Nghiên cứu các phương án tiết kiệm năng lượng tại một số công đoạn ở phân xưởng nấu bia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGUYỄN MẠNH HÀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN MẠNH HÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TẠI MỘT SỐ CÔNG ĐOẠN Ở PHÂN XƯỞNG NẤU BIA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHOÁ 2008 - 2010 Hà Nội 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết luận văn hoàn toàn có thật, trực tiếp làm tuyệt đối không chép lại từ tài liệu khác Nếu sai xin chịu trách nhiệm Người cam đoan Nguyễn Mạnh Hà LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: GS TS Hoàng Đình Hoà, người hướng dẫn tận tình, chu đáo suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn anh chị ban giám đốc đồng nghiệp công ty HABECO-ID nhiệt tình bảo tạo điều kiện để hoàn thành luận Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn Thầy Cô nhiệt tình giảng dạy truyền đạt cho kiến thức khoa học vô bổ ích suốt trình học tập Cuối xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè, giúp đỡ động viên tạo điều kiện cho suốt khoá học thời gian làm luận văn Hưng Yên ngày 26 tháng 10 năm 2010 Nguyễn Mạnh Hà Danh mục hình Hình Tên hình Trang Sản lượng bia nước Sơ đồ sử dụng nhà máy 31 Đồ thị cấp nhiệt độ dịch hồ hoá phương án 6.1 68 Đồ thị cấp nhiệt độ dịch đường hoá phương án 4.2 69 Đồ thị cấp nhiệt độ nồi hoa phương án 5.3 70 Danh mục bảng Tên bảng Bảng Trang 1-1 Các nước có mức tiêu thụ bia bình quân đầu người cao 1-2 Tiêu hao tài nguyên số nhà máy bia 17 1-3 Tiêu hao lượng đơn vị sản phẩm (lít) số công ty bia trực thuộc tổng công ty Habeco 18 3-1 Phân bố tiêu thụ điện phận tiêu thụ nhà máy 28 3-2 Tình hình tiêu thụ điện số tháng đầu năm 2010 29 3-3 Thông số kỹ thuật lò 30 3-4 Sản lượng than tháng đầu năm 2010 32 3-5 Tỷ lệ sản lượng tiêu thụ (than/hơi đốt)/tháng 32 3-6 Cấu tạo nồi hồ hoá 32 3-7 Cấu tạo nồi đường hoá 34 4-1 Phương án cấp số 1.1 50 4-2 Phương án cấp số 2.1 51 4-3 Phương án cấp số 3.1 52 4-4 Phương án cấp số 4.1 53 4-5 Phương án cấp số 5.1 54 4-6 Phương án cấp số 6.1 55 4-7 Phương án cấp số 7.1 56 4-8 Phương án cấp số 8.1 57 4-9 Phương án cấp số 1.2 59 4-10 Phương án cấp số 2.2 60 4-11 Phương án cấp số 3.2 61 4-12 Phương án cấp số 4.2 62 4-13 Phương án cấp số 5.2 62 4-14 Phương án cấp số 1.3 64 4-15 Phương án cấp số 2.3 65 4-16 Phương án cấp số 3.3 66 4-17 Phương án cấp số 4.3 66 4-18 Phương án cấp số 5.3 67 4-19 Phương án cấp số 6.3 67 Luận văn Thạc Sỹ MỞ ĐẦU Bia loại đồ uống giải khát hiệu phổ dụng sống bia có hàm lượng dinh dưỡng cao hương vị đặc trưng mà không loại đồ uống có Ngày với phát triển khoa học công nghệ nghành công nghiệp bia rượu có bước phát triển lớn mạnh với đầu tư lớn lượng chất, trở thành ngành công nghiệp chiếm thị phần lớn công nghiệp thực phẩm Ở Việt Nam, ngành sản xuất bia đạt mức tăng trưởng cao từ năm 1990 trở lại đây, việc đầu tư xây dựng nhà máy bia triển khai mạnh mẽ, phát triển quy mô trình độ công nghệ, trở thành ngành công nghiệp mạnh lớn Việt Nam gia nhập tổ chức thương mại giới Theo số liệu thống kê Bộ Công Thương, ngành sản xuất bia có doanh nghiệp có sản lượng 100 triệu lít/năm Sabeco, Habeco công ty liên doanh nhà máy bia Việt nam… Theo tiến trình phát triển, dự