TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI ĐƯỜNG HOÁ SẢN XUẤT BIA

Header Page of 134 Luận văn TÍNH TỐN THIẾT KẾ NỒI ĐƯỜNG HOÁ SẢN XUẤT BIA Footer Page of 134 Header Page of 134 PHẦN 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA 1.1 Malt đại mạch, nguyên liệu sản xuất bia 1.1.1 Đặc tính thực vật Đại mạch thuộc nhóm thực vật có hạt, thuộc họ lúa mì Đại mạch có hai loại đại mạch mùa đơng đại mạch mùa xuân, chu kỳ sinh trưởng đại mạch khoảng 100-120 ngày, tất giống đại mạch chia làm hai nhóm đại mạch hai hàng đại mạch nhiều hàng Trong công nghiệp sản xuất bia nghười ta chủ yếu dùng đại mạch hai hàng loại đại mạch cho chất lượng bia cao, vị bia thơm ngon loại bia sản xuất từ đại mạch nhiều hàng 1.1.1 Thành phần hoá học đại mạch Thành phần hoá học đại mạch phức tạp Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu vùng, kỹ thuật canh tác điều kiện bảo quản Các số thành phần hoá học đại mạch nhân tố định đến chất lượng bia để kiểm tra xem đại mạch có đủ yêu cầu sản xuất bia không ta kiểm tra số thành phần sau: 1.1.2.a Thành phần nước đại mạch Nước đại mạch có ảnh hưởng lớn đến trình vận chuyển bảo quản hạt Hàm ẩm cao kích thích q trình tự hơ hấp tự nóng lên hạt Hai q trình nhân tố quan trọng làm hao tổn chất khơ Bên cạnh thủy phần cao q mức cho phép vi sinh vật phát triển mạnh đặc biệt loại sinh vật gây thối rửa hạt.Vì để dễ dàng có biện pháp bảo quản tốt đại mạch tránh bị vi sinh vật xâm nhập ta cần phân loại đại mạch theo hàm ẩm sau:  Đại mạch khô: hàm ẩm W=17% Để tránh tượng thối rửa hạt hàm ẩm cao gây nên trước nhập kho đại mạch cần sấy sơ cách thổi luồng khí nóng với nhiệt độ khoảng 380C - 400C Cần lưu ý khơng để nhiệt độ lên q cao hạn chế khả nảy mầm hạt đại mạch 1.1.2.b Thành phần tinh bột đại mạch Tinh bột thành phần chiếm vị trí số khối lượng tầm quan trọng công nghệ sản xuất bia Hơn nửa lượng chất khô đại mạch tinh bột Trong sản xuất bia tinh bột có hai chức : -Là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi -Là nguồn cung cấp chất hoà tan cho dịch đường trước lên men Tinh bột có kích thước khác chia làm hai loại, loại hạt có kích thước to, chúng có đường kính 20-30 m , cịnloại hạt bé có kích thước khoảng 2-10 m Trọng lượng riêng tinh bột cao khoảng 1,5-1,6; nhiệt lượng khoảng 0,27Kcal/kg.0C Vì dung dịch chúng lắng xuống nhanh Tính chất quan trọng q trình chế biến dịch đường Một đặc điểm khác tinh bột hòa vào nước nâng nhiệt độ lên tinh bột hút nước nở thể tích tinh bột tăng lên nhanh đến thời điểm định hạt tinh bột bị phá vỡ bắt đầu hình thành dung dịch keo, tượng gọi tượng hồ hoá tinh bột Tinh bột sau hồ hố đường hóa nhanh triệt để 1.1.2.c Thành phần Xenlulo đại mạch Xenlulo chủ yếu nằm vỏ trấu đại mạch chiếm khoảng 20% chất khô vỏ Phân tử xenlulo bao gồm 2000-10000 gốc đường đơn glucoza xếp thành mạch dài xoắn lại chùm Do cấu trúc nên xenluloza đóng vai trị đặc biệt quan trình lọc dịch đường lớp vỏ trấu tạo lớp màng lọc lý tưởng 1.1.2.d Thành phần Polyphenol chất đắng Footer Page of 134 Header Page of 134 Polyphenol chất đắng tập trung chủ yếu lớp vỏ đại mạch Phần lớn hợp chất hoà tan bia dẫn xuất Catechin Những hợp chất có tính chất có lợi cho sản xuất bia dễ dàng kết hợp với Protit cao phân tử để tạo thành phức chất có khả dễ kết lắng