TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG LẠNH CHO NHÀ máy BIA CÔNG SUẤT 5o TRIỆU LÍTNĂM

Trang thiết bị của nhà máy bia Nghệ An hiện nay còn sử dụngtốt, như đối với hệ thống tank lên men, nhà máy hiện nay có 22 tanknằm trong nhà gần hệ thống nấu cũ và hệ thống nhà chiết bia

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I : 6

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN BIA NGHỆ AN VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI MỞ RỘNG NHÀ MÁY BIA, NÂNG CÔNG SUẤT 50 TRIỆU LÍT/NĂM 6

I.1.Giới thiệu tổng quan về công ty cổ phần bia 6

I.2.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm 7

I.2.1.Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới 7

I.2.2.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Viêt Nam 8

I.2.3.Định hướng phát triển nền công nghiệp bia Việt Nam đến năm 2005 9

I.2.4.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm 9

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ, TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 11

II.1.Quy trình công nghệ sản xuất bia 11

II.1.2.Quy trình sản xuất 12

II.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị 12

II.2.1 Tính nhiên liệu chính cho 1000 lít bia 12

II.2.1.1.Tính lượng malt và gạo 12

1.Tính lượng chất hoà tan của malt, gạo 12

2.Lượng malt cần dùng cho 1000 lít bia 14

II.2.1.2.Lượng hoa houblon 14

II.2.1.3.Tính lượng nước tiêu dùng cho 1000 lít bia 15

II.2.1.4.Tính toán về lượng men 15

II.2.1.5 Tính lượng cácbonnic (CO2 ) cần nạp cho bia trước khi xuất xưởng 16

II.2.2.Tính thiết kế nhà nấu 17

II.2.2.1.Công suất nhà nấu 17

II.2.2.2.Tính chọn thiết bị cho xưởng nấu 18

1.Tính chọn thùng chứa malt lót 18

2.Tính chọn nồi hồ hoá 19

3 Tính chọn nồi đường hoá 21

4.Tính chọn nồi lọc bã 22

5.Tính chọn nồi nấu hoa 23

6.Tính chọn thùng lắng xoáy 24

7.Tính chọn hệ thống CIP 25

8.Chọn thiết bị làm nguội dịch đường 25

9.Thiết bị làm lạnh nước (thiết bị trao đổi nhiệt ) 26

10.Tank chứa nước lạnh 20C 26

11.Tank chứa nước nóng 26

12 Thiết bị sục khí vào nước lạnh nhanh 26

13.Thiết bị định lượng men vào dịch nha 26

14.Thiết bị lên men 27

15.Tank thành phẩm 29

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO NHÀ MÁY BIA CÔNG SUẤT 5O TRIỆU LÍT/NĂM .30

A.Cân bằng nhiệt và cân bằng lạnh 30

A.1 Cân bằng nhiệt 30

A.1.1.Tính nhiệt cho các thiết bị nhà nấu 30

A.1.1.1 Quá trình nấu 30

1 Quá trình nấu trong nồi hồ hoá 30

3.Quá trình nấu trong nồi hoa 32

A.1.1.2.Tính nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nồi nấu 33

A.1.1.2.1.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hồ hoá 33

1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch cháo từ 750C lên 1000C 34

2.Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường 34

Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng 40

A.1.1.2.2.Nhiệt cần cung cấp cho nồi đường hoá 42

1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch đường từ 650C lên 750C 43

2.Nhiệt truyền ra ngoài môi trường 44

A.1.1.2.3.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hoa 47

1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch đường từ 750C lên 1000C 47

2.Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường 48

A.1.2.Tính nhiệt cho hệ thống CIP nhà nấu 51

1.Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước từ 200C

nên 800C 51

2.Nhiệt lượng toả ra môi trường 52

A.1.3.Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho nước nóng dùng để nấu bia 54

1.Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước 54

2 Nhiệt lượng toả ra môi trường 54

A.1.4.Nhiệt lượng cần cho chiết chai 55

A.2.Tính cân bằng lạnh 56

A.2.1.Tính nhiệt lượng QI 56

A.2.1.1.Tổn thất nhiệt với tank 116 m3 56

A.2.1.2.Tổn thất lạnh ở tank thành phẩm 60

A.2.1.3.Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng nước 2 0C 61

A.2.1.4.Tổn thất nhiệt qua thành thùng glycol 62

A.2.1.5.Tổn thất lạnh qua bình bay hơi bình tách lỏng 64

A.2.1.6.Tổn thất nhiệt qua phòng lọc 64

A.2.1.7.Tổn thất nhiệt ở phòng bảo quản hoa 65

A.2.1.8.Tổn thất nhiệt do phòng gây rửa men 66

A.2.2.Tính nhiệt lượng QII 66

A.2.2.1.Lượng nhiệt cần làm lạnh nhanh 66

A.2.2.2.Lượng nhiệt để sản xuất nước lạnh cho công nghệ 67

A.2.2.3.Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men 67

A.2.2.4.Lượng nhiệt trong các quá trình hạ nhiệt độ công nghệ .67 A.2.3.Tính dòng nhiệt vận hành 68