kiến đến năm 2010 nước sản xuất khoảng 2,5 – tỷ lít bia, mức tiêu thụ bình quân đầu người khoảng 28-30 lít/người/năm Với tốc độ phát triển nhanh nay, nhiều nhà máy bia có quy mô lớn đầu tư đồng thời kéo theo nhiều vấn đề nảy sinh tiêu tốn tài nguyên ô nhiễm môi trường Việc không ngừng đổi mới, cải tiến thiết bị, tối ưu hoá trình sản xuất có tầm quan trọng việc nâng cao suất, chất lượng phát triển sản phẩm Hơi, điện hai nguồn lượng cung cấp, trì hoạt động sản xuất cho nhà máy bia Trong sử dụng nhiều công đoạn nấu Bởi vậy, đưa giải pháp để tối ưu hoá, tiết kiệm lượng công đoạn nấu yêu cầu quan trọng nâng cao chất lượng nhà máy bia Xuất phát từ nhu cầu tiến hành đề tài “Nghiên cứu phương án tiết kiệm lượng số công đoạn phân xưởng nấu bia” Nguyễn Mạnh Hà -1- Luận văn Thạc Sỹ Mục đích đề tài đưa giải pháp để tiết kiệm phân xưởng nấu bia Nội dung đề tài nhằm giải vấn đề sau: - Phân tích thiếu sót việc sử dụng lượng nhà máy bia - Khảo sát trạng sử dụng lượng nhà máy bia Hà Nội – Hưng Yên - Khảo sát phân tích phương án cấp thiết bị Hồ Hoá, Đường Hoá Đun Hoa nhà nấu - Ứng dụng vào sản xuất đánh giá hiệu Nguyễn Mạnh Hà -2- Luận văn Thạc Sỹ CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nghành công nghiệp sản xuất bia Theo lịch sử phát triển, cách 5000 năm, tổ tiên ngành công nghiệp bia người Sumeria người Assyrien Họ biết làm loại đồ uống lên men từ hạt ngũ cốc nảy mầm, người Hy Lạp đặt tên beer Như bia loại đồ uống lâu đời mà loài người tạo ghi chép lại thư tịch cổ người Lưỡng Hà người Ai Cập cổ đại Tại Lưỡng Hà, chứng lâu đời bia cho vẽ 6000 năm tuổi người Sumeria, miêu tả người uống thứ đồ uống cần hút sậy từ thùng công cộng Bia đề cập tới trường ca 3900 năm tuổi người Sumeria để tỏ lòng tôn kính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia, chứa công thức làm bia cổ sót lại miêu tả việc sản xuất bia từ lúa mạch thông qua bánh mỳ Bia trở thành thứ đồ uống thiết yếu tất văn minh trồng ngũ cốc giới Phương Tây cổ xưa Trải qua trình phát triển lâu dài, đến kỷ XIX, qua công trình nghiên cứu bia Louis Paster, người biến quy mô sản xuất bia thủ công, nhỏ lẻ trở thành ngành sản xuất quy mô công nghiệp phạm vi toàn giới Cùng với ngành khoa học nghiên cứu loại đồ uống kết hợp với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật thúc đẩy phát triển mạnh mẽ, tạo nên bước ngoặt lớn cho ngành công nghiệp sản xuất bia Ngày bia trở thành loại đồ uống phổ biến khắp giới bia loại nước uống bổ dưỡng, có độ cồn thấp, bọt mịn xốp, hương vị đặc trưng tạo nên malt đại mạch, hoa houblon CO2 bão hoà bia có tác dụng giải khát đặc hiệu, tạo cảm giác sảng khoái cho người uống Nhà máy bia xây dựng Đức vào năm 1040 Đức quốc gia có trình độ sản xuất bia tiên tiến bậc giới, lễ hội bia hàng năm Đức thu hút lượng khách du lịch đông đảo từ khắp nơi giới Hiện nay, ngành công nghiệp bia phát triển nhanh, sản lượng bia không ngừng tăng Nguyễn Mạnh Hà -3- Luận văn Thạc Sỹ lên gắn liền với tên tuổi hãng bia lớn Heineken (Hà Lan), Heninger (Đức), Carlberg (Đan Mạch), Foster (Úc), Tiger (Singapore),… đem lại nguồn lợi nhuận khổng lồ tạo công ăn việc làm cho nhiều lao động Năm 2009, sản lượng bia toàn giới tăng 0,4% so với năm 2008, đạt 181 triệu kilôlít (kl), phá với kỷ lục 25 năm qua Các nước