L ỜI CẢM ƠN
3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
5.2. Tính toán cách ạm ục công trình
5.2.1. Tính toán xây dựng cho khu vực sản xuất 5.2.1.1. Phân xưởng nấu
Phân xưởng nấu được xây dựng nối liền với phân xưởng lên men tạo được sự liên tục trong sản xuất. Phân xưởng nấu bao gồm hai phần được ngăn cách với nhau bởi tường, một phần để đặt cân, máy nghiền, gầu tải, phần kia đặt nồi hồ hóa, đường hóa, thiết bị lọc khung bản, nồi nấu hoa, thùng lắng xoáy, nồi đun nước nóng, thiết bị làm lạnh nhanh, hệ thống vệ sinh. Nơi đặt các nồi nấu, thiết bị lọc có bố trí sàn thao tác có chiều cao 3 mét để kiểm tra theo dõi quá trình nấu, lọc được dễ dàng.
Dựa vào tính toán chiều dài của đường kính của các thiết bị là: − Nồi hồ hóa: D = 3 m − Nồi đường hóa: D = 4,1 m − Nồi nấu hoa: D = 4,8 m − Thùng lắng xoáy: D = 4,8 m − Thùng đun nước nóng: D = 3 m Tổng đường kính của các thiết bị là:
3 + 4,1 + 4,8 + 4,8 + 3 = 19,7 (m)
Trong phân xưởng nấu bia ta sắp xếp các thiết bị (nồi hồ hóa, nồi nấu hoa, nội đường hóa, nồi lắng xoáy) theo sơ đồ hình khối, ở giữa là thiết bị lọc. Các thiết bịđược đặt cách tường 1m và khoảng cách giữa các thiết bị với nhau là 2m. Vậy tổng chiều dài của phân xưởng nấu là:
19,7 + (1 x 2) + (2 x 3) − 4,8 − 3 = 19,9 (m)
Chiều rộng gồm đường đi 4m, hệ thống CIP của mỗi thiết bị có đường kính 1,77m, đường kính của thiết bị nấu lớn nhất là nồi nấu hoa (4,8m) và nồi lắng xoáy (4,8m). Vậy chiều rộng tổng thể của thiết bị là:
(1 x 2) + 4,8 + 4,8 + 1,77 = 13,37 (m)
Do trong phân xưởng còn phải đặt các máy nghiền, máy lọc và một số
thiết bị phụ trợ khác và để phù hợp với kích thước xây dựng ta chọn kích thước của phân xưởng như sau:
− Diện tích phân xưởng là 432 m2
− Kích thước phân xưởng là 24 x 18 x 8 (m) − Bước cột 6 (m)
− Móng bê tông cốt thép
− Mái panel lắp ghép theo tiêu chuẩn
− Các cột làm bằng thép kích thước 400 mm − Khung nhà làm bằng bê tông cốt thép hỗn hợp − Tường dày 220 mm
− Trong phân xưởng nấu dùng nèn xi măng và bê tông đảm bảo cường độ
chịu lực và chịu nước cao cũng như chất vô cơ.
5.2.1.2. Phân xưởng lên men
Đây là phân xưởng rộng lớn, được xây dựng vững chắc với giải pháp khung bê tông cốt thép lắp ghép.
Dựa vào số lượng tank lên men là 24 tank lên men, mỗi tank có đường kính là 4,7m. Do khối lượng tank lên men lớn nên ta chọn giải pháp đặt tank lên men ở ngoài trời, ở phía trên có hệ thống dàn mái đi lại thao tác.
Ta sắp xếp các tank lên men như sau:
− Các tank sắp xếp theo chiều dài của phân xưởng là 6 tank
− Khoảng cách giữa các tank theo chiều dài, chiều rộng đều cách nhau 1m và tank ngoài cách mép ngoài 1m
− Các thiết bị như thùng chứa sản phẩm, thùng chứa nước để pha, thùng nhân men giống cấp 1, thùng nhân men giống cấp 2, hệ thống CIP, thiết bị rửa sữa men, máy lọc bia được sắp xếp cho vào nhà có mái che của cùng phân xưởng lên men. Chiều rộng của nhà khoảng 9m.
− Trong phân xưởng lên men có đường đi rộng khoảng 5m và 1m dành cho cầu thang.