làm tăng độ bền keo sản phẩm Mặt khác hoà tan Polyphenol vào dung dịch đường lại nhân tố không tốt làm xấu hương vị bia Để loại bỏ chất chát Polyphenol ta ngâm hạt mơi trường kiềm nhẹ 1.1.2.e Thành phần Vitamin chất khoáng Đại mạch chứa thành phần loại Vitamin B1,B2,B6,C tiền vị Vitamin khác Tuy hàm lượng Vitamin hệ Vitamin đại mạch đóng vai trị quan trọng cơng nghệ sản xuất bia Vitamin đóng vai trị nhân tố điều hồ sinh trưởng mầm Ngồi đại mạch cịn có nhiều chất khoáng P2O 5,SiO2, MgO, CaO, Na2O, Fe2O3 chất khống đóng vai trị quan trọng trình sản xuất bia đặc biệt nguyên tố Phốt đóng vai trị chủ yếu hệ hống đệm dịch đường 1.1.2.f Thành phần Enzim Enzim hợp chất hữu có hoạt tính sinh học cao, có cấu tạo phân tử phức tạp giữ vai trị đặc biệt quan trọng cơng nghệ sản xuất bia, giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực nhóm Enzim cao, đến giai đoạn hạt chín hoạt lực Enzim giảm cách đáng kể đến lúc sấy hạt đến hàm ẩm 13% hầu hết hệ Enzim trở thành trạng thái liên kết, đến giai đoạn ngâm hạt hạt hút nước lúc hệ Enzim giải phóng khỏi trạng thái liên kết chuyển thành trạng thái tự do, đến giai đoạn ươm mầm hoạt lực Enzim đạt đến mức tối đa nhờ mà đến lúc đường hóa chúng có khả thuỷ phần tồn hợp chất cao phân tử nội nhũ hạt thành chất chiết dịch đường Footer Page of 134 Header Page of 134 Ngoài đại mạch cịn có chứa nhiều chất khác có ảnh hưởng đến cơng nghệ sản xuất bia chất lượng bia hợp chất Fitin, hợp chất khơng có chứa N2 hợp chất có chứa N2 Trong cơng nghiệp sản xuất bia, đại mạch dùng để sản xuất Malt phải có tỷ lệ nảy mầm cường độ nảy mầm cao (thường tỷ lệ chiếm khoảng 90%-95%) Malt đại mạch hạt đại mạch nảy mầm điều kiện nhân tạo có nhiệt độ độ ẩm thích hợp Nhiệm vụ qúa trình nảy mầm tích luỹ làm giàu hệ Enzim đại mạch mà khơng làm tiêu hao nhiều tinh bột Sau q trình nảy mầm, điều kiện tiêu chuẩn công nghệ, hạt đại mạch có nhiều thay đổi thành phần hoá học Dưới tác dụng Enzim, Hemilluloza, số Polisacarit bị thuỷ phân tạo nên Hexoza Pentoza để xây dựng mô rễ mầm Các Enzim Amilaza phân huỷ tinh bột (thường có từ 5%-10% tinh bột bị thuỷ phân giai đoạn này) tạo nên Glucoza, Malttoza, Maltodetim lượng lớn sacaroza, phần lớn loại đường tạo nên bị tiêu hao q trình hơ hấp xây dựng tế bào cho mầm.Số đường lại bị giữ Malt dạng tự do, hàm lượng loại đường lớn gấp 3-4 lần so với hàm lượng chúng đại mạch Vì hạt malt có vị cịn hạt đại mạch khơng có vị Đồng thời với hoạt động Enzim trên, nhóm Enzim Proteinnaza tăng cường hoạt động, chúng thuỷ phân chất đạm trữ hạt, chất cao phân tử hợp chất thấp phân tử Pepton, Peptit, axít Amin chuyển đến mầm dạng chất hoà tan nước, song song với tượng thuỷ phân chất đạm trữ hạt cịn có tượng ngược lại tổng hợp chất đạm Đến cuối giai đoạn nảy mầm hạt đại mạch có khoảng 35%-41% đạm hồ tan, lượng Nitơ Amin sau thời kì nảy mầm có lên tới sáu lần so với lúc ban đầu Như Malt đại mạch dùng sản xuất bia có nhiều ưu điểm qua trình nảy mầm, nên phần tinh bột đại mạch thuỷ phân cắt ngắn bớt mạch tạo điều kiện thuận lợi cho trình nấu đường hố sau Đặc biệt q trình nảy mầm Footer Page of 134 Header Page of 134 khơng đưa Enzim có sẵn hạt đại mạch từ trạng thái tự do, có hoạt tính cao mà tạo nên hàng loạt Enzim 1.2 Tiểu mạch Hạt tiểu mạch gần giống hạt đại mạch