Châu Âu có khí hậu lạnh lại thích hợp cho việc trồng sản xuất loại nguyên liệu quan trọng hoa houblon, Malt đại mạch, khu vực có truyền thống sản xuất bia cung cấp lượng nguyên liệu lớn cho ngành công nghiệp bia Nhu cầu tiêu thụ bia số nước khu vực cao hẳn so với mức tiêu thụ bia giới, theo thống kê bình quân mức tiêu thụ bia số nước Châu Âu sau: Cộng hoà Séc 160 lít/người/năm Cộng hoà liên bang Đức 127 lít/người/năm Đan mạch 125 lít/người/năm, Bỉ 120 lít/người/năm Mức tiêu thụ trung bình 80 lít/người/năm (theo thống kê 2006) Châu Á khu vực có ngành công nghiệp bia phát triển sau Châu Âu, bù lại, khu vực có dân số đông trẻ nên nguồn tiêu thụ tương đối dồi dào, mức sản xuất tiêu thụ bia hàng năm ngày tăng lên Một số nước Đông Nam Á có mức tăng trưởng bình quân hàng năm Thái Lan 26,5%, Philipin 22,2%/ năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm Trung quốc nước có sản lượng bia lớn Châu Á với – tỷ lít/năm, mức tăng trưởng bình quân 20%/năm Một số nước có sản lượng cao giới Mỹ, CHLB Đức với 10 tỷ lít/năm Theo số liệu Viện nghiên cứu lối sống thực phẩm Kirin, năm 2009, châu Á vượt qua Châu Âu trở thành châu lục đứng đầu giới sản xuất bia Với sản lượng 58,67 triệu kilôlít (kl), sản lượng bia Châu Á tăng 5,5% so với năm 2008 sản lượng bia Châu Âu giảm 5,1 % xuống 55,15 triệu kl Xét tổng thể ngành công nghiệp sản xuất bia giới phát triển nhanh chóng, đặc biệt nước phát triển, với mức tăng dân số chất lượng sống ngày cao khiến nhu cầu bia không ngừng Nguyễn Mạnh Hà -4- Luận văn Thạc Sỹ tăng lên Ở nước có nhu cầu tiêu dùng bia cao, mức tiêu thụ bình quân đầu người đạt mức 100 lít/người/năm Dưới bảng nước có mức tiêu thụ bia bình quân đầu người cao Bảng 1-1.Các nước có mức tiêu thụ bia bình quân đầu người cao Mức tiêu thụ bình quân Thứ tự Tên nước Tiệp 154 Đức 144 Ailen 134 Bỉ 114 New Zealand 111 Áo 108 Đan Mạch 107 Hung gari 107 Anh 104 (lít/người/năm) Nguồn: www.sabeco.com.vn 1.2 Ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam 1.2.1 Giới thiệu chung Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới, thuộc xứ nóng nên nhu cầu giải khát cần thiết, ngày nóng nực, thế, việc thưởng thức bia thể phong cách ẩm thực, nét văn hoá người Việt Nam Bởi Đảng phủ ta quan tâm đến phát triển ngành đồ uống tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho việc đẩy mạnh sản lượng bia tăng lên hàng năm Ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam có lịch sử phát triển hàng trăm năm Xưởng sản xuất bia đặt tên xưởng sản xuất bia Chợ Lớn, người Pháp tên Victor Larue mở năm 1875, tiền thân nhà máy bia Sài Gòn, Tổng công ty Bia Rượu Nước giải khát Sài Gòn Ở miền Bắc, năm 1889, người Pháp tên Hommel thành lập xưởng bia làng Đại Yên, Ngọc Nguyễn Mạnh Hà -5- Luận văn Thạc Sỹ Vì phương án phụ thuộc vào thao tác cấp giữ nhiệt nên cần thay đổi lại cách thức gia nhiệt, không cần chi phí đầu tư, phụ thuộc vào thao tác vận hành người công nhân điều khiển Tiết kiệm chi phí vận hành Tiến hành đối chứng với phương án thực nhà máy thu kết sau: - Tại thiết bị hồ hoá, so sánh phương án 6.1 1.1 với nhau, tiêu kỹ thuật, chất lượng dịch hồ hoá đạt, lượng tiêu tốn phương án 6.1 so với phương án 1.1 lượng là: ∆D1 = 875 – 720 = 155 (kg) - Tại thiết bị đường hoá, đem đối chứng phương