L ỜI CẢM ƠN
3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
4.2. Phân xưởng lên men
4.2.1. Thiết bị lên men
Thùng lên men có cấu tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ, đáy côn, nắp chỏm cầu. Thùng có ba khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, có lớp bảo ôn, cửa vệ sinh, đường ống CIP, van lấy mẫu, van tháo sữa men, van lấy cặn, van lấy sản phẩm, hệ thống thu hồi CO2, ống thủy, cửa quan sát, van sục khí.
Các thông số kỹ thuật của thiết bị lên men bao gồm: Vd: thể tích hữu ích của thùng lên men
D: đường kính của thiết bị
h1: chiều cao phần đáy
h2: chiều cao phần chứa dịch
h3: chiều cao phần trụ không chứa dịch h4: chiều cao phần đỉnh
α: góc đáy côn, chọn α = 60o. Ta có: h1 = (Dtg60o)/2 = 0,866D.
Chọn thùng lên men có thể tích chứa đủ lượng dịch của 5 mẻ nấu. Thể
tích dịch đường của 5 mẻ nấu là:
Do Vd > 100m3 nên h2/D = 1,7 − 2,0. Chọn h2 = 2D h3 = (Vtrống x 4)/ D2 h4 = 0,1D Vd = Vtrụ + Vcôn Vd = D2h2/4) + ( D2h1/4 x 3) = 1,8D3 D = = = 4,63 (m) Chọn D = 4,7m h2 = 4,7 x 2 = 9,4 (m) h1 = 0,866 x 4,7 = 4,07 (m) h4 = 0,1 x 4,7 = 0,47 (m) Mặt khác phần đỉnh của thiết bị có thể tích bằng 25% thể tích hữu ích nên: Vtrống = 0,25 x Vd = 0,25 x 178,42 = 44,61 (m3) Thể tích thực tế của thùng lên men là: Vtt = Vd + Vtrống = 1,25Vd = 1,25 x 178,42 = 223,03 (m3) Chiều cao phần không chứa dịch là:
h3 = (Vtrống x 4)/ D2 = (44,61 x 4)/ 3,14 x 4,72 = 2,57 (m) Chiều cao của thùng lên men là:
H = h1 + h2 + h3 + h4
H = 4,07 + 9,4 + 2,57 + 0,47 = 16,51 (m)
Thùng được làm bằng thép không gỉ có chiều dày là 10mm. Bề dày của lớp cách nhiệt là 150mm. Đường kính ngoài của thùng là:
Dn = 4,7 + (0,15 x 2) = 5 (m)
Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị là 1m. Chiều cao tổng thể
Htt = 16,51 + 1 = 17,51 (m)
Tính số thùng lên men:
Số thùng lên men được tính theo chu kỳ lên men: Thời gian lên men chính là 8 ngày
Thời gian lên men phụ là 15 ngày 1 ngày lọc bia và vệ sinh,
Tổng thời gian để lên men, lọc, vệ sinh là: T = Tc + Tp + 1 = 8 + 15 + 1 = 24 (ngày)
Số lượng thùng lên men được tính theo công thức: M = (V x T)/Vt + 1
Trong đó V: thể tích dịch lên men một ngày Vt: thể tích dịch lên men một thùng T: số ngày cho một chu kỳ lên men 1: số thùng dự trữ
M = [(35684,69 x 5 x 23)/( 35684,69 x 5)] + 1 = 24 (thùng) (hoặc tank).
4.2.2. Chọn thiết bị gây men giống
Việc tính toán thiết bị gây men giống cấp 1 và cấp 2 dựa trên nguyên tắc tính cho thiết bị lên men chính đã tính toán ở trên.
Nguyên tắc chọn: Thể tích hữu ích của thùng gây men giống cấp 2 bằng 1/10 thể tích dịch lên men của thùng lên men chính. Thể tích hữu ích của thùng gây giống cấp 1 bằng 1/3 thể tích của thùng gây giống cấp 2.
Chọn thùng hình trụ, đáy chóp, làm bằng thép không gỉ, có trang bị hệ
thống sục khí, van, nhiệt kế, kính quan sát.