B.Tính toán thiết kế hệ thống lạnh 69

B.1Tính toán chu trình 69

B.2.Thiết kế thiết bị ngưng tụ 71

B.3.Thiết bị bay hơi 78

B.4.Tính chọn thiết bị phụ 83

B.4.1.Bình chứa cao áp 84

B.4.2 Bình tách dầu 84

B.4.3.Bình chứa dầu 85

B.5.Quy trình vận hành, xử lý sự cố hệ thống lạnh 85

B.5.1 Quy trình vận hành hệ thống lạnh NH3 85

B.5.2.Sửa chữa, xử lý sự cố hệ thống lạnh (MYCOM) 91

CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH TÍNH MỚI TÍNH HIỆN ĐẠI

VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỒ ÁN THIẾT

KẾ 93

IV.1.Phân tích tính mới tính hiện đại 93

IV.2.Tiết kiện năng lượng trong đồ án 96

KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay bia đóng một vai trò quan trọng trong đời sống conngười Nó là một loại giải khát có độ cồn thấp, có chất dinh dưỡngcao, có mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng Khi ta uống một lượng biathích hợp, không những có lợi cho sức khoẻ, ăn cơm ngon dễ tiêu hoá

mà còn giảm được sự mệt mỏi sau những ngày làm việc mệt nhọc

Khi đời sống xã hội phát triển thì nhu cầu tiêu thụ bia đối với conngười ngày càng nhiều, thậm chí đó là nước giải khát không thể thiếuđược đối với người dân phương tây

Đối với nước ta là một nước đang trên đà phát triển, cùng với khíhậu nhiệt đới nóng ẩm, do đó nhu cầu tiêu thụ bia đóng một vai tròquan trọng Trong khi đó ở nước ta lượng bia do các nhà máy sản xuất

ra vẫn còn thấp Vì vậy để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ, ta phải xâydựng thêm các nhà máy sản xuất bia mới Khi xây dựng sản xuất biamới thì ngoài việc lựa chọn công nghệ sản xuất, thiết kế các thiết bị,dây truyền sản xuất còn phải tính toán lượng nhiệt và thiết kế hệthống lạnh, nhằm cung cấp đủ lượng nhiệt cho toàn bộ nhà máy

Đối với em là một sinh viên thuộc viện KHCN Nhiệt Lạnh, sauquá trình học tập dưới sự dẫn dắt của các thầy cô trong ngành, nay đã

có cho mình một khối kiến thức tương đối đầy đủ, nên việc giao thiết

kế nhà máy bia là khá phù hợp

Với sự hạn chế của bản thân, nên bản đồ án này chắc chắn khôngtránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý thêmcủa các thầy cô và các bạn

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN BIA NGHỆ AN VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI MỞ RỘNG NHÀ MÁY

BIA, NÂNG CÔNG SUẤT 50 TRIỆU LÍT/NĂM

I.1.Giới thiệu tổng quan về công ty cổ phần bia Nghệ An

Nhà máy bia Nghệ An nằm trong thành phố Vinh Nghệ An thuộcmiền trung của Việt Nam đây chính là cầu nối giữa hai miền Nam Bắc,

do đó vị trí địa lý của nhà máy bia rất thuận tiện cho sự phát triển củanhà máy bia, nó là đầu mối giao thông thuận tiện cho việc cung cấpbia cho các tỉnh miền Trung, miền Nam, miền Bắc Nhà máy bia nằmtrên khu vực miền trung với điều kiện thời tiết khắc nhiệt do đó nhucầu giải khát là một yếu tố cần thiết nhất là đối với bia Với bia đây làmột loại giải khát rất phổ biến và rất được nhiều người dân ưa chuộng.Miền trung là nơi có nguồn lực lao động rất lớn, con người miền trung

có sự chăm chỉ, cần cù Chính vì thế mà việc tăng công suất của nhàmáy bia Nghệ An lên 50 triệu lít/năm là một điều rất quan trọng Nhàmáy bia Nghệ An trước kia với số vốn đầu tư nhỏ, nhà máy đã đầu tư

xây lắp với công suất ban đầu là 3 triệu lít/ năm sản xuất với dâytruyền công nghệ Đan Mạch sau đó công xuất của nhà máy liên tục đ-ược tăng lên 7 triệu lít/năm 12 triệu lít/năm, 18 triệu lít/năm, và bâygiờ với nhu cầu tiêu thụ bia lớn ban lãnh đạo nhà máy quyết định nângcông suất lên 50 triệu lít/năm, với vị trí địa lý thuận lợi nhà máy lạinằm trên dải đất rộng của thành phố Vinh Nhà máy dần dần mở rộngbằng cách mua thêm các mảnh đất gần nhà máy bia Để mở rộng nhàmáy bia với quy mô sản suất lớn hơn, chất lượng hơn Nhà máy ngoàicác trang thiết bị máy móc của hệ thống cũ còn sử dụng được nay tăngthêm năng suất của nhà máy lên, ta cần bổ xung thêm các trang thiết bịmáy móc hiện đại hơn, chất lượng hơn Để đảm bảo yêu cầu sản suấtphù hợp với công nhân sao cho an toàn hơn dễ sử dụng vận hành hơn

Trang thiết bị của nhà máy bia Nghệ An hiện nay còn sử dụngtốt, như đối với hệ thống tank lên men, nhà máy hiện nay có 22 tanknằm trong nhà gần hệ thống nấu cũ và hệ thống nhà chiết bia ngoài racòn có 12 tank lên men có dung tích 36 m3 mới được lắp đặt Đối với

hệ thống nhà hơi cung cấp cho nhà máy hiện nay gồm có 2 lò của Đứcvới công suất của từng lò là 3 tấn/h và 2 tấn/h Còn đối với hệ thốnglạnh hiện nay có 3 máy nén NH3, một bình bay hơi và một bình chứaglycol Hệ thống nồi nấu cũ, với một nồi malt, một nồi cháo, một nồilọc, một nồi lắng, một nồi hoa và hai nồi nước sôi với quy mô nhỏ Do

