THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA NĂNG SUẤT 1 TRIỆU LIT NĂM

BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP BIA 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BIA TRÊN THẾ GIỚI 1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIA Ở VIÊ ̣T NAM 1.3 ĐINH ̣ HƯỚNG PHÁT TRIỂN NỀN CÔNG NGHIỆP BIA TẠI VIỆT NAM CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT VÀ DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ 10 2.1 CHỌN NGUYÊN LIỆU 10 2.1.1 Malt đa ̣i ma ̣ch 10 2.1.2 Ga ̣o 11 2.1.3 Hoa houblon 12 2.1.4 Nước 13 2.1.5 Nguyên liêụ phu ̣ trơ ̣ khác 13 2.2 THUYẾT MINH DÂY TRUYỀN CÔNG NGHÊ ̣ 14 2.2.1 Nghiề n nguyên liê ̣u 15 2.2.1.1 Nghiề n malt 15 2.2.1.2 Nghiền gạo 15 2.2.2 Quá trın ̀ h hồ hóa và đường hóa 16 2.2.2.1 Hồ hoá 16 2.2.2.2 Đường hoá 16 2.2.3 Lo ̣c dich ̣ đường 17 2.2.4 Nấ u hoa 19 2.2.5 Lắ ng xoáy 20 2.2.6 La ̣nh nhanh 20 2.2.7 Baõ hòa CO2 vào dich ̣ lên men 21 2.2.8 Cấ p nấ m men và tiế n hành lên men 21 2.2.9 Lo ̣c bia 22 2.2.10 Tàng trữ và ổ n đinh ̣ tıń h chấ t của bia thành phẩ m 23 2.2.11 Hoàn thiêṇ sản phẩ m 23 CHƯƠNG III LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 25 BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương 3.1 LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT 25 3.2 TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 25 3.2.1 Tính cân sản phẩm cho 1000 lít bia chai 26 3.2.1.1 Tính lượng gạo lượng malt 26 3.2.1.2 Tính lượng CO2 28 CHƯƠNG IV TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG LẠNH 32 4.1 THIẾT BI ̣LÀM LẠNH NHANH 32 4.1.1 Xác đinh ̣ các thông số bản 33 4.1.2 Tıń h toán bố cu ̣c và hiê ̣u chın ̣ mă ̣t trao đổ i nhiêt.̣ 37 ̉ h la ̣i giá tri bề 4.2 TANK LÊN MEN 39 4.3 THIẾT BI ̣NHÂN MEN 42 4.3.1 Thiế t bi nhân ̣ men giố ng cấ p II 42 4.3.2 Thiế t bi nhân men giố ng cấ p I 42 ̣ 4.3.3 Thiế t bi rư ̣ ̉ a men sữa kế t lắ ng 43 4.4 THIẾT BI ̣CHỨA NƯỚC 20C 44 4.5 TANK THÀNH PHẨM 46 CHƯƠNG V TÍNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA NHÀ MÁY BIA NĂNG SUẤT TRIÊ ̣U LÍT/NĂM 47 5.1 TÍNH NHIÊ ̣T LƯỢNG QI 47 5.2 TÍNH NHIÊ ̣T LƯỢNG QII 49 5.2.1 Lươ ̣ng nhiêṭ la ̣nh cầ n cung cấ p giai đoa ̣n lên men chıń h 49 5.2.2 Lươ ̣ng nhiêṭ la ̣nh cầ n cung cấ p giai đoa ̣n ̣ nhiêṭ đô ̣ dich ̣ 53 5.2.3 Lươ ̣ng nhiêṭ la ̣nh cầ n cung cấ p giai đoa ̣n lên men phu ̣ 54 5.3 TÍNH NHIÊ ̣T LƯỢNG QIII 55 5.4 TÍNH NHIÊ ̣T LƯỢNG QIV 61 5.5 TÍNH NHIÊ ̣T LƯỢNG QV 63 5.5.1 Nhiêṭ tổ n thấ t qua vách nhiêṭ thùng nước 20C 63 5.5.2 Tổ n thấ t la ̣nh qua bıǹ h bay tách lỏng 64 5.5.3 Nhiêṭ tổ n thấ t qua vách cách nhiê ̣t thùng glycol 64 CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HÊ ̣ THỐNG LẠNH 69 6.1 THIẾT KẾ CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH MÁY NÉ N 69 6.2 TÍNH TOÁN THIẾT BI ̣ NGƯNG TỤ 73 BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương 6.2.1 Thông số khı́ hâ ̣u ta ̣i nơi đă ̣t máy 74 6.2.2 Nhiêṭ đô ̣ nước tuầ n hoàn tháp 74 6.2.3 Nhiêṭ đô ̣ ngưng tu ̣ 74 6.2.4 Bề mă ̣t trao đổ i nhiê ̣t 74 6.2.5 Giới ̣n làm la ̣nh 74 6.2.6 Lưu lươ ̣ng không khı́ qua thiế t bi ngưng tu ̣ 74 ̣ 6.2.7 Entanpi của không khı́ khỏi thiế t bi.