4.2.2.1. Thiết bị gây giống cấp 2
Gọi V2 là thể tích hữu ích của thùng nhân giống cấp 2: V2 = Vd/10 = 178,42 / 10 = 17,84 (m3)
Các thông số kỹ thuật của thiết bị:
V2: thể tích hữu ích của thùng nhân giống cấp 2 D: đường kính của thiết bị
h1: chiều cao phần đáy
h2: chiều cao phần chứa dịch
h3: chiều cao phần trụ không chứa dịch h4: chiều cao phần đỉnh α: góc đáy côn, chọn α = 60o. Ta có: h1 = (Dtg60o)/2 = 0,866D. Chọn h2 = D h3 = (Vtrống x 4)/ D2 h4 = 0,1D V2 = Vtrụ + Vcôn V2 = D2h2/4) + ( D2h1/4 x 3) = 1,012D3 = 17,84 (m3) D = = 2,6 (m) h2 = D = 2,6 (m) h4 = 0,1D = 0,26 (m) h1 = 0,866D = 2,25 (m) Mặt khác phần đỉnh của thiêt bị có thể tích bằng 20% thể tích hữu ích nên: Vtrống = 0,2 x V2 = 0,2 x 17,84 = 3,57 (m3)
Thể tích thực của thùng nhân giống cấp 2 là: Vtt = 1,2V2 = 1,2 x 17,84 = 21,4 (m3) Chiều cao phần đỉnh (h3) là:
h3 = (Vtrống x 4)/ D2 = (3,57 x 4)/ (3,14 x 2,62) = 0,67 (m) Chiều cao của thùng nhân giống cấp 2 là:
H = h1 + h2 + h3 + h4
H = 2,25 + 2,6 + 0,67 + 0,26 = 5,78 (m)
Thùng được làm bằng thép không gỉ có bề dày thép chế tạo là 6 mm. Bề
dày lớp cách nhiệt là 150mm. Đường kính ngoài của thùng là: Dn = 2.6 + 0,15 x 2 = 2,9 (m)
Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đấy thiết bị là 1m. Chiều cao tổng thể
của thiết bị là:
Htt = 5,78 + 1 = 6,78 (m)
Vậy thiết bị gây giống cấp 2 có các thông số sau:
Đường kính trong (mm) Đường kính ngoài (mm) Chiều cao toàn bộ thùng (mm)
Khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị (mm) Chiều cao tổng thể của thiết bị (mm)
Bề dày thép chế tạo (mm) Số lượng nồi (chiếc) 2600 2900 5780 1000 6780 150 1 4.2.2.2. Thiết bị gây giống cấp 1
Tính toán tương tự thiết bị gây giống cấp 2. V1 = V2 / 3 = 17,84 / 3 = 5,95 (m3) Các thông số kỹ thuật của thiết bị:
V1: thể tích hữu ích của thùng nhân giống cấp 1 D: đường kính của thiết bị
h1: chiều cao phần đáy
h3: chiều cao phần thụ không chứa dịch h4: chiều cao phần đỉnh α: góc đáy côn, chọn α = 60o. Ta có: h1 = (Dtg60o)/2 = 0,866D. Chọn h2 = D h3 = (Vtrống x 4)/ D2 h4 = 0,1D V1 = Vtrụ + Vcôn V1 = D2h2/4) + ( D2h1/4 x 3) = 1,012D3 = 5,95 (m3) D = = 1,8 (m) h2 = D = 1,8 (m) h4 = 0,1D = 0,1 x 1,8 = 0,18 (m) h1 = 0,866D = 0,866 x 1,8 = 1,56 (m) Mặt khác phần đỉnh của thiêt bị có thể tích bằng 20% thể tích hữu ích nên: Vtrống = 0,2 x V1 = 0,2 x 5,95 = 1,19 (m3) Thể tích thực của thùng nhân giống cấp 1 là: Vtt = 1,2V1 = 1,2 x 5,95 = 7,14 (m3) Chiều cao phần trụ không chứa dịch (h3) là:
h3 = (Vtrống x 4)/ D2 = (1,19 x 4)/ (3,14 x 1,82) = 0,47 (m) Chiều cao của thùng nhân giống cấp 1 là:
H = h1 + h2 + h3 + h4
H = 1,56 + 1,8 + 0,47 + 0,18 = 4,01 (m)
Thùng được làm bằng thép không gỉ có bề dày thép chế tạo là 5 mm. Bề
dày lớp cách nhiệt là 150mm. Đường kính ngoài của thùng là: Dn = 1,8 + 0,15 x 2 = 2,1 (m)
Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đấy thiết bị là 1m. Chiều cao tổng thể
của thiết bị là:
Vậy thiết bị gây giống cấp 1 các thông số sau:
Đường kính trong (mm) Đường kính ngoài (mm) Chiều cao toàn bộ thùng (mm)
Khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị (mm) Chiều cao tổng thể của thiết bị (mm)
Bề dày thép chế tạo (mm) Số lượng nồi (chiếc) 1800 2100 4010 1000 4010 150 1
4.2.3. Thiết bị rửa sữa men
Một ngày ta sản xuất ra 200 m3 bia nồng độ cao và cho ra 4m3 sữa men.