đó để nâng công suất của nhà máy nên 50 triệu lít/năm ta cần phải bổxung thêm một số thiết bị mới, như thêm các tank lên men, nâng côngsuất lạnh, công suất lò hơi

I.2.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm

I.2.1.Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới

Sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới

Sản xuất và tiêu thụ bia ở Châu Á

Châu Á là một trong những khu vực tiêu dùng bia đang tăngnhanh, các nhà nghiên cứu thị trường nhận định rằng Châu Á đangngày càng giữ vị trí dẫn đầu trên thị trường bia thế giới

Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu suy giảm từ năm 1989-1993tăng bình quân 4,4% năm, thì Châu Á, trước kia, nhiều nước có mứctiêu thụ bia trên đầu người thấp, đến nay bình quân 6,5% năm TháiLan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5% năm, tiếp đến là Philippin22,2% năm, Malaysia 21,7% năm, Indonesia 17,7% năm

Năm 1939 sản lượng bia của Nhật là 30 triệu lít một năm và mứctiêu thụ bình quân đầu người tương đương ở Việt Nam hiện nay, năm

1960 sản lượng bia vượt quá 100 triệu lít một năm, đến năm 1998 mứctiêu thụ bình quân đầu người là 55,6 lít/người/ năm

Công nghiệp bia của Trung Quốc, từ năm 1980 tới 1993 sản ượng bia tăng từ 69,8 triệu lít nên 1,230 triệu lít, tức tăng 17 lần Thời

l-kì từ năm 1981 đến 1987, mức tăng trưởng trên 30% năm, từ năm

1988 tốc độ tăng trưởng bình quân mỗi năm trên 20%

I.2.2.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Viêt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiệncủa nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, như vậy bia ViệtNam đã có lịch sử trên một trăm năm

Bia là loại sản phẩm có tỉ suất lợi nhuận cao, tạo nguồn thu ngânsách đáng kể thông qua thuế tiêu thụ đặc biệt và thuế thu nhập doanhnghiệp.

Hiện nay do nhu cầu thị trường, chỉ trong thời gian ngắn ngànhsản xuất bia đã có những phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư mởrộng nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia thuộcTrung Ương và địa phương quản lý, các nhà máy bia liên doanh vớinước ngoài

Ngành bia là một trong những ngành có mức thuế TTĐB cao nênhàng năm nộp vào ngân sách nhà nước đáng kể

Hiện trạng và năng lực sản xuất

Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia

và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản suất đạt trên 800 triệulít một năm

Bia địa phương ở 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng sảnlượng chỉ chiếm 31,41% sản lượng bia cả nước (đạt 241 triệu lít) vàđạt 60,73% công suất thiết kế

Bên cạnh đó, 7 nhà máy bia liên doanh với nước ngoài đạt 172triệu lít /năm, chiếm 27,5% lượng bia của nước và mới chỉ đạt 58,1%công suất thiết kế

Hai công ty bia Sài Gòn và Hà Nội thuộc tổng công ty Rượu-Bia-Nước giải khát Việt Nam sản xuất đạt 230 triệu lít/năm (chiếm 30,4%sản lượng bia của cả nước) và vượt công suất 105,13% là hai đơn vị cóhiệu quả kinh tế nhất hiện nay

Từ năm 1995-1997 tăng trưởng bình quân 22% năm

Hiệu quả kinh kế

Theo số liệu thu nhập được, các nhà máy bia lớn như: Bia SàiGòn, Bia Hà Nội có hiệu quả kinh tề rất cao Bình quân 1 đồng vốn tạo

ra 0,72 đống lãi, và 1 đồng tài sản cố định làm ra được 2,74 đồngdoanh thu, nộp ngân sách được 1,56 đồng, hơn hẳn những cơ sở sảnsuất có quy mô nhỏ (như bia Thái Bình, Thanh Hoá, Đồng Nai) bìnhquân 1 đồng tài sản cố định chỉ tạo ra được 1,31 đồng doanh thu vànộp ngân sách 0,52 đồng (tương ứng bằng 47% so với các cơ sở bia ởTrung Ương)

Công ty bia Sài Gòn và Công ty bia Hà Nội cứ một tỷ lít bia thìnộp ngân sách từ 3,5 đến 4 tỷ đồng

Năm 1996:

Công ty bia Sài Gòn nộp ngân sách: 881,22 tỷ đồng

Công ty bia Hà Nội nộp ngân sách 119,041 tỷ đồng

Năm 2000:

Tổng công ty Rượu –Bia –Nước giải khát Việt Nam nộp 1425,7

tỷ đồng, vượt 10% so với năm 1999

I.2.3.Định hướng phát triển nền công nghiệp bia Việt Nam đến năm 2005.

