ca/ngày 8.0 gi /ca ờ

L c ọ 6 ngày/tu n ầ 1 vòng/ngày 13.0 gi /ca ờChi t chai ế 6 ngày/tu n ầ 3 ca/ngày 7.0 gi /ca ờChi t lon ế 6 ngày/tu n ầ 2 ca/ngày 7.5 gi /ca ờ(N u c n thi t có th ế ầ ế ể tăng lên 3 ca)

Phụ ợ tr 7 ngày/tu n ầ 3 ca/ngày 8.0 gi /ca ờ

H2O2 25％ ( ECOLAB P3-oxonia active)

Dung dịch vệ sinh xút nóng (đườ ống ng, thiết bị áp lực thường)

Nướ ấc m v ệ sinh (đường ng, thi t b áp lố ế ị ực thường)

Quy trình Nhiệt độ Nồng độ (％) Th i gian (phút) ờ

Rửa ban đầu Nhiệt độ thường － 10～30

R a ử Nhiệt độ thường － 5

Dung dịch vệ sinh xút nhiệt độ ấ th p (Thiết bị đóng kín)

Quy trình Nhiệt độ (0C) Nồng độ ( ) ％ Th i gian ờ

Dung dịch vệ sinh axit nhiệt độ ấ th p (Thi b ết ị đóng kín)

Quy trình Nhiệt độ (0C) Nồng độ ( ) ％ Th i gian ờ

thời nhiệt độ và nồng độ cũng phải thỏa mãn các yêu cầu Khi thỏa mãn các điều

ki n trên, th i gian v sinh phệ ờ ệ ải theo đúng trình tự

Phương pháp ệ sinh đườ v ng ống: Đường ng phố ải đượ ửc r a s ch cho m i l n ạ ỗ ầ

s dử ụng theo thời gian đã được ấ ịnh Đản đ m bảo chắc chắn rằng dườ ống phảng i

sạch hoàn toàn Việc vệ sinh phải được tiến hành theo trình tự, bắ ầt đ u từ trên cao Thông thường, t c đ dòng ch y c a dung d ch v ố ộ ả ủ ị ệ sinh trong đường ng không nh ố ỏhơn 3m/giây

1.3.7 Mô t t ả ổ ng quát về ự độ t ng hóa cho toàn b nhà máy ộ

Tên xưởng Phương pháp điều khi n ể B trí phòng ố

điều khi n ể Ghi chú Khu x lý nguyên li u ử ệ

Điều khi n t ngPC/PLC ể ự độĐiều khiển trung tâm và điều khi n t ng ph n riêng bi t ể ừ ầ ệ

Xưởng Lên men PC/PLC Điều khi n trung tâm ể

và điều khi n t ng ph n riêng ể ừ ầ

bi t ệ

Nhà n u ấ

Xưởng ph tr ụ ợ PC/PLC Điều khi n trung tâm ể Xưởng ph ụ

tr ợKhu x ử lý nước thải PC/PLC Điều khi n trung tâm ể Khu x lý ử

1.3 8 Đặ c đi ể m kỹ thuậ ủ t c a các phân xưở ng

1.3.8.1 Khu x ử lý nguyên liệ u

Nguyên li u ệ

Lo i ạ Ki u ể Dung tích T tr ng ỷ ọ Ghi chú Malt Container 20 feet 0.50～0.60 container

Container 40 feet container

C Carlsberg Beer Ghi chú

Tốc độgia nhiệ ở ồi gạt n o 1.20/phút

Tốc độgia nhiệ ở ồi gạt n o 1.00／phút（650→780／13 phút）

húp lông viên húp lông

N i húp lông ồ T ng ự độ

T ng ự độ

Hóa ch t ấ CaSO4 N i g o ồ ạ

(100%) T ng ự độ Yêu c u v thi t b t ng hóa ầ ề ế ị ự độ

H ng v sinh CI ệthố ệ P Điều khi n và c p t ể ấ ự động 1

Điều ch nh PH ỉ Cấp tự động acid H3PO4 theo thời

automation instrument Điều khi n trung tâm t ng (bao ể ự độ

1.3.8.3 D ữ liệu ỹ thuậ ề lên men k t v

Điều kiện quy trình cơ bản

Nhiệt độ ịch đườ d ng 16oC

Biểu đồ lên men xem biểu đồ đính kèm

T l c p men ỷ ệ ấ 0.3％-0.5％(15 tri u t bào / ml dệ ế ịch đường)