Để rửa 1 lít sữa men cần dùng 3 lít nước. Do đó ta chọn thùng chứa nước rửa men lớn gấp 4 lần lượng men thu được.
Vậy thể tích hữu dụng của thùng chứa men là: Vr = 4 x 4 = 16 (m3)
Các thông số của thùng:
Vr: thể tích hữu dụng của thùng rửa men. H: chiều cao phần hình trụ của thùng men D: đường kính của thùng
h: chiều cao chỏm cầu của đáy
Chọn thùng hình chỏm cầu có: H = D; h = 0,1D
Hệ số đổđầy của thùng là 80% nên thể tích thực của thùng là: Vt = Vr / 0,8 = 16 / 0,8 = 20 (m3)
Thể tích của thùng rửa men được tính theo công thức: Vt = Vtrụ+ Vđáy
Vt = /4 + [h2 + 3(D/2)2]/6 Vt = 0,83D3 = 20 (m3)
D = = 2,88 (m)
h = 0,1D = 0,1 x 2,88 = 0,288 (m)
Chiều cao tổng thể của thùng = 2,88 + 0,288 = 3,168 (m)
4.2.4. Máy lọc bia Filter
Lượng bia tối đa cần lọc cho một ngày là: 204065,5 (lít) = 204,06 (m3). Lượng bia mỗi mẻ là: 40813,09 (lít) = 40,8 (m3), thời gian lọc là 75 phút, hệ số lọc là 0,8. Vậy năng suất lọc trong một giờ là:
(40,8 x 60)/(75 x 0,8) = 40,8 (m3/h) Máy lọc bia có năng suất 40,8(m3/h). Công suất thiết bị là 5 kw/h.
Bia sau khi lọc có thể tích là 201001,1 (lít) = 201 (m3). Vậy ta có thể tích bã bia là:
204,06 − 201 = 3,06 (m3)
4.2.5. Thiết bị chứa bia và bão hòa CO2
Thiết bị chứa bia và bão hòa CO2 là một thùng hình trụ có đáy và nắp hình chỏm cầu, thiết bị được làm bằng thép không gỉ, bên ngoài thiết bị có áp kế, ống thủy.
Tính toán thiết bị dựa trên lượng dịch cần chứa trong một ngày. Ta chọn số thiết bị chứa trong một ngày là 4 thùng. Như vậy mỗi một thùng chứa bia và bão hòa CO2 có hệ số sử dụng 0,8 phải có thể tích là:
(40000 x 5)/(4 x 0,8) = 62500 (lít) = 62,5 (m3) Các thông số kỹ thuật của thiết bị:
D: đường kính phần trụ
H: chiều cao phần trụ
h1: chiều cao phần đáy h2: chiều cao phần đỉnh
Chọn H = 2D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D. Thể tích thiết bịđược tính theo công thức:
Vt = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh
Vt = = 1,64D3 = 62,5 (m3) o D = = 3,36 (m) Chọn D = 3,4 (m) = 3400 (mm) Vậy H = 3,4 x 2 = 6,8 (m) = 6800 (mm) h1 = 3,4 x 0,2 = 0,68 (m) = 680 (mm) h2 = 3,4 x 0,15 = 0,51 (m) = 510 (mm)
Chiều cao toàn bộ của thiết bị là:
Ht = H + h1 + h2 = 6800 + 680 + 510 = 7990 (mm) Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị là 1 (m) Chiều cao tổng thể của thiết bị là: 7,99 + 1 = 8,99 (m)
Bề dày thép chế tạo là 5 (mm), phần vỏ dày 50 (mm). Vậy đường kính ngoài của thiét bị nấu hoa là:
3400 + (50 x 2) = 3500 (mm) = 3,5 (m) Gọi Hl là chiều cao phần hai vỏ:
Hl = 0,8H = 0,8 x 6800 = 5440 (mm) Vậy thiết bị có các thông số kỹ thuật như sau:
Đường kính trong (mm) Đường kính ngoài (mm) Chiều cao toàn bộ nồi (mm) Chiều cao phần hai vỏ (mm)
Khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị (mm) Chiều cao tổng thể của thiết bị (mm)
Bề dày thép chế tạo (mm) Số lượng thùng (chiếc) 3400 3500 7990 5440 1000 8990 5 4
4.2.6. Tính toán thùng nước để pha loãng
Đối với bia hơi một ngày sản xuất được 49709,79 lít = 49,71 (m3) bia nồng độ cao. Ta cần pha chế để tạo ra 200 (m3) bia nồng độ 3,5% từ bia có độ
cồn 6,096%.