Do mức sống ngày càng tăng, mức tiêu thụ bia ngày càng cao.Không kể các nước Châu Mỹ, Châu Âu có mức tiêu thụ bia theo đầungời rất cao do có thói quen uống bia từ rất lâu đời, các nước Châu Átiêu thụ bình quân 17 lít cho một người trong một năm

Theo nghiên cứu của nước ngoài, bia hiện nay chiếm khoảng từ50% đến 96% tổng mức tiêu thụ các loại đồ uống có cồn trên thị tr-ường các nước Đông Nam Á

Mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2005 đạt 17 lítcho một người trong một năm, sản lượng bia đạt khoảng 1500 lít, tức

là tăng gấp hai lần so với năm 1999, bình quân tăng 20% năm

I.2.4.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm

Việc tăng năng suất, quy hoạch tổng thể, đầu tư chiều sâu, đổimới công nghệ sản xuất, hiện đại hoá dây chuyền sản xuất bia Ngoàiviệc đáp ứng được nhu cầu cung cấp bia cho người tiêu thụ Nâng caotính hiện đại hoá của dây truyền công nghệ, làm cho dây chuyền sảnxuất ổn định, an toàn, người công nhân dễ dàng điều khiển được cácthiết bị phuc vụ cho công việc của mình, đồng thời nâng cao hiệu suấtcông việc Làm giảm nhân lực lao động, tiết kiệm nguồn tài chính chonhà máy Ngoài ra còn tiết kiệm được nguyên nhiên liệu như: điệnnước, xăng dầu Việc tăng năng suất quy hoạch tổng thể đầu tư chiềusâu, đổi mới công nghệ, hiện đại hoá dây chuyền sản xuất còn làm cho

sự quản lý của cán bộ nhà máy được dễ dàng chính xác

Với nhiệm vụ phải thực hiện là phục hồi và phát triển công ty dosức cạnh tranh mạnh mẽ của các loại bia trên thị trường trong lên kinh

tế mở cửa, hội nhập khu vực và xu thế phát triển mạnh của ngành côngnghiệp bia, nước giải khát do đó việc tiết kiệm năng lượng, quy hoạchtổng thể, nâng công suất, tính hiện đại của dây chuyền công nghệ là rấtcần thiết

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ, TÍNH

TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ II.1.Quy trình công nghệ sản xuất bia

Bia được sản xuất theo quy trình ủ men cổ điển trong khoảng thời gian

12 ngày

Với thời gian lên men chính 7 ngày

Thời gian lên men phụ 4 ngày

Tàng trữ bia 1 ngày

II.1.1.Quy trình công nghệ

Chọn nguyên liệu chính: Malt mua của các nước Châu Âu như

Bỉ, Đan Mạch, Pháp Được chứa bảo quản trong Cilo một thời gian đểbảo đảm ổn định và mùi thơm

Thực hiện xay theo yêu cầu công nghệ của từng loại bia dự kiếnnấu, sau đó chuyển sang thùng hoà trộn

Đồng thời với quá trình này, thế liệu (gạo) được cho vào nấu(dịch hoá) tại nồi gạo

Thêm nước ấm vào nồi hoà trộn, thực hiện quá trình ngâm, tiếptục nâng nhiệt lên 500C và duy trì nhiệt độ này trong một khoảng thờigian

Bơm dịch cháo gạo sang nồi hoà trộn để nâng nhiệt dịch cháomalt Sau đó lấy khoảng 1/3 khối dịch vừa hoà trộn chuyển sang nồinấu, nâng nhiệt đến sôi và duy trì trong một khoảng thời gian Bơmtoàn bộ khối dịch ở nồi nấu sang nồi hoà trộn, để yên trong mộtkhoảng thời gian sau đó mới chuyển sang nồi lọc

Tiến hành lọc và rửa bã: toàn bộ lượng dịch trong được chuyểnsang nồi nấu hoa Bã được chuyển ra ngoài dùng cho chăn nuôi Thực

hiện houblon tại nồi houblon với hoa houblon (dạng viên và tinh chất).Dịch đã houblon hoá chuyển sang làm lạnh nhanh Dịch lạnh được nạpkhí sạch (nhằm cung cấp oxi cho quá trình nên men) và men giống rồicho vào tank lên men

Quá trình lên men sẽ xảy ra tại tank lên men Khi kết thúc quátrình lên men chính, rút nhiệt để thực hiện quá trình lên men phụ.Nhiều sản phẩm tự nhiên sẽ được tạo ra trong giai đoạn này, tạo hương

vị đặc trưng cho bia Kết thúc quá trình lên men khi bia đã chín Khibia đã chín chuyển sang lọc trong tại máy lọc thô dạng đĩa và lọc tinhtại máy lọc khung bản, đảm bảo bia trong, có mùi vị, màu sắc đặctrưng Bia trong sau lọc được chứa, bảo quản tại tank tàng trữ từ 1 đến

2 ngày để bia ổn định Khi bia đã ổn định được bơm qua máy chiết biavào chai, lon và đóng nắp, đưa sang thanh trùng, dán nhãn, nhập kho

để tiêu thụ

II.1.2.Quy trình sản xuất

Xem hình H1

II.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị

II.2.1 Tính nguyên liệu chính cho 1000 lít bia

II.2.1.1.Tính lượng malt và gạo

1.Tính lượng chất hoà tan của malt, gạo

a Tổn thất do khâu chiết bock là 3%

Vậy bia trước khi chiết là:

1000.1,03 =1030 (lít)

b Tổn thất trong quá trình nạp CO2 là 0,5%

Lượng bia trước khi nạp CO2 là:

1030.1,005 = 1035 (lít).

c Tổn thất trong quá trình lọc là 1%

Lượng bia trước khi lọc:

1035.1,01 = 1045,5 (lít)

d Tổn thất trong quá trình lên men chính và phụ là 2,5%

Lượng dịch trước khi lên men là:

CO2

Thu

Xö lý

N¹p Läc

CO2

ChiÕt thïng

XuÊt x ëng

Men sÖt

B· th¶i

Hình 1: Quy trình sản xuất

g.Dịch đường có khối lượng riêng khoảng 1,043kg/lít.