̣ 75 6.2.8 Hê ̣ số tỏa nhiêṭ phıá ngoài 75 6.2.9 Xác đinh ̣ diê ̣n tıć h bề mă ̣t trao đổ i nhiê ̣t 76 6.2.10 Lươ ̣ng nước phun 81 6.2.11 Lươ ̣ng nước bay và bi cuố ̣ n theo gió 81 6.2.12 Các kıć h thước bản của tháp ngưng 81 5.3 THIẾT KẾ THIẾT BI ̣ BAY HƠI 83 5.3.1 Tıń h toán bı̀nh bay vỏ nằ m ngang NH3 83 5.3.2 Hiêụ nhiê ̣t đô ̣ trung bıǹ h logarit 83 5.3.3 Thông số vâ ̣t lý của etylen glycol 35% ở nhiêṭ đô ̣ trung bıǹ h 83 5.3.4 Xác đinh ̣ kıć h thước bản về mă ̣t truyề n nhiêṭ bı̀nh bay 84 5.3.5 Xác đinh ̣ số ố ng mô ̣t lố i 84 6.3.6 Xác đinh ̣ chuẩ n số Reynold 84 6.3.7 Xác đinh ̣ chuẩ n số Nusselt 84 6.3.8 Xác đinh ̣ ̣ số tỏa nhiê ̣t về phıá dung dich ̣ glycol tıń h theo bề mă ̣t của ố ng 84 6.3.9 Xác đinh ̣ mâ ̣t đô ̣ dòng nhiê ̣t về phıá chấ t tải la ̣nh là dung dich ̣ etylen glycol theo diêṇ tıć h bề mă ̣t của ố ng 85 6.3.10 Mật độ dòng nhiệt phía mơi chất NH3 sơi tính theo diện tích bề mặt ống 86 6.3.11 Xác định mật độ dòng nhiệt phương pháp đồ thị từ hệ phương trình 86 6.3.12 Xác đinh ̣ diêṇ tı́ch truyề n nhiêṭ tıń h theo bề mă ̣t ố ng trao đổ i nhiê ̣t 87 6.3.13 Xác đinh ̣ tổ ng chiề u dài ố ng truyề n nhiêt.̣ 87 6.3.14 Bố trı́ ố ng bıǹ h bay 88 6.3.15 Đường kıń h của bıǹ h bay 88 6.3.16 Chiề u dài ố ng trao đổ i nhiêt.̣ 89 BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương 6.3.17 Xác đinh ̣ thể tıć h không gian giữa các ố ng 89 6.3.18 Kế t cấ u sơ bô ̣ của bıǹ h bay 89 6.4 TÍNH CHỌN THIẾT BI ̣ PHỤ 89 6.4.1 Bıǹ h chứa cao áp 90 6.4.2 Bıǹ h tách dầ u 90 6.4.3 Bıǹ h chứa dầ u 91 6.4.4 Cho ̣n đường ố ng 92 6.5 QUY TRÌNH VẬN HÀNH HÊ ̣ THỐNG LẠNH 93 KẾT LUẬN 94 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương LỜI NÓI ĐẦU Bia loại đồ uống giải khát ưa chuộng nước ta giới Bia có màu sắc, hương vị đặc trưng, dễ dàng phân biệt với loại đồ ống khác Được sản xuất từ nguyên liệu malt đại mạch, hoa hublon… bia đem lại giá trị dinh dưỡng cao, lít bia cung cấp 400 – 450 kcal, bia có khả kích thích tiêu hóa, giúp thể khỏe mạnh dùng với liều lượng thích hợp đặc biệt cịn có tác dụng làm giảm nhanh khát người uống nhờ đặc tính CO2 Theo nghiên cứu nhà khoa học, bia đời từ khoảng 7000 năm trước công nguyên, bắt nguồn từ lạc cư trú bờ sơng Lưỡng Hà, sau truyền sang châu lục khác thơng qua q trình trao đổi, bn bán lạc Trong trình tìm kiếm nguyên liệu phụ để tăng chất lượng cho bia, người ta nhận thấy hoa hublon mang lại cho bia hương vị đặc biệt nhiều đặc tính quý giá Hiện nay, hoa hublon nguyên liệu thay sản xuất bia Đến kỷ XIX Louis Pasteur xuất sách bia tạo ngành công nghiệp sản xuất bia ánh sáng khoa học, với phát triển ngành khoa học khác quy trình cơng nghệ sản xuất bia ngày trở nên hồn thiện Chính vậy, bia trở thành loại đồ uống ưa chuộng nay, sản xuất tiêu thụ ngày nhiều phạm vi toàn giới Ở Việt Nam, bia xuất khoảng 100 năm trước, ngành công nghiệp sản xuất bia nước ta ngày phát triển Trong năm gần đây, nhu cầu sử dụng bia nước ta ngày tăng Rất nhiều nhà máy sở sản xuất bia thành lập khắp nước chưa đáp ứng hết nhu cầu thị trường nước chất lượng số lượng Hơn bia ngành cơng nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho ngành kinh tế quốc dân ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả thu hồi vốn nhanh, nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề lợi ích việc phát triển công nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm nhà BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương máy bia với cấu tổ chức chặt chẽ thiết bị công nghệ cung cấp cho người tiêu dùng loại bia có chất lượng cao, giá thành phù hợp vô cần thiết Trong bản bài tâ ̣p lớn em trình bày : “ Thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy bia suất triệu lít/ năm” Đây nhà máy với suất nhỏ, trang bị tổ chức hợp lý có khả thích ứng linh hoạt với quy mơ sản xuất trung bình, tạo hiệu cao kinh doanh BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGÀ NH CÔNG NGHIỆP BIA 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BIA TRÊN THẾ GIỚI Trong loại đồ uống giải khát bia ưa chuộng, phổ biến rộng rãi giới sản lượng tiêu thụ lớn ngày tăng Ở nước phát triển Đức, Đan Mạch, Ba Lan, Mỹ ngành công nghiệp sản xuất bia phát triển, sản lượng bia Đức, Mỹ đạt 10 tỷ lít/năm Cơng nghệ sản xuất bia sản phẩm bia nước thâm nhập vào thâm nhập vào thị trường nhiều nước giới có Việt Nam Mức tiêu thụ bia bình quân nước cao khoảng 100 lít/người/năm Châu Á khu vực ngành công nghiệp bia phát triển muộn Châu Âu Nhưng khu vực có dân số đơng thị trường cịn trẻ nên mức tiêu thụ bia ngày tăng Sản xuất tiêu thụ hàng năm số nước khu vực trước thấp, đến tăng trưởng nhanh, bình qn 6,5 %/ năm, ví dụ : Thái Lan có mức tăng bình qn cao 26,5%/ năm, tiếp đến philippin 22,2 %/ năm, malaysia 21,7 %/năm, Indonesia 17,7 %/ năm, Trung Quốc có mức tăng trưởng 20%/ năm Theo thống kê, hiên giới có khoảng 25 nước sản xuất bia với khoảng 100 tỷ lít/ năm Trong có số nước có sản lượng cao, chiếm khoảng 10% tổng sản lượng giới : Mỹ, CHLB Đức nước sản xuất 10 tỷ lít/ năm Trung Quốc khoảng tỷ lít/ năm BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương 1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIA Ở VIỆT NAM Ở Việt Nam bia xuất từ đầu kỉ 20, nước nằm vùng nhiệt đới cận xích đạo tạo điều kiện thuận lợi để ngành công nghiệp bia tồn ngày phát triển Từ ban đầu có nhà máy bia nhỏ nhà máy bia Hà Nội nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia xuất hầu khắp tỉnh nước, sản lượng nhà máy ngày tăng Hiện suất nhà máy bia Hà Nội đạt 100 triệu lít/năm tiếp tục tăng suất tới 200 triệu lít/năm vào năm 2016, suất nhà máy bia Sài Gòn đạt 350 triệu lít/năm dự kiến 780 triệu lít/năm vào năm 2016 Bên cạnh nhiều thương hiệu bia ngoại xuất nước ta Tiger, Heineken Mức tiêu thụ bia bình qn Việt Nam cịn thấp khoảng 15 lít/người/năm hứa hẹn nhiều tiềm để ngành sản xuất bia phát triển Về trình độ cơng nghệ, thiết bị : nhà máy có cơng suất 100 triệu lít/ năm có thiết bị đại, tiên tiến, nhập từ nước có cơng nghiệp phát triển Các nhà máy có cơng suất 20 triệu lít/ năm đầu tư chiều sâu đổi thiết bị, tiếp thu công nghệ tiên tiến vào sản xuất Điều đáng mừng xây đựng, lắp đặt hoàn chỉnh nhà máy bia coong suất lên tới 50 triệu lít/ năm, sản xuất bia có chất lượng cao hồn tồn nội lực Việt Nam 1.3 ĐINH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NỀN CÔNG NGHIỆP BIA TẠI ̣ VIỆT NAM Do mức