Chiều dài của phân xưởng lên men là:
(4,7 x 6) + (1 x 7) + 4 + 9 + 1 = 49,2 (m)
Chiều rộng được sắp xếp thành hàng 4 tank, tank phía ngoài cách mép ngoài 1m. Vậy chiều rộng của phân xưởng lên men là:
(4,7 x 4) + (1 x 5) = 23,8 (m)
Do trong phân xưởng có bố trí nhà có mái che trong đó có bố trí một phòng tổng hợp (thay đồ, chứa một số thiết bị lưu động...) có chiều dài 6m nên chiều dài của nhà chính là chiều rộng của phân xưởng lên men. Khoảng trống của khu các tank lên men được làm đường đi và diện tích dự phòng. Vậy ta chọn chiều rộng phân xưởng lên men là 30m
Như vậy ta chọn phân xưởng lên men với các thông số tương ứng phù hợp với kết cấu xây dựng như sau:
− Với tank lên men ngoài trời thì:
+ Dàn đường bằng thép panel lắp ghép theo tiêu chuẩn, phía ngoài dàn đường thao tác là 1,1m; phía trong dàn đường thao tác là 1,2m.
+ Móng bê tông cốt thép, bước cột sản xuất đỡ thay chân của thiết bị
phù hợp là 6 m
+ Kích thước cột là 400 x 600 mm
+ Nền phân xưởng lên men bằng bề tông chịu lực, có xử lý chống thấm.
− Với nhà có mái che: được xây dựng bình thường với vật liệu xây dựng như phân xưởng nấu.
Kích thước phân xưởng lên men như sau:
− Diện tích phân xưởng lên men là 1620 m2 − Kích thước: 54 x 30 x 18 (m)
− Tường dày 220 mm
− Phân xưởng lên men được nối đầu với phân xưởng nấu, một đầu nối với phân xưởng hoàn thiện.
5.2.2. Tính toán xây dựng cho phân xưởng hoàn thiện
Đây là một phân xưởng có đông số lượng công nhân, các thiết bị là một dây chuyền khép kín, kích thước lớn và có nhiều bộ phận hoạt động liên tục như: máy chiết chai, máy dập nắp, máy dán nhãn, máy xếp két... Toàn bộ được tự động hóa. Bởi vậy phân xưởng đòi hỏi thoáng mát, cao ráo, đủ ánh sáng cho công nhân làm việc. Vì thế nên thiết kế nhiều cửa sổ, cửa ra vào rộng rãi để vận chuyển sản phẩm ra vào dễ dàng.
Phân xưởng hoàn thiện có kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép cụ thể như
sau:
− Diện tích phân xưởng 864 m2
− Kích thước: 42 x 24 x 6 (m)
− Bước cột: 6 m
− Mái panel lắp ghép theo tiêu chuẩn − Cột bê tông cốt thép 400 x 600 mm
− Tường dày 220 mm
5.2.3. Tính toán xây dựng cho phân xưởng phụ trợ
Các phân xưởng phụ trợ được xây dựng theo kết cấu bê tông cốt thép hỗn hợp theo tiêu chuẩn.
5.2.3.1. Kho nguyên liệu
Nguyên liệu chính cho sản xuất bia là 50% malt, 25% đại mạch và 25%
đường. Các nguyên liệu này được đóng vào các bao 50kg, cứ mỗi 1m2 xếp được 2 bao, xếp các bao 10 chồng. Vậy mỗi chồng chứa được lượng nguyên liệu là:
2 x 10 x 50 = 1000 (kg)
Lượng nguyên liệu cần dùng tối đa cho một ngày là: 43527,47 (kg) (đã tính toán trong phần cân bằng sản phẩm)
Diện tích kho đủ để đảm bảo chứa nguyên liệu cho nhà máy hoạt động trong 15 ngày.
Vậy lượng nguyên liệu cần dự trữ trong 15 ngày là: 43527,47 x 15 = 652912,05 (kg)
Hệ số sử dụng kho là 85%. Vậy diện tích kho cần chứa là:
= 768,13 (m2) Vậy ta xây dựng kho có kích thước như sau: − Kích thước: 36 x 24 x 8 (m)
− Diện tích 864 (m2)
5.2.3.2. Kho sản phẩm
Kho chứa sản phẩm được xây dựng cạnh phân xưởng hoàn thiện, sản phẩm thuận tiện giao thông.
Sản phẩm của nhà máy cần chứa vào kho là bia chai, bia bock. Mỗi ngày nhà máy sản xuất được tối đa 397389 chai, 4000 bock.