Khối lượng của dịch:

1131.1,043 =1180 (kg)h.Tổng lượng chất khô hoà tan trong dịch (với bia 11Bx)

Chọn lượng chất hoà tan từ malt là70% từ gạo là 30%

Do đó lượng chất hoà tan từ malt sẽ là:

Hiệu suất hoà tan thực tế 68%

Tổn thất trong quá trình nghiền: 0,5%

Vậy tổng lượng malt cần dùng:

1 , 005

8 100

100 68

100 9

Hiệu suất hoà tan thực tế 80%

Tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5%

Vậy lượng gạo cần dùng:

1 , 005 55 , 5

13 100

100 80

II.2.1.2.Lượng hoa houblon

Dùng 0,1 gam hoa và 1 gam hoa cánh cho một lít bia

Vậy lượng hoa cần dùng cho 1000 lít bia:

0,1.10-3.1000 = 0,1(kg) cao hoa = 0,1kg

1.10-3.1000 = 1 (kg) hoa cánh = 1kg

II.2.1.3.Tính lượng nước tiêu dùng cho 1000 lít bia.

Khi nấu tỉ lệ nước trên nguyên liệu: 5/l

Vậy lượng nước tiêu dùng trong quá trình nấu:

Malt có độ ẩm 8% do đó lượng nước có sẵn trong malt sẽ là:

145,5.0,08 =11,64 (lít)

Gạo có độ ẩm 13% do đó lượng nước có sẵn trong gạo là:

55,5.0,13 =7,22 (lít)Trong quá trình hồ hoá, đường hoá lọc bã lượng nước bay hơi là 5%.Vậy lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi lọc:

(1005 + 11,64 + 7,22).0,95 = 972,66 (lít)

Lượng dịch đường lên men là:1180 kg

Lượng chất khô hoà tan trong dịch trước khi lên men:

100 2 ,

Vậy lượng nước dùng để rửa là:

1166,9 - 972,6 = 194,3 (kg)

Tổng lượng nước tiêu tốn cho quá trình nấu, đường hoá và rửa bã là: 194,3 + 1005 = 1199,3 (kg)

II.2.1.4.Tính toán về lượng men

Nấm men ở đây thuộc chủng men Sachasomyces carlbergenis cóthể sử dụng men giống và men tái sinh

Nếu sử dụng men giống, tỷ lệ giống cho vào thùng là 10% thểtích

Vậy dịch men giống cần dùng cho 1000 lít bia :

100

10 6 ,

1071  (lít)Nếu sử men tái sinh, tỉ lệ tái sinh cho vào thùng là 1% thể tích

Vậy dịch men giống cần dùng cho 1000 lít bia:

10 , 72

100

1 6 ,

1071  (lít) Trong thực tế sản xuất cứ 1000 lít dịch lên men thu hồi được 20 lítmen sữa có độ ẩm 85% Vậy lượng men sữa thu hồi là:

21 , 43

1000

20 6 ,

1071  (lít) Trong số 21,43 lít men sữa chỉ có khoảng 50% được đem lên men cho

mẻ sau

II.2.1.5 Tính lượng Cacbonnic (CO2 ) cần nạp cho bia trước khi xuất xưởng

Trong quá trình lên men đường Maltoza biến đổi như sau :

C12H22O11 + H2O  2C6H12O6+

2C6H12O6  4CO2 + 4C2H5OH

C12H22O11 + H2O  4CO2 + 4C2H5OH342g 4g 4,46 g

Từ một phân tử C12H22O11 tạo ra 4 phân tử CO2 Như vậy 342gC12H22O11 chuyển hoá thành :

Ta coi một cách gần đúng lượng chất khô này lượng đường Maltoza

Vậy lượng CO 2 tạo ra trong quá trình lên men là:

342

176

Lượng CO 2 bay ra thu hồi lại khoảng 60% còn lại thoát ra ngoài Vậy

lượng CO 2 thu hồi được là :

25

100

60 69 ,

Lượng CO 2 cần là: Trong quá trình lên men, CO 2 hoà tan trong bia là

2,5 g/l nhưng do tổn thất trong quá trình lọc lượng CO 2 còn lại là 2 g/l

mà bia hơi thành phẩm phải có hàm lượng CO 2 là 3,5 g/l tổn thất khi

bão hoà là 20% Với hệ số tổn thất 1,2 Vậy lượng CO 2 cần nạp là : (3,5 - 2).1035.1,2 = 1863 (g/l) = 1,863 (kg/l)

II.2.2.Tính thiết kế nhà nấu

II.2.2.1.Công suất nhà nấu

Đối với sản phẩm nước giải khát nói chung và bia nói riêng,không phải lúc nào sản lượng tiêu thụ cũng đạt mức bình quân mà phụthuộc theo mùa Trong thực tế qua các số liệu thống kê cho thấy rằng

để đạt được sản lượng 50 triệu lít/năm, thì sản lượng tiêu thụ đượcphân bố theo các tháng như sau: vào các tháng có mùa mưa sản lượngđạt khoảng 70% công suất trung bình Các tháng còn lại phải sản xuấtđạt công suất 110% công suất trung bình

Để sản xuất bia đạt công suất 50 triệu lít/năm thì ta có thể thiết

kế nhà máy với hai hệ nồi nấu, với hệ nồi nấu cũ có công suất ban đầu

là 18 triệu lít /năm Do đó ta phải thiết kế hệ nhà nấu mới có công suất

32 triệu lít /năm mới đủ khả năng cho nhà máy hoạt động đủ công suấtVậy đối với hệ mới ta phải tính toán thiết kế