thành phần chất, điều khác hạt tiểu mạch khơng có lớp vỏ trấu Hạt tiểu mạch chiếm 60%-65% tinh bột; 2,5%-3% Saccaroza; 2,5% Glucoza; 12%-13%Protein;1,5%-2% chất béo , bột tiểu mạch tiếp xúc với nước protein chúng dễ dàng tham gia vào q trình Hydrat hố tạo thành phức chất keo tụ Phức chất dai dẻo chuyển thành dạng sợimột cách dễ dàng 1.3 Ngô Trong công nghệ sản xuất bia, ngô dùng để thay Malt đại mạch chủ yếu loại trắng đục sử dụng dạng bột nghiền nhỏ Nhưng có trở ngại lớn đưa ngơ vào sản xuất bia phôi chúng lớn, hàm lượng chất béo nhiều,nên làm cản trở trình lọc làm giảm độ bền keo tăng khả tạo bọt bia, để sử dụng loại cốc cách có hiệu trước lúc đưa vào chế biến dịch đường, ngô phải qua giai đoạn tách phôi vỏ, để làm việc ta ngâm ngô vào nước ấm 500C có chứa SO2 nồng độ 0,1-0,2% Thời gian ngâm khoảng 30giờ50giờ với mục đích làm hạt ngơ mềm để tách phơi hạt ngơ ngun vẹn Khí SO2 tác nhân vừa ngăn ngừa phát triển vi sinh vật, vừa có tác dụng làm cho màng Protein bị trương lên, phân rã khuếch tán vào dung dịch 1.4 Thóc nguyên lỉệu thay cơng nghệ sản xuất bia 1.4.1 Đặc trưng chung thóc Cây lúa lương thực gần nửa dân số giới, đặc biệt trồng nhiều nước vùng Đông Nam Á Sản lượng thóc tồn giới tập trung chủ yếu Châu Á Năm 1991 tổng sản lượng thóc tồn giới 521,4 triệu sản xuất 478,6 triệu tấn, Châu Phi 12,3 triệu châu đại dương 0,8 triệu Việt nam năm gần sản lượng lúa tăng Footer Page of 134 Header Page of 134 lên đáng kể sản lượng xuất ngày tăng Lúa ưa ẩm ấm nên trồng nhiều châu thổ, vùng nhiệt đới ôn đới 1.4.2 Cấu tạo tính chất hạt thóc Cấu tạo hạt thóc bao gồm vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt,lớp Alơrông,nội nhũ phôi Tuỳ thuộc vào giống lúa điều kiện phát triển lương thực mà vỏ trấu hạt thóc dao động khoảng lớn 10%-33% trọng lượng tồn hạt bình thường thành phần vỏ trấu chiếm 17%-22% Vỏ hạt thóc mỏng gồm nhiều tế bào vàng đục nâu hồng Nội nhũ hạt thóc phụ thuộc vào loại giống điều kiện phát triển mà có màu trắng màu đục Độ trắng hạt không phụ thuộc vào thành phần hố học Hạt thóc có kích thước nhỏ hạt đại mạch, trọng lượng hạt thóc khoảng 15-35 g, cịn trọng lượng hạt đại mạch 30-35 g Lớp Alơrơng hạt thóc lớp tế bào cịn lớp Alơrơng đại mạch có lớp tế bào 1.4.3 Thành phần hoá học hạt thóc 1.4.3.a Các chất Gluxit Gluxit gạo chủ yếu dạng tinh bột chiếm khoảng70%80% trọng lượng gạo Tinh bột gạo tẻ chứa 17% Amilaza 83% amilopectin Tinh bột gạo có kích thước nhỏ so với loại tinh bột câykhác.Nhiệt độ hồ hoá tinh bột thay đổi từ 75-850C phụ thuộc vào loại gạo điều kiện canh tác 1.4.3.b Các chất chứa Nitơ Hàm lượng protein gạo 6%-8% Thành phần protein gạo chủ yếu Gluxit, Protein, gạo chứa 18 axit Amin mà có nhiều axit Amin không thay 1.4.3.c Các chất tro, Vitamin Lipit gạo Chất tro chủ yếu tập trung vỏ vỏ hạt chủ yếu Phốtpho, thường dạng liên kết phitin, Nucleprotein Ở trấu chất tro chủ yếu Oxit Silic Ngoài ra,trong thóc có chứa nhiều Vitamin nhóm B, chủ yếu Footer Page of 134 Header Page of 134 phôi vỏ So với loại ngũ cốc khác thì chất béo thóc khoảng 1%-2% Những đặc tính gạo khác với đại mạch có tá dụng đến q trình nấu bia tinh bột gạo bền tinh bột đại mạch bị Amilaza tác dụng Trong thời gian thuỷ phân nhiệt độ 65 0C tác dụng Amilaza tinh bột gạo thuỷ phân 31,3% tinh bột