Th i gian c p ờ ấ c p m t l n vào dấ ộ ầ ịch đường cho m u tiên ẻ đầ

Chu k lên men chính ỳ 16oC trong vòng 6 - 8 ngày

Điều ki n làm l nh ệ ạ 16oC - 8oC trong vòng 24h

S l n tàng tr men tái s d ng ố ầ ữ ử ụ 6

Nhiệt độ tàng tr men tái s d ng ữ ử ụ 4oC

Thời gian làm lạnh men tái sư dụng và

nhiệt độ tàng tr ữ 12h

Axit hóa men không

Nhiệt độ bia ra kh i thùng lên men ỏ -1 oC

Nhân men Nhân men hai c p ấ

Tác nhân lạnh propylene glycol

Đường ống và điều khi n ể

H ng m c ạ ụ Mô t ả Có=1,không=0 Đường ng ố ở xưởng lên

Đường ng bia trong ố Co đấu n i CIP (CIP swing bend) 1 ố

H thệ ống lấy mẫu của thùng lên men /bia trong 1

2 h thệ ống vệ sinh CIP Điều khi n và c p liể ấ ều lượng t ự

Thi t b t ng ế ị ự độ Điều khi n trung tâm bao g m ể ồ

H th ng nhân men ệ ố

Nhân men Bước 0 Bước1 Bước2

tank Carlsberg tank PT PT

Dung tích（m3） 25 L 1 kl 10kl

Nhiệt độ (0C) 20 16 14

Th i gian ờ 3 ngày 3 ngày 2 ngày

L c bia và pha loãng nọ ồng độ cao

H th ng l c ệ ố ọ Hoàn toàn t ng ự độ Ghi chú

H th ng c p ph gia ệ ố ấ ụ Hai b t ng hoàn toàn ộ ự độ

Pha loãng nồng độcao sau khi

S ng t bào men sau khi l c ố lượ ế ọ 0 t bào/ml ế

Độ đụ c c a bia sau khi l c ủ ọ nh ỏ hơn 0.35 EBC

H th ng pha loãng nệ ố ồng độ cao Thiết bị đo Oxy hòa tan và

CO2trên đường ống

L c tinh bia ọ 10µm

1.3.8.4 D li ữ ệ u kỹ thuậ ủa xưởng đóng gói t c

H ng m c ạ ụ Mô t ả Có=1,Không=0 Thi t b chính ế ị Dây chuy n chi t chai, 40,000ề ế

Công suất điện tối đa được cấ ừ p t

mạng điện quốc gia 4000KVA 1

Phân phối điện h th ạ ế 3ΦAC400V±10% × 50 Hz 1 Phục v chiụ ếu sáng AC220V × 50 Hz 1 Phục vụ ế ị thi t b đo AC24V 1

1.4 PHÂN B Ố TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG TRONG NHÀ MÁY BIA

Năng lượng s d ng trong nhà máy bia g m c ba dử ụ ồ ả ạng: điện, nhi t nóng, ệnhiệt lạnh Nhưng do khuôn khổ ủa luận văn không cho phép, ở đây chỉ nói đến 2 c

dạng: nhiệt nóng và nhiệt lạ , trong đó phần nhiệnh t nóng là phần chính được tác giả

đề ậ c p trong b n luả ận văn này Ha ạng năng lượng này đượi d c s d ng nhi u quá ử ụ ở ềtrình, công đoạn khác nhau

Các quá trình s dử ụng nhiệt:

- Quá trình nấu: Quá trình này có nhiều giai đoạn cần sử ụng hơi từ lò hơi d

để gia nhi t cho d ch ệ ị

- Quá trình CIP: Sau một thời gian định kỳ phải tiến hành ệ sinh các thiế v t

b nị ấu, lên men,… bằng nước nóng, xút nóng và acid

- Quá trình thanh trùng: Để ả b o quản được bia lâu dài hơn sau khi đóng chai, bia phải được thanh trùng bằng nước nóng để ệ di t men

Dạng năng lượng lạnh được sử ụ ở các công đoạ d ng n khác nhau:

- Quá trình làm lạnh dịch hèm: dịch hèm nóng ở thùng lắng xoáy trước khi

đi lên men phải được làm l nh b ng ch t t i lạ ằ ấ ả ạnh (đá sệt, dịch glycol, nướ ạc l nh,…)

xuống nhiệt độ yêu cầu (từ 6 - 12oC tùy thu c vào yêu c u công ngh lên men cộ ầ ệ ủa

từng loại sản phẩm) Nhu cầu lạ ở khâu này rất lớn do dịch hèm có độ chênh lệnh ch nhiệt độ cao, khối lượng dịch lớn Thông thường, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm được s d ng làm thi t b ử ụ ế ị trao đổi nhi t gi a d ch hèm và ch t t i lệ ữ ị ấ ả ạnh do nó có ưu điểm là hi u qu ệ ả trao đổi nhiệt cao, kích thước nh g n ỏ ọ

- Quá trình làm lạnh các tank lên men: vì quá trình lên men tỏa nhiệt nên để

đảm b o cho quá trình lên men di n ra nhiả ễ ở ệt độ yêu c u ph i có m t ph t i l nh ầ ả ộ ụ ả ạtương đương để bù vào lượng nhiệt đó Lượng nhiệt này thường đượ ấy đi nhờc lchấ ả ạnh như: đá sệ ịt t i l t, d ch lạnh glycol, nước lạnh ho c trong mặ ột vài trường h p ợđược làm l nh tr c ti p b ng gas l nh (NHạ ự ế ằ ạ 3, Freon)…

- Quá trình thu hồi CO2: sản ph m đ ng hành vẩ ồ ới rượu (C2H5OH) đượ ạc t o

ra trong quá trình lên men là CO2 Để thu h i COồ 2, ph i nén COả 2đến áp suất đủ ớ l n

để hóa l ng l nh Quá trình hóa l ng COỏ ạ ỏ 2đòi hỏi năng suấ ạt l nh lớn

- Các quá trình khác: bảo quản bia, nuôi cấy lên men cũng cần sử dụng lạnh

1.5 NH Ậ N XÉT VÀ KẾ T LU N Ậ

Ngày nay, ngành công nghiệp bia đang đứng trước một thách thức lớn là đưa

ra m t mô hình tộ ối ưu để nâng cao năng lực cạnh tranh Việc ứng d ng công nghụ ệ

mới đóng vai trò quan trọng trong việc tăng lợi ích cũng như hiệu qu kinh t ả ếCông nghệ ả s n xu t bia sấ ử ụng năng lượng nóng, trên cơ sở ệ d h th ng thi t ố ế

b ịcông suất lớn, cần tiêu hao nhiên liệu và điện năng nhiều hơn so với một quy trình s n xu t th c ph m khác ả ấ ự ẩ

Tiết kiệm năng lượng là một giải pháp công nghệ ới được áp dụng nhằ m m

mục đích giảm lượng điện, nước, nhiên liệu tiêu thụ trong quá trình sản xuất, góp phần tăng sức cạnh tranh cho doanh nghiệp, cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường, h n ch phát th i khí COạ ế ả 2, khí mêtan…

H thệ ống tiết kiệm năng lượng cho sản xuất bia gồm: Hệ nén khí thu hồi hơi

t nừ ồi đun hoa, nâng cao hiệu quả ấp của máy làm lạnh bằng máy lạnh kiểu ghép c

tầng và sản xuất đá dynamic, hệ bơm nhiệt tiết kiệm hơi cấp cho máy thanh trùng,

h x ệ ử lý nước thải và lò hơi khí sinh học…

Giải pháp quan trọng và đặc biệt có hiệu quả trong công nghiệp sản xuất bia

đã đượ ức ng d ng th nh công là ụ à “ Nghiên cứu hiệu quả ết kiệm năng lượng củ ti a

gi i pháp thu h ả ồi nướ c trong công ngh s ệ ả n xuấ t bia”

Hiện nay, hầu hết các nhà máy bia ở Việt Nam có công su t trên 50 triấ ệu lít/năm như: Nhà máy Bia Huế ạ t i Phú Bài công su t 160 tri u/lít; Bia Sài Gònấ ệ – Bình Tây công su t 120 tri u/lít; Bia Sài Gòn ấ ệ – Daklak công suất 100 triệu/lít c ảhai giai đo n; … đang lên kạ ế ho ch đ u tư h thốạ ầ ệ ng ti t kiế ệm năng lượng cho toàn nhà máy

Th c trự ạng tiêu hao năng lượng trong quá trình n u ấ

Phân b tiêu th ố ụ năng lượ ng c a ủ

T l ng nhi t t n th t do b ỷ ệ lượ ệ ổ ấ ốc hơi củ a các thi t b n ế ị ấ u.