− Diện tích chứa bia bock (bia hơi)
Tỷ lệ chứa bia bock là 4 bock/m2, các bock xếp chồng lên nhau thành 3 tầng chồng lên nhau. Vậy diện tích chứa bia bock là:
4000 / (3 x 4) = 333,33 (m2) − Diện tích chứa bia chai:
Mỗi két chứa 24 chai, 5 két chiếm 1m2, các két xếp thành 8 tầng, chồng lên nhau. Vậy diện tích để chứa bia chai là:
397389 / (24 x 5 x 8) = 413,95 m2
Trung bình chai sản xuất ra lưu trữ trong 3 ngày. Vậy diện tích chứa bia chai là:
412,95 x 3 = 1241,84 m2
Hệ số của kho là kho là 85%. Vậy diện tích thực của kho chứa sản phẩm là:
(333,33 + 1241,84) / 0,85 = 1853,14 (m2) Vậy ta xây dựng kho chứa sản phẩm có kích thước sau:
− Kích thước: 54 x 36 x 6 (m) − Diện tích 1944 m2
5.2.3.3. Phân xưởng cơđiện
Phân xưởng bao gồm tổ máy sửa chữa, tổ điện, tổ gia công phụ tùng thay thế...
Giải pháp xây dựng:
Phân xưởng được xây dựng bằng kết cấu khung thép lắp ghép cụ thể như
sau:
Dầm mái bằng khung thép lắp ghép Mái bằng panel lắp ghép theo tiêu chuẩn
Móng bằng cột bê tông cốt thép, bước cột xây dựng 6m. Tường gạch xây 220 mm
Nền phân xưởng bằng bê tông chịu lực, có xử lý chống thấm.
Nhà được xây dựng thoáng mát, có nhiều cửa sỏ để thông gió và chiếu sáng tự nhiên.
Kích thước xây dựng:
Kích thước: 24 x 18 x 6
5.2.3.4. Kho vỏ chai, bock
Được thiết kế gần phân xưởng hoàn thiện, mái tôn, tường lửng cao 2,4m. Kho vỏ chai được thiết kế với diện tích tương đương với kho chứa sản phẩm vì thế kho vỏ chai có đặc điểm sau:
− Kích thước: 54 x 36 x 6 (m) − Diện tích 1944 m2
5.2.3.5. Gara ôtô
Nhà máy cần có 6 ô tô để vận chuyển và giao dịch − Diện tích 288 m2
− Kích thước: 24 x 12 x 4,8 (m)
5.2.3.6. Nhà lạnh và thu hồi CO2
Xây dựng cạnh phân xưởng lên men.
Lượng CO2 thu hồi cho một ngày sản xuất là 3395,14 m3. Vì vậy mà xây dựng nhà lạnh và thu hồi CO2 có các thông số sau:
− Diện tích 216 m2
− Kích thước: 18 x 12 x 4,8 (m)
5.2.4. Các công trình phục vụ sinh hoạt
Công trình phục vụ sinh hoạt được xây dựng phía trước nhà máy thuận tiện cho việc đi lại của cán bộ công nhân viên, đồng thời làm tăng vẻ đẹp mỹ
quan chủ nhà máy, bởi giải pháp kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép toàn khối, mái bằng tường gạch. 5.2.4.1. Nhà hành chính − Nhà 2 tầng, mỗi tầng cao 4m. − Diện tích 108 m2 − Kích thước 18 x 6 x 8 (m) 5.2.4.2. Hội trường, câu lạc bộ
− Nhà 2 tầng, mỗi tầng cao 4m, tiêu chuẩn 1m2/người. − Diện tích 432 m2
− Kích thước: 24 x 18 x 8 (m)
5.2.4.3. Nhà ăn
Số cán bộ công nhân làm việc trong một ngày là 245 người. Tiêu chuẩn xây dựng nhà ăn 2m2/người.