đại mạch thuỷ phân 96,3% Để thuỷ phân tốt tinh bột gạo cần hồ hoá đường hoá tốt Về thành phần hoá học, gạo có hàm lượng tinh bột lớn nên dịch chiết nhiều Nhưng gạo hàm lượng hợp chất Nitơri nhiều nên nấu bia cần có biện pháp thích hợp 1.5 Hoa Hublông Hoa Hublông nguyên liệu bản, quan trọng công nghệ sản xuất bia Hoa Hublơng làm bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khả tạo bọt giữ bọt, làm tăng độ bền keo làm ổn định độ bền sinh học sản phẩm, đặc tính đặc biệt nên hoa Hublơng ln giữ vai trò tạo mùi cho bia cơng sản xuất bia Thành phần hố học hoa Hublông phụ thuộc vào chủng loại giống , điều kiện khí hậu, đất gieo trồng, kỹ thuật canh tác Thành phần hố học hoa Hublơng bao gồm:  Nước : 11%-13%;  Protêin: 15%-21%;  Xenlulôza: 12%-14%;  Chất khoáng: 5%-8%;  Tinh dầu thơm: 0,3%0-1%;  Hợp chất khác: 26%-28%; Trong phành phần nêu có trị chất đắng tinh dầu thơm Footer Page of 134 Header Page of 134 CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Bia sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, sản phẩm trình lên men rượu nhiệt độ thấp dịch đường lấy từ Malt, gạo loại hạt giàu tinh bột protein Ngơ, Tiểu mạch Bia có hàm lượng cồn từ 1,7%-7% khoảng 0,3%-0,5% khí CO2 tính theo trọng lượng, hai sản phẩm thường trực hai trình lên men dịch đường Hublơng hố Cơng đoạn sản bia nói chung theo bước sau: Malt Nấu dịch Malt(Đường hoá) Lọc Hoa hu lông Nấu dịch Malt với hoa hulông Lọc Lên men tàng trữ Lọc Bia Chiết chai Thanh trùng Bia chai thành phÈm Hình 1: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ sản xuất bia Quy trình sản xuất bia Ban đầu Malt đem nghiền nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho tiến triển biến đổi lí, sinh hố q trình đường hố, nhằm làm để thu lượng chất hồ tan lớn Vì thiết lập diều kiện thích hợp mối quan hệ nước thành phần hạt Malt điều quan trọng thực trình giúp cho trình lên men xảy tốt đồng thời trình hình thành chất hồ tan có hiệu nhất.Với ý nghĩa Malt cần thiết phải nghiền mịn Mức độ nghiền Footer Page of 134 Header Page 10 of 134 thích hợp Malt phụ thuộc vào cấu trúc tức phụ thuộc vào độ nhuyễn hạt Nếu Malt nhuyễn chế độ nghiền mịn với nội nhũ cần thiết để thu nhận hàm lượng chất chiết lớn Còn Malt có độ nhuyễn tốt mức độ nghiền thơ Mức độ nghiền cịn phụ thuộc vào thiết bị phương pháp lọc bã Nếu lọc bã phương pháp dùng máy lọc ép khung ta nghiền mức độ mịn hơn, cịn lọc bã thùng lọc đáy mức độ nghiền Malt phải thô Malt sau nghiền chuyển đến cơng đoạn đường hố ngun liệu nghiền Mục đích q trình đường hố nhằm chuyển dạng hồ tan tất chất có phân tử lượng cao nằm dạng khơng hồ tan bột Malt, chúng với chất hoà tan tinh bột tạo thành chất chiết dịch đường Trong Malt thường có sẵn 15% chất khơng hồ tan điều nói lên phần lớn chất Malt dạng khơng hồ tan Thơng thường hiệu suất chất hoà tan dịch đường từ 75%- 78% chất khơ Malt, nghĩa q trình đường hố hàm lượng chất hoà tan tăng từ 60%-63% Sự phân cắt chất hữu phức tạp Malt kết tác dụng hệ thống men sẵn có Malt Thực chất trình giai đoạn thủy phân hợp chất cao phân tử xúc tác Enzim, thành phần sản phẩm thuỷ phân chiếm nhiều khối lượng là đường Dextrim Vì lý mà ta gọi tồn q trình thuỷ phân giai đoạn tên gọi đơn giản q trình đường hố Cháo Malt sau nấu xong đưa sang công đoạn lọc dịch