Phân b tiêu th ố ụ năng lượ ng c a ủ

h n u theo thanh ph n nhi t t n ệ ấ ầ ệ ổ

th t ấ

1: Nhi t nâng nhiệ ệt độ ỏ v

2: Nhi t t n th t qua k t c u ệ ổ ấ ế ấ

3: Nhi t t n thệ ổ ất do hơi mang đi

4: Nhi t t n thệ ổ ất do bã mang đi

5: Nhi t nâng nhiệ ệt độ ị d ch

Cơ sở ủ c a vi c l a ch n gi i pháp ti t kiệ ự ọ ả ế ệm năng lượng trong s n xu t bia: ả ấ

Lượng nhi t thệ ải ra môi trường c a n i hủ ồ úp lông lên t i 30% - ớ 40% năng lượng nhi t tiêu th trong h n u ệ ụ ệ ấ

Lượng nhiệt tiêu thụ cho sản xuất nước nóng vệ sinh, r a bã, hoàn nguyên than ửhoạt tính và hòa trộn nguyên li u là r t lớn Bình quân mộệ ấ t nhà máy bia công su t 160 ấtriệu lít/năm, một ngày c n khoầ ảng 2800 m3 nước có nhiệ ột đ từ 600C đến 800C

Gi i pháp ti t kiả ế ệm năng lượng:

T n dậ ụng lượng nhiệt bay hơi tại nồi đun hoa húp lông

S dử ụng bơm nhiệt nhiề ấp tăng ệu c hi u su t thi t b và t n dấ ế ị ậ ụng thu hồi nhi t ệ

Thi t k c i ti n h th ng ra nhi t trung tâm cho n i húp lông ế ế ả ế ệ ố ệ ồ

T ng hóa quá trình n u nhự độ ấ ằm kiểm soát tối ưu năng lượng nhiệt

Dưới đây là sơ đồ mô hình ti t kiế ệm năng lượng cho nồi đun hoa Húp lông: Nhưng, do đầu tư máy nén hơi là rấ ốt t n kém vì thi t b này ph i nh p kh u t ế ị ả ậ ẩ ừnước ngoài Để giảm chi phí đầu tư, chúng tôi đã nghiên cứu và thay đổi mô hình cho phù h p vợ ới mức đầu tư của các nhà máy ở ệt Nam như mô hình dưới đây: Vi

Mô hình này hiên nay là nhà máy Bia Huế ở khu công nghi Phú Bàiệp đang áp

d ng và hoụ ạt động rất hiệu qu ả

Kết hợp với hệ ố th ng thi t b ti t kiế ị ế ệm năng lượng, vi c nghiên c u thi t k ệ ứ ế ế

nồi đun sôi hoa h lông úp đã được cải tiến tối ưu trên cơ sở ứng dụng lý thuyết truyền nhiệt Trong quá trình đun sôi với chu kỳ sáu vòng tuần hoàn trong hơn 60 phút đun sôi hoa húp lông, dịch được bơm tuần hoàn cưỡng b c qua tâm b giao ứ ộnhi t trung tâm ệ

Hiệu quả khi áp dụng hệ ống tiết kiệm năng lượng cải tiến hệ ống thiết bị th thgia nhi t trung tâm cệ ủa nồi đun hoa sẽ ảm tiêu hao năng lượ gi ng kho ng 10% và có ả

kh ảnăng giảm được tới trên 30% tiêu hao năng lượng khi áp dụng cùng với các giải pháp khác: H làm l nh nhi u c p và hệ ạ ề ấ ệ làm đá lạnh tích trữ nhiệt, hệ bơm nhiệt lắp cho máy thanh trùng, hệ ố th ng xử lý nước thải và lò hơi khí sinh học Giải pháp đề

ra không nh ng nâng cao hi u qu kinh t mà còn làm giữ ệ ả ế ảm được một khí thải độc

hại ra môi trường, góp phần phát triển chương trình mục tiêu Quốc gia về ử ụ s d ng

tiết kiệm năng lượng hiệu quả, nhằm thúc đẩ ự phát triển bền vững của sựy s nghiệp công nghi p hóa hiệ ện đại hóa ngành Bia – Rượu – Nước giải khát Vi t Nam ệ