Vậy diện tích xây dựng nhà ăn là: (245/ 3) x 2 = 163 m2
− Diện tích 162 m2
− Kích thước: 18 x 9 x 3,6 (m)
5.2.4.4. Nhà giới thiệu sản phẩm
Là nơi giới thiệu sản phẩm của nhà máy khi khách hàng đến tham quan,
đồng thời là nơi thưởng thức của khách hàng. − Diện tích: 162 m2
− Kích thước 18 x 9 x 4,2 (m)
5.2.4.5. Nhà để xe đạp, xe máy
Mỗi xe đạp chiến diện tích là 0,9 m2, một xe máy chiếm 2,25 m2, số người
đi xe đạp chiếm 40%, số người đi xe máy chiếm 60% Vậy diện tích là: [0,9 x 40% x (245 / 3)] + [2,25 x 60% x (245 / 3) = 139,65 m2 Vì nhà còn có lối đi nên ta chọn: − Diện tích nhà 162 m2 − Kích thước: 18 x 9 x 2,4 5.2.4.6. Nhà vệ sinh, tắm giặt
Nhà vệ sinh riêng cho nam và cho nữ
− Diện tích: 108 m2
− Kích thước 18 x 6 x 3,6 (m)
5.2.4.7. Phòng bảo vệ
Phòng bảo vệ được xây dựng ở cổng nhà máy: 1 cổng chính và 1 cổng phụ
− Kích thước: 4 x 4 x 3,6 (m)
5.2.4.8. Phòng y tế
− Diện tích 72m2
− Kích thước 9 x 8 x 4,2 (m)
Bảng 5.1: Các công trình sản xuất, công trình phụ trợ, công trình sinh hoạt
STT Tên công trình Dài
(m) Rộng (m) Cao (m) Diện tích (m2) Ghi chú Công trình sản xuất 2916 1 Phân xưởng nấu 24 18 8 432
2 Phân xưởng lên men 54 30 16 1620
3 Phân xưởng hoàn thiện 42 24 6 864
Công trình phụ trợ 5688
4 Kho chứa nguyên liệu 36 24 8 864
5 Kho chứa sản phẩm 54 36 6 1944
6 Xưởng cơđiện 24 18 6 432
7 Kho vỏ chai, bock 54 36 9 1944
8 Gara ô tô 24 12 4,8 288 9 Nhà lạnh, thu hồi CO2 18 12 4,8 216 Công trình sinh hoạt 1222 10 Nhà hành chính 18 6 8 108 2 tầng 11 Hội trường, câu lạc bộ 24 18 8 432 2 tầng 12 Nhà ăn 18 9 3,6 162 13 Nhà giới thiệu sản phẩm 18 9 4,2 162 14 Nhà để xe đạp, xe máy 18 9 4,2 162 15 Nhà vệ sinh, tắm gội 18 6 3,6 108 16 Phòng bảo vệ 4 4 3,6 16 2 phòng 17 Trạm y tế 9 8 4,2 72 Tổng diện tích 9826
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN HƠI − NƯỚC − ĐIỆN − LẠNH 6.1. Tính lượng hơi cho nhà máy
6.1.1. Lượng nhiệt tính cho nồi nấu 6.1.1.1. Lượng nhiệt cung cấp cho nồi hồ hóa
Khối lượng dịch cháo của một mẻ là: G1 = (123,75/459,48) x 40.000 = 10773,03 (kg) Độẩm của khối dịch cháo là: W11 = = [8618,42 + (2176,37 x 0,99 x 10,4%)] / 10773,03 = 82,1% Tỷ nhiệt của khối cháo là: C11 = x C1 + x C2 (kcal/kgoC)
Trong đó C1: nhiệt dung riêng của chất hòa tan, C1 = 0,34 kcal/kgoC C2: nhiệt dung riêng của nước, C2 = 1 (kcal/kgoC).
W11: hàm ẩm của dịch, W11 = 82,1%
C11 = x 0,34 + x 1 = 0,88 (kcal/kgoC)
Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt độ của khối dịch từ 38oC lên 58oC là:
Q11 = G1 x C11 (T2− T1)
= 10773,05 x 0,88 x (58 − 38) = 189605,68 (kcal)
Lượng nhiệt cần duy trì khối dịch ở 58oC là:
Q12 = i x W1
Trong đó: i: hàm nhiệt của hơi nước, i = 640 kcal/kgoC.
W1: lượng nước bay hơi trong giai đoạn này, W1 = 2% G1.
→ Q12 = 640 x 2% x 10773,05 = 137895,04 (kcal) Lượng nhiệt để nâng khối cháo từ 58oC lên 100oC là:
Q13 = (G1− 0,02G1) x C11 x (T2− T1) = 0,98 x 10773,05 x 0,88 x (100 − 58) = 390208,5 (kcal)
Lượng nhiệt để duy trì khối cháo sôi là:
Q14 = i x W2
i: hàm nhiệt của hơi nước, i = 640 kcal/kgoC
W1: lượng nước bay hơi trong giai đoạn này, W1 = 3% G1.