đường Cháo Malt sau đường hoá xong gồm hai phần: Phần đặc phần loãng Phần đặc bao gồm tất phần tử nhỏ khơng hồ tan bột phần loãng dung dịch nước chức tất chất hoà tan Malt, ta gọi dịch đường Mục đích q trình lọc nhằm tách phần lỏng riêng khỏi phần đặc Đặc trưng cháo Malt có nhiều phần tử rắn.Trong trình lọc phần tử rắn tạo thành lớp nguyên liệu lọc phụ điều có ý nghĩa lớn lọc Footer Page 10 of 134 10 Header Page 23 of 134 +Mơ đun đàn hồi:E=185.106(N/m2) r h ht Hình 4: Mơ hình đáy nồi Theo kinh nghiệm ta chọn: r=0.15.Dt=0,15.1,6=0,24(m) R=0,8.Dt=0,8.1,6=1,28(m) 3.5.1.1 Chiều dày đáy nồi S= Dt Pn D t C 3,8 K .K K  h  Pn 2.hb ,(m) Trang 385  II  Trong Pn:áp suất hai lớp áo hơi;N/m2 Theo tài liệu VII thì ta chọn giá trị Pn=2.5-39(at) D t:Đường kính thân nồi,m   :ứng suất cho phép vạt liệu, N/m2 K:hệ số không thứ nguyên K 1:hệ số đáy có lỗ tăng cứng Theo Trang 368  II  ta chọn: +Hệ số K=0,91 +Hệ số K1=0,74 Footer Page 23 of 134 23 Header Page 24 of 134 C:Đại lượng bổ xung, phụ thuộc vào độ ăn mòn độ bào mòn dung sai chiều dày nồi C=C1+C2+C3 Trong : C1: Bổ sung ăn mịn, với thép khơng rỉ giá trị thường không đáng kể nên lấy C1=0; C2: Giá trị bổ xung cho hao mịn, mơi trường làm việc khơng ăn mịn nên ta bỏ qua giá trị C2 C3: Dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấmvật liệu làm nồi  h : Hệ số bền hàn phụ thuộc vào dạng mối hàn, ta chọn phương pháp hàn hồ quang tay, hệ số bền hàn tương ứng  h =0,95 hb: hệ số kích thước, phụ thuộc vào đường kính thiết bị Chọn hb=400 .[Bảng XIII.13-Trang 388-II] Vậy S1= 1,6.0 ,3.106 1,62  C (m) 6 ,8.240.10 ,91.0 ,74.0 ,95  ,3.10 2.0 ,4 S1=0,017+C (m) S1=1,7+C (mm) Với giá trị ta tra [Bảng XIII.9-Trang 364-II] ta lấy giá trị độ dày S1 theo dãy kích thước tiêu chuẩn : +Chiều dày đáy :S1=2(mm) +Chiều cao gờ:h0=20(mm) +Chiều cao phần đáy elíp:hb=400(mm) +Chiều cao đáy:h=h0+hb=420(mm) Ta chế tạo đáy nắp kích thước đễ dễ dàng gia công chế tạo 3.5.1.2 Kiểm tra bền đáy nồi nắp nồi Ta có: Footer Page 24 of 134 24 Header Page 25 of 134 7 ,6.K  Ph ( S    D t  2.hb ( S1  C ) h b C ) Trang 378  II  Trong : P0:áp suất thử thuỷ lực (Tra bảng XIII.5 ta chọn P0=0,4.106(N/m2)) Suy ra: 1,6   2.0 ,4.(  ,18 ).10 3 ,4.106 ,6.0 ,906.0 ,95.0 ,4.(  ,18 ).10      196.106 (N/m2) Mà  C 240.106   200.106 1,2 1,2 Vậy < C 1,2 (N/m2) Nên đáy nồi đạt bền Biết kích thước đáy nồi nắp nồi ta suy thể tích nồi đường hố: Thể tích nồi : V=2Vđáy+VTrụ (m3) Trong V đáy:Thể tích phần đáy Elíp V Trụ :Thể tích phần hình trụ Ta có: D 3t  Dt H ,   V= V= 3,14 1,6 3,14.1,6  H   Suy chiều cao phần hình trụ : H   1,5 Vậy chiều cao nồi đường hóa : H= H  +2.1,6=1,5+3,2=4,7(m) 3.5.2 Tính vỏ nồi 3.5.2.1 Tính chiều dày thân nồi Chiều dày thân nồi tính theo công thức: S2=0,5.Dt.(  .  .  1,73.Pn  )+C [Trang370-II] Trong đó: Footer Page 25 of 134 25 Header Page 26 of 134  :Hệ số bền thành thùng theo phương thẳng đứng, chọn   ,95 Pn:áp suất bên áo hơi,at Theo Trang 286  VII  ta có áp suất áo Pn=3(at) C:Hệ số bổ sung ;ta chọn c=0.18(mm) Từ ta có: 240.10 ,95  )+0,18 (mm) 240.0 ,95.106 1,73.0 ,3.106 S2=0,5.1,6.( S2=1,2(mm) 3.5.2.2 Kiểm tra bền vỏ nồi Ta có:   Dt  ( S2  C ).P0   1,6  ( 1,2  ,18 ).10 .0 ,4.10 Trang 365  II  2.( S2  C ). 3 2.