CHƯƠNG 2 THỰC TRẠ NG TIÊU TH NĂNG LƯ NG NHI T Ụ Ợ Ệ

TRONG HỆ Ấ N U

H nệ ấu là nơi tiêu thụ năng lượng để ự th c hiện chuẩn bị ịch cho quá trình lên dmen, năng lượng tiêu thụ ồm: lượng nhiệt cấp để nâng nhiệt độ ủa dịch, vách nồ g c i

và bù vào các t n thổ ất nhiệt trong quá trình nấu như: Tổn th t nhiấ ệt do bay hơi và

t n th t truy n qua kổ ấ ề ết cấu ra môi trường do độ chênh l ch nhiệ ệt độ

Dây chuyền được lựa chọn trong tính toán là: dây chuy n c a nhà máy bia ề ủ

Hu tế ại Phú Bài với công su t 160 triấ ệu lít/năm Nhà máy bia Huế có trang b dây ịchuyền công nghệ ện đạ ới được đưa vào sửa dụ hi i m ng Trong phần tính toán của

luận văn này tác giả chỉ tính toán cho h n u c a ệ ấ ủ nhà máy để tìm ra phương pháp

ti t kiế ệm năng lượng trong h n u ệ ấ

Điều ki n làm vi c c a h n u v i công su t 160 triệ ệ ủ ệ ấ ớ ấ ệu lít/năm như sau:

- D ch nóng ra kh ị ỏi nồi hoa húp lông 63 m3 d ch nóng/m ị ẻ

- T l b ỉ ệ ốc hơi ạ ồ t i n i húp long 6%

- Th i gian bờ ốc hơi 60 phút

- Nhi t t i n i trung gian 76ệ độ ạ ồ 0C

- Nhiệt độ ị d ch c p vào n i húp lông 76ấ ồ 0C

- Nhiệt độ nước thường 330C

2.1.1 Thành ph ầ n khố lượng nguyên liệ i u trong h n u ệ ấ

Nguyên liệu sản xuất bia được tính toán, hoà tr n theo t l nhộ ỷ ệ ất định trước khi đưa vào hệ ấu Để tính được chi phí năng lượ n ng trong h n u, c n biệ ấ ầ ết đượ ỷ ệc t l

hoà tr n nguyên liộ ệu từ đó tìm ra khối lượng, nhi t dung riêng cệ ủa dịch và lượng nhi t c n cệ ầ ấp cho d ch ị

Thành ph n nguyên li u cầ ệ ủa hệ ấ n u có công su t 63 mấ 3d ch nóng/m ị ẻ

Theo tài li u kệ ỹ thuât c a nhà máy ủ bia Huế ạ t i Phú Bài, thành ph n nguyên ầ

li u cho h n u v i công su t 63 mệ ệ ấ ớ ấ 3 d ch nóng/m ị ẻ được trình bày trong b ng 2.1 ả

B ả ng 2.1: Thành ph ầ n nguyê ệu củ ệ ấu vớ n li a h n i công su t 63m ấ 3

Nguyên li u ệ Đơn vị Dung d ch ị

g o ngâm ạ ủ

Dung d ch ịmalt ngâm ủ

1 Tỷ ệ l hòa trộn này

tạo cho bộ ạt đượ ột đ c đ trương phồng lớn nhất Để ảm thời gian trong quá trình ginấu, người ta hòa trộn bột với nước nóng 800C và nướ ạc l nh 23,900C (tỷ ệ nướ l c hòa trộn được tính ở ần dưới) để đạ đượ ph t c nhiệt độ ủ c a dịch là 470C

GDịch cháo = Gg o ạ + Gnước + Gmalt

Gg o ạ : Khối lượng của gạo, Gg o ạ 3000 kg =

Gmalt: Khối lượng c a malt, Gủ malt 600 kg =

GNước: Khối lượng của nước hòa tr n ộ

Gnước = V ρ(kg)