→ Q14 = 640 x 3% x 10773,05 = 206842,56 (kcal) Lượng nhiệt để cung cấp cho nồi hồ hóa là:
Q1 = Q11 + Q12 + Q13 + Q14
= 189605,68 + 137895,04 + 390208,5 + 206842,56 = 924552,78 (kcal)
Tổn thất nhiệt trong nồi hồ hóa là:
Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: 2%
Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: 2% Lượng nhiệt tiêu tốn cho khoảng trống: 1%
∑Tiêu hao = 2% + 2% + 1% = 5%
Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho nồi hồ hóa là:
Qhh = = = 973213,45 (kcal)
6.1.1.2. Lượng nhiệt cung cấp cho nồi đường hóa
Tổng lượng dịch trong nồi đường hóa sau khi hội cháo là:
G2 = 31780,48 (kg) Độẩm của khối dịch là: W21 = 100% − = 100% − [(4352,75 x 0,99) + (2176,37 x 0,99)]/31780,48 = 79,66% Tỷ nhiệt của khối dịch
C21 = x C1 + x C2 (kcal/kgoC) Trong đó C1: nhiệt dung riêng của chất hòa tan, C1 = 0,34 kcal/kgoC
C2: nhiệt dung riêng của nước, C2 = 1 (kcal/kgoC). W21: hàm ẩm của dịch, W21 = 79,66%
C21 = x 0,34 + x 1 = 0,87 (kcal/kgoC) Nhiệt lượng cần để giữ khối dịch ở 52oC là
Q21 = i x W21
Trong đó: i: hàm nhiệt của hơi nước, i = 640 kcal/kgoC.
W21: lượng nước bay hơi trong giai đoạn này, W21 = 1,5% G2.
→ Q21 = 640 x 1,5% x 31780,48 = 305092,6 (kcal)
Nhiệt lượng cần để nâng khối dịch từ 52oC lên 65oC là
Q22 = G22 x C21 (T2− T1)
Với G22 = G2− 0,015G2 = 31780,48 − 0,015 x 31780,48 = 31303,77 (kg) Q22 = (31780,48 − 0,015 x 31780,48) x 0,87 x (65 − 52)
= 354045,67 (kcal)
Nhiệt lượng cần để giữ khối dịch ở 65oC trong vòng 30 phút là
Q23 = i x W23
Trong đó: i: hàm nhiệt của hơi nước, i = 640 kcal/kgoC.
W23 : lượng nước bay hơi trong giai đoạn này, W21 = 2% G22.
→ Q23 = 640 x 2% x 31303,77 = 400688,29 (kcal)
Nhiệt lượng cần để nâng khối dịch từ 65oC lên 72oC là
Q24 = (G22− 2%G22) x C21 x (T2− T1)
= (31303,77 − 2% x 31303,77) x 0,87 x (72 − 65) = 186827,16 (kcal)
Nhiệt lượng để duy trì khối dịch ở 72oC
Q25 = W25 x i
W23 : lượng nước bay hơi trong giai đoạn này, W21 = 3% G24 Q25 = 3% x (31303,77 − 2% x 31303,77) x 640 = 589011,73 (kcal) Nhiệt lượng cần để nâng khối dịch từ 72oC lên 78oC là
Q26 = (G24− 3%G24) x C21 x (T2− T1)
= (30677,7 − 3% x 30677,7) x 0,87 x (78 − 72) = 155333,44 (kcal)
Nhiệt lượng để duy trì khối dịch ở 78oC là:
Q27 = W27 x i
Trong đó: i: hàm nhiệt của hơi nước, i = 640 kcal/kgoC.
W23 : lượng nước bay hơi trong giai đoạn này, W21 = 3% G26 Q27 = 3%(30677,7 − 3% x 30677,7) x 640 = 571341,48 (kcal) Nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi đường hóa là:
Q2 = Q21 + Q22 + Q23 + Q24 + Q25 + Q26 + Q27
= 305092,6 + 354045,67 + 400688,29 + 186827,16 + 589011,73 + 155333,44 + 571341,48
= 2562340,37 (kcal)
Tổn hao nhiệt trong nồi đường hóa là 5%
Vậy lượng nhiệt thực tế cần cung cấp là:
Qđh = = = 2697200,4 (kcal)
6.1.1.3. Lượng nhiệt cung cấp cho nồi nấu hoa