Vậy lượng nước cần bổ sung trong một ngày là: 200 − 49,71 = 150,29 (m3)
Vậy cứ 1 m3 bia nồng độ 14oBx muốn cho ra bia hơi 10oBx thì cần 0,75 m3 nước, tương đương với 1 lít bia nồng độ cao cần lượng nước pha là 0,75 lít nước.
− Bia chai:
Đối với bia chai một ngày sản xuất được 170877,1 (lít) = 170,88 (m3) bia nồng độ cao. Ta cần pha chế để tạo ra 200 m3 bia nồng độ 5ov từ bia có độ cồn 6,096ov
Vậy lượng nước cần bổ sung trong một ngày là: 200 − 170,88 = 29,12 (m3)
Vậy cứ 1 m3 bia nồng độ 14oBx muốn cho ra bia chai 12oBx thì cần 0,15 m3 nước, tương đương với 1 lít bia nồng độ cao cần lượng nước pha là 0,15 lít nước.
Do đó ta chọn thùng chứa nước theo bia hơi. Chọn 5 thùng chứa nước. Thể tích hữu dụng của mỗi thùng này là: Vhd = 150,29 / 5 = 30,06 (m3) Ta chọn thùng có thân hình trụ, đáy và nắp hình chỏm cầu, hệ số sử dụng thùng là 85%. Vậy thể tích thực của thùng là: Vt = 30,06 / 0,85 = 35,36 (m3) Các thông số của thùng: Vr: thể tích hữu dụng của thùng rửa men. H: chiều cao phần hình trụ của thùng men D: đường kính của thùng
Chọn thùng hình chỏm cầu có: H = 1,5D; h = 0,1D Thể tích của thùng được tính theo công thức:
Vt = Vtrụ+ Vđáy Vt = /4 + [h2 + 3(D/2)2]/6 Vt = 1,22D3 = 35,36 (m3) D = = 3,1 (m) H = 1,5D = 1,5 x 3,1 = 4,65 (m) h = 0,1D = 0,1 x 3,1 = 0,31 (m) Chiều cao tổng thể của thùng = 4,65 + 0,31 = 4,96(m)
4.2.7. Bơm men giống
Lượng men giống cần cung cấp cho một thùng lên men (5 mẻ nấu) là: 21367,63 lít = 21,37 (m3) Thời gian sử dụng bơm là 25 phút. Hệ số sử dụng bơm là 80% Vậy năng suất thực của bơm là: N = (21,37 x 60)/ (25 x 0,8) = 64,11 (m3) Chọn bơm có năng suất là 65 m3/h Số lượng là 1 chiếc. 4.2.8. Bơm lọc
Lượng bia non cần lọc trong một ngày là 204065,5 (lít) = 204,07 (m3) Thời gian cần lọc là 3 ca/ngày, mỗi ca 4 giờ Hệ số sử dụng bơm là 80% Vậy năng suất thực của bơm là: N = 204,07 / (3 x 4 x 0,8) = 21,26 (m3/h) Chọn bơm có năng suất là 22m3/h Số lượng bơm là 1 chiếc.
4.2.9. Bơm bột trợ lọc trong quá trình lọc
− Năng suất là 300 lít/giờ, có điều chỉnh lưu lượng. − Số lượng là 1 chiếc.