Thời gian sản xuất thực tế: 300 ngày

Hệ số giảm thể tích dịch nấu từ 1000C xuống 200C là 0,96

Số mẻ nấu nhiều nhất trong ngày là: 8 mẻ

Một tuần có 1 ngày làm vệ sinh và ngày đó nấu 5 mẻ

Số mẻ bình quân cao nhất trong ngày là :

7 , 5

7

1 5 6 8





(mẻ/ngày)Công suất cho một mẻ nấu là :

16460 , 9

9 , 0 96 , 0 5 , 7 300

32000000

 (lít/mẻ) = 164 , 6 (hl/mẻ)Vậy chọn công suất cho nhà nấu 165 hl dịch nóng/mẻ

Khối lượng nguyên liệu cho mỗi mẻ nấu

Khối lượng malt

5 , 455 1 , 91

1 , 506

 (lít)Chọn thùng ngâm có hình trụ đường kính D, chiều cao H, góc đáy 450,chiều cao đáy h:

4

.D2 H  D2 h  D3

24

3 V t

= 3 2413..03,,63214 = 0,72 (m)Vậy thùng malt lót có kích thước

Chọn tỉ lệ nước vào gạo là 5/1

Vậy lượng nước cho vào nồi hồ hoá là

6 , 6012

 (lít)

Nồi nấu có hiệu suất sử dụng là 0,8.

Vậy thể tích nồi hồ hoá là:

8 , 0

5567

 (lít)Chọn Vn =7 m3

Chọn nồi hồ hoá có thân hình trụ có đường kính D, chiều caophần trụ là H, chiều cao chóp đỉnh h1chiều cao đáy côn h2 Chế tạobằng thép không gỉ

Với h1= 0.2.D h2 = 0,15.D

4

.

2 2

Đường kính cánh khuấy: 2m

Mô tơ khuấy có công suất 4kW, tốc độ 1450 vòng/phút

Hộp giảm tốc với tỉ số truyền 1/54

Vậy tốc độ của cánh khuấy 1450/54=27 (vòng/phút)

3 Tính chọn nồi đường hoá

Lượng malt đem ngâm là 10% so với lượng gạo vậy lượng malt lótngâm cho một mẻ là

915,75.0,995.0,1 = 91,1 (kg)

Do tổn thất khâu xay xát 5%

Vậy lượng malt cho vào nồi đường hoá là

2392,5.0,995 - 91,1= 2289,4 (kg)

Chọn tỉ lệ nước vào malt là 5/1

Vậy lượng nước cho vào nồi đường hoá là

2289,4.5 = 11447,2 (kg)

Khối lượng hỗn hợp trong nồi đường hoá

2289,4 + 11447,2 + 6012,6 = 19749,2 (kg)Hỗn hợp có khối lượng riêng là d =1,08kg/lít

Vậy thể tích hỗn hợp là

08 , 1

2 , 19749

Nồi nấu có hiệu suất sử dụng là 0,85.

Vậy thể tích nồi đường hoá là

85 , 0

3 , 18286

 (m3 )Chọn Vn =21 m3

Chọn nồi đường hoá có thân hình trụ có đường kính D, chiều caophần trụ là H, chiều cao chóp đỉnh h1chiều cao đáy côn h2 Chế tạobằng thép không gỉ

4

.

2 2

Đường kính cánh khuấy: 2,6m

Mô tơ khuấy có công suất 5,5kW, tốc độ 1450 vòng/phút

Hộp giảm tốc với tỉ số truyền 1/54

Vậy tốc độ của cánh khuấy 1450/54 = 27(vòng/phút)

D =3 04,.4V.n

=3 04,.427. = 4,4 (m) Chiều cao phần trụ là

H = 0,4.D =1,76 (m)

Chọn hệ thống khuấy của nồi lọc bã

Đường kính cánh khuấy: 4,1m

Mô tơ khuấy có công suất 7,5kW, tốc độ 1450 vòng/phút

Hộp giảm tốc với tỉ số truyền 1/54

Vậy tốc độ của cánh khuấy 1450/54 = 27 (vòng/phút)

5.Tính chọn nồi nấu hoa

Ta nhận thấy rằng ở nhiệt độ cao dung dịch hoa nở ra rất lớn Do

đó ta chọn thể tích nồi nấu hoa bằng 1,4 thể tích nồi đường hoá

Vậy thể tích nồi nấu hoa

V = 21.1,4 = 29,4 (m3)Chọn V = 29 m3

Thể tích nồi được tính theo công thức

H = 0,4.DĐường kính của nồi lắng xoáy

D=3 04,.4V.n

=3 04,.427. = 4,4 (m)Chiều cao phần trụ là

H = 0,4.D =1,76 (m)

7.Tính chọn hệ thống CIP

Hệ thống CIP của nhà máy bao gồm thùng CIP nóng và thùngCIP lạnh, hai thùng này có kích thước bằng nhau, do đó ta chỉ cần tínhcho một thùng CIP nóng

Sau mỗi mẻ nấu ta cần vệ sinh bằng nước nóng, mỗi nồi cần 300lít Vậy 5 nồi cần 1500 lít Nước nóng cần vệ sinh và rửa máy lọc là

500 lít, 200 lít vệ sinh các thiết bị khác

Như vậy dung tích nước nóng trong CIP

1500 + 500 + 200 = 2200 (lít)

= 2,2(m3)Lấy hệ số sử dụng của CIP là 0,8

VCIP= 2 , 75

8 , 0

2 , 2

 (m3)Chọn VCIP = 2,7 (m3)

Tính đường kính của thùng CIP là

VCIP=

12

45 , 3 12

15 , 0 4

11 12

4

.