( 1,2  ,18 ).0 ,95.10    173,2.10 (N/m ) Mà  C 240.106   200.106 ( N / m ) 1,2 Vậy   C 1,2 Nên vỏ nồi đạt bền 3.6 Tính cấu khuấy 3.6.1 Tính cánh khuấy Yêu cầu khuấy trộn nồi đường hoá tăng cường khả trao đổi nhiệt thành nồi huyền phù hạn chế dính tinh bột vào thành nồi để đề phịng khê cháy ta chọn cấu khuấy kiểu mỏ neo Footer Page 26 of 134 26 Header Page 27 of 134 70 100 50 A A 1570 280 1570 Hình 5: Mơ hình cánh khuấy Theo bảng 2.21-Trang 91- VIII Ta chọn giá trị +dM=0,98.Dt=0,98.1,6=1,5(m) +hM=0,01.dM=0,01.1,57=0,015(m) +b=0,07.1,57=0,1(m) +h=dM=1,57(m) Theo bảng 2.4  Trang 42  IV  Ta chọn số vòng quay cánh khuấy:   ,5 (vòng/s) Theo bảng 2.1  Trang 42  IV  Ta chọn vận tốc vịng thích hợp đầu cánh khuấy là: n=2(m/s) 3.6.2 Tính cơng suất khuấy trộn Cơng suất khuấy trộn phải đảm bảo yêu cầu tạo hệ huyền phù đồng nhất, trình khuấy trộn phải đảm bảo trao đổi nhiệt vỏ nồi áo tốt không xảy tượng nhiệt cục gây tượng khê cháy cháo Malt vùng có nhiệt độ tăng lên q cao Q trình khuấy trộn thực khơng có cánh tăng cường Cơng suất tính theo cơng thức: Footer Page 27 of 134 27 Header Page 28 of 134 N K=0,736.S.Q h (KW) dK Trang 18  V  Trong đó: H:Chiều cao cánh khuấy,m D:Đường kính cánh khuấy,m S:Hệ số cơng suất khuấy, Kg.m/s Q:Hệ số khơng thứ ngun Ta có : Hệ số công suất khuấy S=.n2.d3K [Trang 14-V] Trong : -3 hp : Độ nhớt huyền phù; ta có hp = 2,17.10 (N.s/m ) n: Vận tốc quay đầu cánh khuấy; vịng/s dK: Đường kính cánh khuấy; m Vậy S=2,175.10-3.0,52.1,57 S=1,066.10-3(Kg.m/s) Hệ số không thứ nguyên: Trang 18  V  Q=1,052.10-1.Re0,77 Trong đó: Re: chuẩn số Râynon hệ huyền phù Re=  hp n.d hp hp hp Với:  hp :Khối lượng riêng hệ huyền phù; Kg/m n:vận tốc vòng cánh khuấy; vịng/s dK:Đường kính cánh khuấy; m hp :Độ nhớt huyền phù; N.s/m Vậy: Footer Page 28 of 134 28 Header Page 29 of 134 Re= 959.0 ,5.1,57 =435.103 ,715.10  Giá trị Re>104 nên ta suy dòng chuyển động hệ huyền phù q trình khuấy trộn dịng chảy rối 3.6.3 Chọn hộp giảm tốc động điện 3.6.3.1 Chọn hộp giảm tốc Ta chọn hộp giảm tốc bánh trụ ngiêng cấp, truyền động đảm bảo cho cấu khuấy làm việc ổn định,tuổi thọ hiệu suất cao, kết cấu đơn giản, với tỷ số truyền u=4 ta chọn hộp giảm tốc bánh trụ cấp thích hợp kích thước hộp giảm tốc nhỏ gọn chế tạo lấp ráp dễ dàng 3.6.3.2 Chọn động điện Ta chọn động ba pha không đồng roto ngắn mạch động có ưu điểmlà kết cấu đơn giản, Giá thành hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, mắc trực tiếp vào lưới diện ba pha mà khơng cần biến đổi dịng điện Ngoài từ trục động điện đến trục hộp giảm tốc cịn thơng qua cấp đai nên việc lựa chọn động điện ba pha không đồng ngắn mạch biện pháp sử dụng nhiều thực tế Cơng suất động điện tính theo công thức: NĐC= N ctc  Trang19  VI  Trong đó: NCT:Cơng suất cấn thiết trục khuấy; KW dC :Hiệu suất truyền động; Ta chọn dC =0,6 Vậy NĐC= 1,8 =3(KW) ,6 Với kết ta tra bảng P1.3  Trang 237  VI  Ta chọn động có số hiệu 4A112MA6Y3 Thơng số động cơ: Footer Page 29 of 134 29 Header Page 30 of 134 +Công suất động cơ: 3KW +Vận tốc quay động cơ: 945 vòng/ph +Hiệu suất động cơ: 81% +nđb: 1000(vịng/phút) 3.6.4 Tính trục khuấy Chọn vật liệu làm trục khuấy thép khơng rỉ có thơng số kỹ thuật sau: +  ch  220.106 ( N / m ) +  b  540.10 ( N / m ) Ta tính ứng suất cho phépcủa trục khuấy :   =  ch  nt Trong : nt: Hệ số an toàn; chọn nt=1,5  :Hệ số hiệu