V: th ểtích của nước, V = 15600 lít 15,6 m= 3

ρ: Khối lượng riêng của nước tại 520C (do chưa xác định được tỷ ệ lượ l ng nước nóng 800C hoà trộn với nước lạnh 23,90C, Nên giả ết khối lượng riêng của thinước được tính t i nhiạ ệt độ trung bình của nước nóng 800C và nước lạnh 23,90C),

CK: nhi t dung riêng cệ ủa vậ ệt li u khô

Ca: nhi t dung riêng cệ ủa vậ ệ ẩm (nước)t li u

ω: Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đố ủi c a g o =13 %, malt =8 % ạ ω ω

Khối lượng ch t khô dung d ch h hoá: ấ ị ồ

Gkhô = 3000 100 13( ) 600 100 8( ) 3162

100 − + 100 − = (kg)

Khối lượng ẩm (nước) trong g o và malt: ạ

Gẩm = 3000 + 600 - 3162 = 438 (kg)

T ng khổ ối lượng cua nước trong dung dích hô hoá:

Phương trình cân bằng nhi t cho n i h hoá: ệ ồ ồ

Gd ịch Cpd ịch Tdịch = Gg o ạ Cg o ạ Tg o ạ + Gmalt Cmalt Tmalt + G23,9 Cp23,9 T23,9 +

Khối lượng của dịch tại nồi malt bao gồm: khối lượng của malt và khối lượng

của nước hoà trộn (bỏ qua tổn thất do bay hơi) Trong nồi malt lượ nước được ng

hoà trộn với bột malt theo tỷ ệ Sau khi hoà trộn nước l 800C và nước 23,90C với bột malt, d ch t o thành có nhiị ạ ệt độlà 470C (theo yêu c u công ngh ) ầ ệ

Gd ịch malt = GMalt G+ N

GMalt 6000 kg =

GN = VN .ρ= 22,8 985 = 22458 (kg) (2 - 7)

Phương trình cân bằng nhi t cho n i malt: ệ ồ

Gdịch Cpd ị ch Tdịch = Gmalt Cmalt Tmalt + G23,9 .Cp23,9 T23,9 + G80 Cp80 T80

T l ỷ ệ nước 800C hoà tr n vộ ới nước 23,90C là:

c N ồi đườ ng hóa

Tại nồi đường hoá xảy ra quá trình thuỷ phân tinh bột thành đườ và các axít ng amin Quá trình này được th c hi n theo ph n ng: ự ệ ả ứ

(C6H10O5)n + nH2O nC=> 6H12O6

Gi thiả ết khối lượng đường hoá tạo thành trong quá trình thuỷ phân dịch sẽkhông tính vào cân b ng chằ ất tại nồi đường hoá Lượng đường tạo ra này được tính vào cân bằng chất cho các quá trình sau Như vậy, khối lượng d ch t i nị ạ ồi đường hoá bao gồm: khối lượng dị ở ồi hồ hoá và dịch trong nồi malt, trừ đi ố lượng ch n kh i nước đã bay hơi ạ ồ ồ t i n i h hoá

Gđường hoá = Gdịch cháo G+ dịch malt - Gbayhơi

Th ể tích nước bay hơi ở ồ ồ n i h hoá:

Vbay hơi 0,6 m= 3

Khối lượng riêng của nước ở 1000C là: ρ= 958,4 kg/m3

Khối lượng nước bay hơi là:

Gbay hơi = Vbay hơi ρ= 958,4 0,6 = 575,04 ( ) kg (2 - 12)

Lượng tinh b t tham gia vào ph n ng : ộ ả ứ

Gtinh bột = Gkhô - 0,004 G khô - 0,05 G khô (kg)

Th ể tích nước thêm vào n i húp lông trong c hai l n là mồ ả ầ 44 3

Theo [7] khối lượng riêng của đường là: ρ= 1554,54 kg/m3

Như vậy, th tích cể ủa đường trong dung d ch hèm n i húp lông là: ị ở ồ

Vđường = Gđường :ρ= 9125,7 : 1554,54 = 5,87 (m3)

Thê tích nướ ở ồc n i húp lông:

Nhiệt độ dùng để tính toán trong quá trình gia nhiệt cho dịch từ 750C đến

1000C sẽ được lấy theo nhiệt độtrung bình là: 87,50C Nhi t dung riêng cho dệ ịch đường glucol: CK = 0,378 kcal/kg K .