1 2

7 , 2 12

45 , 3

12

H = 1,1.D = 1,1.1,44 = 1,58 (m)

h1= 0,15.D = 0,15.1,44 = 0,21 (m)

8.Chọn thiết bị làm nguội dịch đường.

Chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (máy lạnh nhanh) mộtkhoang chất tải lạnh là nước có nhiệt độ 20C để làm lạnh dịch đường

Các thông số kỹ thuật

Nhiệt độ dịch đường vào: từ 900C đến 950C

Nhiệt độ dịch đường ra: 50C

Nhiệt độ nước làm lạnh vào: 20C

Nhiệt độ nước làm lạnh ra: 750C

Công suất 240 hl/h

Bơm và các phụ lion kèm theo

9.Thiết bị làm lạnh nước (thiết bị trao đổi nhiệt ).

Chọn thiết bị dạng tấm, một khoang (máy làm lạnh nhanh) chấttải lạnh (dung dịch cồn 30%)

Các thông số kỹ thuật:

Nhiệt độ nước vào: từ 250C đến 300C

Nhiệt độ nước ra: 20C

Công suất 100 hl/h

Bơm và các phụ kiện kèm theo

Gồm một tank chứa nước đã được làm lạnh xuống 20C

Thể tích của thùng 50 m3

Đường kính trong Dt = 3,6 (m)

Đường kính ngoài Dn = 3,7 (m)

11.Tank chứa nước nóng.

Gồm một tank chứa nước nóng 750C  850C

Bơm định lượng men: 1,5 m3 /h

Các phụ kiện kèm theo

14.Thiết bị lên men

Lượng dịch đường lên men cho một mẻ

26 , 16 2

, 16266 1087

16500 6 ,

5 , 97

 (m3)

Ta lấy thể tích của tank là 116 m3

Ta chọn tank lên men có thân hình trụ

Toàn bộ các phần của tank được chế tạo bằng inox, các phần tiếpxúc với dịch bia được chế tạo bằng inox của Averta-Thuỵ Điển

Tank làm việc ở chế độ áp suất 1,5 at áp suất thử bền là 3 barThể tích của tank được tính theo công thức

Vt=

12

2 12

4

.

1 2

3 , 0 12

866 , 0 4

.

116 12

166 , 10

12

H = 3.D = 3.3,5 = 10,5 (m).

h1=0,866.D = 0,866.3,5 = 3,03 (m ).h2= 0,15.D = 0,15.3,5 = 0,5 (m)Chiều dày đáy tank S = 5,5 (mm)

Số lượng của tank được tính theo công thức

85 , 0 116000

300

11 10

Trong đó

32.106 : Thể tích dịch cần lên men/năm

300 : Số ngày nấu trong một năm

11 : Thời gian lên men tank và vệ sinh tank

Chiều cao chóp elip h2 =0,37 m

Chiều cao đáy nón h1 = 2,1 m

Số lượng tank 3 chiếc có các thông số kỹ thuật Thể tích tổng cộng 45

m3/tank

Tank thành phẩm có tác dụng là dùng để chứa bia sau khi đã lên men,

hạ và duy trì nhiệt độ của bia

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO NHÀ MÁY BIA CÔNG SUẤT 5O TRIỆU LÍT/NĂM

A.Cân bằng nhiệt và cân bằng lạnh

A.1 Cân bằng nhiệt

Nhiệt là nguồn năng lượng rất quan trọng trong quá trình sảnxuất bia Nó được sử dụng trong các nồi nấu, vệ sinh các thiêt bị bia,làm sạch chai và thanh trùng bia trước khi tiêu thụ

A.1.1.Tính nhiệt cho các thiết bị nhà nấu

A.1.1.1 Quá trình nấu

1 Quá trình nấu trong nồi hồ hoá.

a Quá trình nấu

Bơm nước ấm vào nồi hồ hoá theo tỷ lệ thích hợp Cho cánhkhuấy hoạt động, cho bột gạo và 5 % malt lót vào để khuấy hoà trộnđều bột gạo malt lót vào nước và giữ nhiệt độ hỗn hợp khoảng 32 

350C trong 15 phút để hoạt hoá engim có trong malt lót và để bột gạongấm đều vào nước Việc cho malt lót vào có tác dụng tăng khả năngdịch hoá và hồ hoá của bột gạo, vì chúng có tác dụng làm giảm bề dàycủa màng bột, tránh hiện tượng vón cục và làm sống tinh bột ở lõi,tránh hiện tượng tích tụ nhiệt gây ra hiện tượng cháy khét ở nồi cháokhi nhiệt độ cao Tiếp đó nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 720 C (nhiệt độdịch hoá) dừng 20 phút để các hạt bột gạo to dịch hoá hoàn toàn Saukhi kết thúc giai đoạn dịch hoá, tiếp tục nâng từ từ nhiệt độ hỗn hợplên 860C và giữ nhiệt độ này khoảng 10 phút Lúc này phần lớn tinhbột gạo đã được hồ hoá Sau đó hạ nhiệt độ xuống còn 750C bằng

cách cho nước lạnh với tỷ lệ thích hợp vào Thêm 5% malt lót còn lạivào để tinh bột dịch hoá tiếp làm dịch cháo loãng ra, quá trình truyềnnhiệt dễ dàng, dừng ở nhiệt độ này khoản 20 phút Nâng nhiệt độ lên