sơng người dân ngày tăng, người dân ngày ý đến việc ăn uống Bia lựa chọn hàng đầu đa số người tiêu dùng tìm đến mặt hàng đồ uống Nó mang lại giá trị dinh dưỡng cao cảm giác giải khát uống, mức tiêu thụ bia ngày tăng BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương Trong hoạt động công nghiệp, ngành bia - rượu - nước giải khát đánh giá có hiệu kinh tế cao so với ngành khác Từ năm 2001-2015, lợi nhuận ngành tăng gấp lần với tốc độ tăng trung bình đạt 32,12%/năm Trong đó, tính theo chun ngành sản xuất bia có lợi nhuận cao Vào thời điểm kinh tế khó khăn, doanh số bán hàng hãng bia danh tiếng thị trường giới giảm, riêng thị trường Việt Nam tăng Điều cho thấy nhu cầu tiêu dùng bia Việt Nam khủng khiếp Rất nhiều ưu đãi nhà nước mở ngành hàng sản xuất bia Với lý điều kiện hứa hẹn ngành công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh mẽ khơng năm tới mà cịn tương lai xa đất nước Việt Nam nói riêng Thế Giới nói chung BÀI TẬP LỚN TKHT LẠNH GVHD: TS.Lê Ngo ̣c Cương CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT VÀ DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ 2.1 CHỌN NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu dùng cho sản xuất bia nhà máy malt đại mạch, nguyên liệu dùng để thay cho malt gạo với tỷ lệ 20% nhằm giảm giá thành sản phẩm, hoa houblon tạo hương vị đặc trưng cho bia, nước thành phần thiếu để sản xuất bia 2.1.1 Malt đa ̣i ma ̣ch Malt đại mạch nguyên liệu số dùng để sản xuất bia Khoảng 1/3 đại mạch giới trồng để sản xuất bia Đại mạch thuộc họ Hordeum Sativum, có số thuộc họ H.Muvirum, H.Jubatum Đại mạch thường gieo trồng vào mùa đông hay mùa xuân, trồng nhiều Nga, Mỹ, Canada, Pháp, Nga… Đại mạch có giống hàng đại mạch đa hàng, đại mạch đa hàng lại gồm có đại mạch hàng đại mạch hàng Tuy nhiên có đại mạch hai hàng dùng sản xuất bia Còn đại mạch đa hàng dùng chăn ni mục đích khác Hạt đại mạch trải qua trình ngâm, ươm mầm trở thành hạt malt tươi; hạt malt tươi lại tiếp tục qua q trình sấy, tách rễ đánh bóng trở thành hạt malt khơ tiêu chuẩn bảo quản dài ngày điều kiện khô, mát sử dụng để sản xuất bia Trong trình xử lí hạt đại mạch để trở thành hạt malt hồn thiện hệ enzyme hạt hoạt hóa tăng cường hoạt lực, đặc biệt hệ enzyme thủy phân thực q trình chuyển hóa chất cao phân tử để tạo chất chiết dịch đường Hiện nay, sở sản xuất bia nước ta thường sử dụng loại malt có nguồn gốc từ đại mạch hai hàng, chủ yếu nhập từ Úc số nước châu Âu như: Đức, Đan Mạch Malt dùng sản xuất bia cần đảm bảo số yêu cầu: 10 ... có nhà máy bia nhỏ nhà máy bia Hà Nội nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia xuất hầu khắp tỉnh nước, sản lượng nhà máy ngày tăng Hiện suất nhà máy bia Hà Nội đạt 10 0 triệu lít /năm tiếp tục tăng suất. .. lượng cao, giá thành phù hợp vô cần thiết Trong bản bài tâ ̣p lớn em trình bày : “ Thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy bia suất triệu lít/ năm? ?? Đây nhà máy với suất nhỏ, trang bị tổ chức hợp lý... tục tăng suất tới 200 triệu lít /năm vào năm 2 016 , suất nhà máy bia Sài Gòn đạt 350 triệu lít /năm dự kiến 780 triệu lít /năm vào năm 2 016 Bên cạnh nhiều thương hiệu bia ngoại xuất nước ta Tiger,