án 4.2 với 1.2, tiêu kỹ thuật độ đồng khối dịch (cảm quan), lượng tiết kiệm lượng là: ∆D2 = 233 – 210 = 23 (kg) - Tương tự, thiết bị đun hoa, lượng tiết kiệm là: ∆D3 = 628 – 599 = 29 (kg) Tổng lượng tiết kiệm là: ∆D = ∆D1 + ∆D2 + ∆D3 = 155 + 23 + 29 = 207 (kg) Nếu áp dụng công thức liên hệ nhiệt (coi áp suất bar) ta lượng nhiệt tiết kiệm mẻ nấu : Q = 555 × 207 = 114885 kcal/mẻ Lượng nhiên liệu quy than để sản xuất lượng nhiệt là: Gthan = Q 114885 = = 28 (kg/mẻ) Q η η1 5800 × 0,75 × 0,95 lv t Trong đó: η1,η hiệu suất lò hiệu suất truyền tải, coi η1 = 0,75, η = 0,95 Qtlv = 5800 kcal/kg nhiệt lượng than sử dụng nhà máy Nếu ta giả thiết sản lượng đạt nhà máy năm 55 triệu lít bia độ đường 110S hiệu suất thu hồi 93,5% lượng dịch nha độ đường 130S cần cung cấp là: 55 × 11 = 49,773 triệu lít = 497730 (hl) 13 × 0,935 Một mẻ nha trung bình có sản lượng 220 hl tức năm nấu trung bình là: 497730 = 2262 (mẻ) 220 Nguyễn Mạnh Hà - 71 - Luận văn Thạc Sỹ Vậy lượng than đá tiết kiệm năm là: 2262 × 28 = 63336 (kg) Theo giá kg than mà công ty mua 2650 VNĐ/kg năm phương pháp tiết kiệm lượng tiền là: 63336 × 2650 = 167.840.400 VNĐ Như thấy cách thức gia nhiệt phù hợp hiệu mà hàng năm tiết kiệm 167,84 triệu VNĐ mà không cần vốn đầu tư, ra, việc tiết kiệm có tác động tích cực tới môi trường cách góp phần giảm thải ô nhiễm Nguyễn Mạnh Hà - 72 - Luận văn Thạc Sỹ CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Đã phân tích số thiếu sót việc sử dụng lượng nhà máy bia Đã khảo sát chi tiết trạng sử dụng điện nhà máy bia Hà Nội – Hưng Yên tập chung chủ yếu vào việc khảo sát tình trạng sử dụng cấp số thiết bị nhà nấu hồ hoá, đường hoá, đun hoa Đã tiến hành nghiên cứu, phân tích đánh giá phương án cấp khác thiết bị hồ hoá, đường hoá, nấu hoa, qua tìm ba phương án gia nhiệt phù hợp cho ba thiết bị trên, phương án có lượng tiêu thụ so với phương án lại, đồng thời nằm khoảng thời gian cho phép Đó phương án 6.1 dành cho nồi hồ hoá, phương án 4.2 dành cho nồi đường hoá phương án 5.3 áp dụng cho nồi nấu hoa Thông qua tính toán thực tế hiệu đem lại phương án cao, trung bình năm tiết kiệm tới 167 triệu VNĐ tương đương 60 than Giải pháp đưa vừa tiết kiệm lượng cho trình nấu lại vừa giảm lượng khí thải độc hại môi trường 5.2 Đề xuất Từ kết nghiên cứu trên, xin đề xuất thay đổi phương án cấp nhà máy, thay vào sử dụng phương án cấp chọn lọc kỹ càng, phương án đặt lại chế độ mở van theo thời gian đem lại hiệu cao gia nhiệt, vừa tiết kiệm lượng hao phí, vừa tự động khâu vận hành Cần lắp đặt thêm đồng hồ đo lưu lượng thiết bị có sử dụng nhằm kiểm soát chặt chẽ trình cấp thuận lợi cho việc tính toán phương án cấp hợp lý trường hợp cấp không ổn định Tiếp tục nghiên cứu đưa biện pháp cải tiến quy trình, thiết bị để tiết kiệm lượng cho trình nấu, lên men - lọc, chiết trình khác nhà máy Nguyễn Mạnh Hà - 73 - Luận văn Thạc Sỹ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Đinh Lê Anh (2009), Giới thiệu tổng quan trạng công nghệ, trạng sử dụng lượng ô nhiễm môi trường HABECO Khoá tập huấn quản lý sử dụng lượng tiết kiệm hiệu ngành Thực Phẩm Nguyễn Bin (1999), Tính toán trình thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Bộ Công Thương (2004) Báo cáo “Về việc điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia - Rượu - Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010” Hà Nội Bộ Công Thương, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội (2008), Tài liệu hướng dẫn Sản xuất ngành sản xuất bia, Hà Nội Nguyễn Thị Hiền, Lê Thanh Mai, Lê Lan Chi, Nguyễn Tiến Thành, Lê Việt Thắng (2007), Khoa học – công nghệ malt bia, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Hoàng Đình Hoà (1997), Công nghệ sản xuất Malt Bia, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Hoàng Đình Hoà (1999), Tối ưu hoá công nghiệp Thực Phẩm, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú (1999), Truyền Nhiệt, Nhà xuất Giáo Dục, hà Nội Nguyễn Xuân Phương (2005), Cơ sở lý thuyết kỹ thuật sản xuất thực phẩm, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội 10 Tập thể tác giả (1999), Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá học, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Tài liệu tiếng Anh 11 Ashim K Datta (2003), Biological and Bioenvironmental Heat and Mass Transfer , Food Science and Technology, CRC press 12 Hans Dieter, Bachr (2000) Heat and mass tranfer, Springer, Verlag, Berlin Nguyễn Mạnh Hà - 74 - PHỤ LỤC Phụ lục phân bố tiêu thụ điện khu vực nhà máy Phụ lục Tiêu thụ than đá tháng năm 2010 Tiêu thụ than đá tháng đầu năm 2010 (kg/tháng) 227630 250000 200000 150000 100000 50000 140730 239291 Phụ lục Suất tiêu hao điện (kWh/1000 lít) Suất tiêu hao điện số tháng 2010 142 140 119 115 Tháng Trung bình 120 99,2 kWh/1000l 100 99.5 80 60 40 20 Tháng Tháng Tháng Phụ lục Suất tiêu hao than (kg/1000 lít) Suất tiêu hao than 2010 66,2 62,8 65 60,1 55,8 60 57,2 55,6 55,6 55,7 55 50 45.5 41,3 45 40 35 30 25 20 15 10 Th1 Th Th3 Th4 Th5 Th6 Th7 Th8 Th9 Trung bình Phụ lục Tỷ trọng chi phí lượng Phụ lục Phân bố tiêu thụ phận sản xuất Nồi Hồ Hoá Nồi Đường Hoá Nồi Hoa Bã lọc Phương án Dịch lọc đầu ( S) Đường sót(%) Bột sót(%) Chuẩn 16.8 - 17.2 0.8 - 1.2 ≤0.8 1.1 17.2 1.01 0.30 2.1 17.0 1.98 0.77 3.1 17.1 1.89 0.54 4.1 17.0 1.71 0.349 5.1 17.1 0.91 0.33 6.1 17.0 0.89 0.32 7.1 17.3 0.87 0.23 8.1 16.9 1.42 0.45 1.2 17.1 1.229 0.36 2.2 17.2 1.75 0.695 3.2 17.0 1.20 0.54 4.2 17.1 1.07 0.36 Phương án Dịch nha ( S) pH Độ chua Độ màu 1.3 13.1 5.56 1.02 7.07 2.3 13.0 5.32 1.03 6.42 3.3 12.9 5.65 1.1 7.7 4.3 13.2 5.59 0.98 8.43 5.3 13.0 5.54 0.98 7.02 6.3 13.2 5.62 1.12 6.89 0 Phụ lục Đánh giá chất lượng dịch đường phương án Phụ lục Sơ đồ cấu tạo hệ thống cấp cho nhà nấu Phụ lục Sơ đồ cấu tạo nồi Hoa hệ thống phụ trợ Phụ lục 10 Sơ đồ cấu tạo nồi Malt hệ thống phụ trợ Phụ lục 11 Sơ đồ cấp nước ngưng tụ Phụ lục 12 Phương án cấp 4.1 cho nồi hồ hoá Phụ lục 13 Phương án cấp 3.3 nồi hoa ... 4-2 Phương án cấp số 2.1 51 4-3 Phương án cấp số 3.1 52 4-4 Phương án cấp số 4.1 53 4-5 Phương án cấp số 5.1 54 4-6 Phương án cấp số 6.1 55 4-7 Phương án cấp số 7.1 56 4-8 Phương án cấp số 8.1... 4-9 Phương án cấp số 1.2 59 4-10 Phương án cấp số 2.2 60 4-11 Phương án cấp số 3.2 61 4-12 Phương án cấp số 4.2 62 4-13 Phương án cấp số 5.2 62 4-14 Phương án cấp số 1.3 64 4-15 Phương án cấp số. .. kiệm lượng công đoạn nấu yêu cầu quan trọng nâng cao chất lượng nhà máy bia Xuất phát từ nhu cầu tiến hành đề tài Nghiên cứu phương án tiết kiệm lượng số công đoạn phân xưởng nấu bia Nguyễn Mạnh