chỉnh; chọn  =0,8 Vậy 220.106 ,8     117 ,3.106 ( N / m2 ) 1,5 3.6.4 Tính sơ đường kính trục Đường kính trục tính theo công thức: d= 16.M Trang 178  IV    c  Trong đó: Mx : cơng suất động cơ;KW M x= C x N dc  (N.m) Với N đc:Công suất động cơ; KW  : Vận tốc góc trục; rad Footer Page 30 of 134 30 Header Page 31 of 134 Cx: Hệ số dao động tải trọng; chọn Cx=1,5 Vậy M x= 1,5.3.10  1433( N m ) ,14  x  : ứng suất cắt cho phép; N/m2  c     = 117 ,3.10 =59.106(N/m2) 6 d= 16.1433  ,05( m ) ,14.59.10 d=50(mm) Trục khuấy ta chế tạo dài ta chế tạo trục rỗng để tiết kiệm vật liệu +Đường kính trục rỗng: dt=20(mm) +Đường kính ngồi trục rỗng: dn=50(mm) 3.6.5 Tính Mayơ Để liên kết cánh khuấy vào trục ta sử dụng mayơ Cánh khuấy hàn vào mayơ mayơ lắp vào trục then, để đảm bảo điều kiện lắp ráp đạt u cầu kích thước mayơ cần đảm bảo: Chiều dài mayơ:L=(1,02-1,8)d Trong ; d:Đường kính vị trí lắp mayơ; m Từ ta tính chiều dài mayơ L=125(mm) 3.6.6 Kích thước then Mayơ cố định trục then, kích then quy định phụ thuộc vào đường kính trục Ta chọn then theo bảng 9.1.a  Trang 173  VII  Thông số then: +Chiều rộng then: b=14(mm) +Chiều cao then: h=9(mm) +Chiều sâu rãnh then trục: t1=5,5(mm) +Chiều sâu rãnh then lỗ: t2=3,8(mm) Footer Page 31 of 134 31 Header Page 32 of 134 Chọn kiểu lắp trục vào mayơ kiểu lắp H7/h6 kiểu lắp cho phép mayơ di chuyển dọc tháo lắp sữa chữa khơng quay vận hành 3.7 Tính lực tác dụng lên cấu khuấy Lực tác dụng lên cấu khuấy bao gồm mô men xoắn Mx sinh trở lực mơi trường lực hướng kínhFr 3.7.1 Lực hướng kính Fr Lực hướng kính Fr lực tác dụng cánh cấu khuấy có điểm đặt lực cách xa trục đoạn rF Ta có Fr= Mx rF N c Trang 182  IV  Trong Mx: Mơ men xoắn; Nm rF: Bán kính xác định điểm đặt lực NC: Số cánh; cấu khuấy kiểu mỏ neo khơng có cánh tăng cường nên số cánh NC=2 Bán kính xác định điểm đặt lực xác định theo công thức: RF= 52.( R r2  R4 r1 ) 15. ( R  R 31 r1 ) Trang 22  V  R1 r r Hình 6: Mơ hình tính tốn cánh khuấy R1=0,685(m) R2=0,785(m) Footer Page 32 of 134 32 Header Page 33 of 134 r1=1,57(m) r2 =1,47(m) Vậy rF= 52.( ,7854 1,57  ,6854 1,47 )  1,05( m ) 15.3 ,14.( ,7853.1,57  ,6853.1,47 ) rF=1,05(m) Ta suy ra: Fr= 1433 1,052  682,4( N ) Trên trục lắp hai ổ bi đỡ chặn giữ ổ thực chức truyền động.khoảng cách hợp lý hai ổ bi tính theo công thức kinh ngiệm:– a   10 dt Trong a: khoảng cách hai ổ bi; m dt: Đường kính trục nơi lắp ổ bi; m Vậy a=200-400(mm) Ta chọn khoảng cách trục a=250(mm) Một nhiệm vụ quan trọng trình khuấy trộn tránh lắng đọng cặn đáy nồi nên chiều cao hM đáy nồi đến cánh khuấy phải nhận giá tri nhỏ có trể ta chọn giá trị hM=0,015(m) Vậy chiều dài trục khuấy L=a+H-hM Trong a: Khoảng cách hai ổ bi; a=0,25 hM:khoảng cách từ đáy đến trục khuấy; m H:Chiều cao nồi; m H=2,74(m) Footer Page 33 of 134 33 Header Page 34 of 134 Vậy L=2,74+0,25-0,15=2,975(m) Fr A A A A MuB=1869,8(Nm) 0,25(m) B B Fr B B 2,74(m) Fr=682,4(N) Mx=1433(Nm) Hình7: Mơ hình lực tác dụng Dựa vào sơ đồ lực tác dụng ta có: Mơ men uốn gối đỡ B: MuB=Fr.l=682,4.2,74=1869,8(Nm) 3.7.2 Kiểm tra bền trục Tại gối đỡ B trục chịu mô men uốn lớn nên tiết diện B-B trục dễ bị hỏng nhất, tiết diện B-B tiết diện nguy hiểm nên ta kiểm tra bền trục tiết diện Ta có: Mơ men chống uốn tiết diện B: WuB=  d n  d  1  ( n )4  32  dt  (m3) Trang 187  IV  Trong đó: dn :Đường kính ngồi trục;m dt: Đường kính trục;m Vậy: Footer Page 34 of 134 34 Header Page 35 of 134 WuB= ,14.0 ,053 32 ,04   1  ( ,02 )    WuB=184.10 -6(m3) Mô men chống xoắn tiết diện B: WxB=  d 3n  dn  1  ( ) ( m ) 16  dt  WxB=2.WxB=2.466.10-6=368.10-6(m3) Ta suy ra: ứng suất uốn tsị tiết diện B-B:  BB  M uB 1869 ,8   10 ,135.106 ( N / m3 ) WuB 184.10 6 ứng suất cắt tiết diện B-B:  BB  M xB 1433   3.9.10 6 6 WuB 932.10 ứng suất tương đương tác dụng lên trục tiết diện B-B:  td   uB  3. xB  td  ( 10 ,1352  3.3 ,9 ).10 6  td  12,18.10 (N/m ) Ta nhận thấy:  td     117 ,3.10 ( N / m ) Vậy trục đạt bền 3.7.3 Tính ổn định trục Ta xác định vận tốc tới hạn thứ trục: Vận tốc tới hạn thứ trục xác định theo công thức: 0   E J ( rad / s ) m1 L2 Trang 180  IV  Trong đó: L: Chiều dài chung trục khuấy; m J: Mơ men qn tính tiết diện trục;Kg/m Footer Page 35 of 134 35 Header Page 36 of 134  :Hệ số; Phụ thuộc vào tỷ lệ khối lượng cấu khối lượng trục k; phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài m l   ; k= k L m1 L với mk:khối lượng cấu khuấy; Kg l: Khoảng cách cánh khuấy ổ đỡ;m Mô men quán tính tiết diện trục rỗng : J=  4 ( Dn  Dt ) (m ) 64 J= ,14 ( ,05  ,02 )  ,0021( m ) 64  Dt  D n  2  ).  ( Dn  Dt ). 4 Khối lượng: m1=V   ( Vậy m 1=0,00165.7900=13(Kg) m L= k=  ( D n  D t ).2 ,975.  39( Kg ) 39  1,073 ,795.13  l ,74   ,98 L ,795 Tra đồ thị 123-XII ta có:   1,7 0  1,7 2 ,9752 185.106 0.0021  178( rad / s )  ,99 (vòng/s) 13 Mà tốc độ làm việc trục: lv  ,5 (vòng/s) Ta nhận thấy  lv  ,7.0 ,99  ,692 (vịng/s) Vậy trục làm việc ổn định 3.8 Chọn kích thước cửa Trên nắp ta bố trí nắp nồi cửa: +Cửa người: Kích thước cửa người D=400(mm) +Cửa liệu vào: +Cửa cắm thiết bị đo nhiệt độ: 3.9 Tính truyền nhiệt đun nóng huyền phù Footer Page 36 of 134 36 Header Page 37 of 134 Ta sử dụng nhiệt để đun nóng huyền phù nồi đường hoá Hơi sử dụng ngưng tụ hoàn toàn phần nước ngưng vỏ bọc thiết bị đưa nhờ phận tháo nước ngưng, đặc điểm thiết bị tháo nước ngưng nước qua phận tháo bị giữ lại Thiết bị đường hố khơng cho phép làm việc với ngưng tụ khơng hồn tồn tháo khỏi hỗn hợp nước ngưng tụ lượng tiêu hao để đun nóng sản phẩm tăng lên đột ngột Trong q trình tiến hành đun nóng ,gián tiếp qua áo thời điểm ban đầu áo chứa lượng khí khơng ngưng chủ yếu khơng khí vào vỏ bọc áo có khơng khí khơng gian chứa áo nên hệ số cấp nhiệt ngưng tụ hạ xuống lượng tiêu hao tăng Thực tế cho thấy chứa áo 1% khơng khí hệ số cấp nhiệt giảm 6%và chứa áo 3% khơng khí hệ số cấp nhiệt giảm 8% Bởi trình đun nóng cần phải đuổi khí khỏi vỏ bọc thiết bị cách chu kỳ thông qua ống nối đặc biệt Footer Page 37 of 134 37 ... men kết thúc trình sản xuất bia nhiên cịn số cơng đoạn phụ khác tàng trữ bia vận chuyển bia mà ta không đề cập đến Footer Page 13 of 134 13 Header Page 14 of 134 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ NỒI ĐƯỜNG...Header Page of 134 PHẦN 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA 1.1 Malt đại mạch, nguyên liệu sản xuất bia 1.1.1 Đặc tính thực vật Đại mạch thuộc nhóm thực vật có... 3.1 Q trình đường hố Ngun liệu sau nghiền nhỏ hoà trộn với nước thiết bị đường hoá Nước cung cấp vào nồi đường hoá với lượng vừa đủ tuỳ thuộc vào chủng loại bia đặc tính kỹ thuật thiết bị Trong