100 0C trong khoảng thời gian 20 phút và giữ nhiệt độ này 55 phút đểdịch cháo chìm hết, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hoá

Trong khi bơm dịch cháo sang nồi malt bật cách khuấy của nồimalt hoạt động đến mức tối đa, bơm làm hai lần, mỗi lần một nửalượng cháo

b.Đồ thi nhiệt của nồi hồ hoá

Hình 6: Đồ thi nhiệt của nồi hồ hoá

2.Quá trình nấu trong nồi đường hóa

a Quá trình nấu

Khi nồi cháo bắt đầu sôi trộn lượng malt còn lại với nước theo tỷ

lệ thích hợp để khi nhiệt độ hồn hợp đạt 300C đến 350C, ngâm trongkhoảng 20 phút để hoạt hoá enzim trong malt Trong lúc này cánh

khuấy hoạt động liên tục Khi nồi sôi được 30 phút thì bơm một nửasang nồi malt để đạt nhiệt độ 520C, giữ khoảng 30 phút để enzimproteaza phân cách các phần tử protit có phân tử lượng cao thành cácphân tử lượng protit hoà tan có phân tử lượng thấp peptid, pepton đặcbiệt là các axit amin Mặt khác khối lượng phân tử protit sẽ làm tănglượng chất hoà tan và tránh cho bia bị đục

Bơm nốt nửa cháo còn lại sang nồi malt để nhiệt độ hỗ hợp đạt

650C, giữa khoảng 30 phút Tại nhiệt độ này dưới tác dụng củabamiloga, các phân tử amiloga và amilopectin sẽ phân huỷ thànhđường maltoza và các dextrin khác nhau Các dextim bậc cao sẽchuyển thành các dextrim bậc thấp, đồng thời tạo ra một lượng đườngglucoza, khi đạt nhiệt độ 750C được 10 phút thì cứ 5 phút ta thửđường bằng dung dịch iốt Tiến hành thử bằng cách nhỏ dung dịchđường vào dung dịch iốt không thấy đổi màu, để thêm 15 phút thì kếtthúc quá trình đường hoá và tiến hành lọc

b.Đồ thị nhiệt của nồi đường hoá

Hình 7: Đồ thị nhiệt của nồi đường hoá

3.Quá trình nấu trong nồi hoa

a.Quá trình nấu

Dịch đường sau khi nấu có nhiệt độ 750C được đưa vào nồi lọc.Sau khi lọc xong dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn vớinhau trong thiết bị đun hoa Một yêu cầu luôn luôn được đảm bảo làkhông để nhiệt độ của dịch (dịch đường ban đầu và nước rửa bã) hạxuống dưới 700C Để đảm bảo yêu cầu này ngay từ lít dịch đường đầutiên chảy vào nồi đun hoa là phải cấp hơi vào và nâng nhiệt độ chúnglên, nâng toàn bộ khối dịch này lên từ 700C đến 1000C trong thời gian

45 phút Ta phải đưa dịch đường đã lọc vào sao cho vừa hết dịch thìdịch đường cũng sôi Sau đó đun sôi dịch đường với hoa trong 1,5h 2h

Quá trình này nhằm mục đích trích ly chất đắng, tăng mùi thơmtăng các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon

135 55

30 15

vào dịch đường ngọt để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng vàhương thơm dịu của hoa, làm tăng độ bền keo của dịch đường và làmthành phần hoá học của nó được ổn định, tăng khả năng giữ bọt và tạobọt cho bia

b.Đồ thị nhiệt của nồi hoa

Hình 8: Đồ thị nhiệt của nồi hoa

A.1.1.2.Tính nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nồi nấu.

A.1.1.2.1.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hồ hoá

Nồi hồ hoá phải nâng nhiệt độ của dịch cháo từ 75 0C lên 1000C.Nhiệt lượng cần được cung cấp tính theo công thức:

Qhh=2060(Q1 + Q2)Qhh:là nhiệt lượng cần cung cấp trong một giờ, kcal/h

Q1:là nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ dịch cháo từ 750Clên 1000C

100

70

Q2:là nhiệt truyền qua vỏ nồi ra ngoài.

1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch cháo từ 75 0 C lên 100 0 C

Theo sách [1] ta có:

Q1 = G.C.(t2 - t1)G: khối lượng dịch cháo; G = 5467 (kg)

C: nhiệt dung riêng của dịch cháo theo sách[2]:

100 100

100

C

w C

w







C1= 0,34 kcal/kg.K: Nhiệt dung riêng của chất hoà tan

C2 = 1 kcal/kg.K Nhiệt dung riêng của nước

Do độ ẩm của malt là 8% của gạo là 13% nên lượng chất khô trongdung dịch là

100

) 13 100 ( 911 ) 8 100 (

1 ,

= 876,3 (kg)Với 91,1 :Lượng malt lót (kg)

911 :Lượng gạo (kg)

Lượng nước có trong dung dịch

6012,6 – 876,3 = 5136,2 (kg)Hàm lượng ẩm của dịch

w = 60125136,,62 = 0,854Nhiệt dung riêng của khối dịch

100

4 , 85 34 , 0 100

4 , 85 100





= 0,9036 (kcal/kg.K)Vậy nhiệt lượng cần cung cấp để nâng dịch cháo từ 750C lên 1000C

Q1 = G.C.(t2-t1) = 6012,6.0,9036.(100 – 75) = 135824,6(kcal)