L ỜI CẢM ƠN
3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
6.4. Tính toán lạnh cho nhà máy
6.4.1. Lượng nhiệt cần cho thiết bị làm lạnh nhanh
Ở thiết bị làm lạnh nhanh, dịch đường được làm lạnh từ 90oC xuống 12oC. Lượng nhiệt cần cung cấp cho 1 mẻđược tính theo công thức:
Q = G x C x (T1− T2) Trong đó: G: khối lượng của dịch đường, G = 42582,92 (kg) C = 0,921 kcal/kgoC T1 = 90oC T2 = 12oC → Q = 42582,92 x 0,921 x (90 − 12) = 3059071,8 kcal/kg Lượng nhiệt cần cung cấp cho một ngày là:
Q1 = 3059071,8 x 5 = 15295359 kcal/ngày.
6.4.2. Nhiệt lạnh cung cấp cho quá trình lên men chính để duy trì nhiệt độ lên men
6.4.2.1. Nhiệt lượng để hạ nhiệt độ sinh ra trong quá trình lên men tính cho một ngày lên men mạnh nhất
Nhiệt lượng được tính theo công thức: Q = G x q
Trong đó:
G: khối lượng chất khô lên men trong một ngày mạnh nhất q: Lượng nhiệt tỏa ra khi lên men 1kg đường (kcal)
Ta có phương trình lên men:
C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2 + Q
180g → 28 calo
Vậy lượng nhiệt tỏa ra khi lên men 1kg đường là: q = 1000 x = 155,56 kcal
Lượng dịch đường đi vào lên men trong 1 ngày là 178423,4 lít.
Dịch đường 14oBx có d = 1,0568 kg/l. Vậy khối lượng dịch đường có trong 1 ngày lên men là:
178423,4 x 1,0568 = 188557,84 (kg)
Chọn nồng độ cơ chất lên men mạnh nhất = 2%/ngày. Vậy lượng chất khô
được lên men trong một ngày là:
188557,84 x 0,14 x 0,02 = 527,96 (kg/ngày) Q21 = 527,96 x 155,56 = 82129,45 kcal/ngày
6.4.2.2. Nhiệt lạnh tổn thất qua các lớp cách nhiệt
Q22 = F x K x (Tn− Tt) Trong đó:
K: hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt, K = 0,3 kcal/m2.hoC Tn: nhiệt độ bên ngoài tank lên men, Tn = 30oC
Tt: nhiệt độ bên trong tank lên men, Tt = 12oC F: diện tích xung quanh tank lên men.
= 3,14 x 4,7 x (9,4 + 2,57) + x 4,72 + x 4,72 = 228,79 (m2)
Q22 = 0,3 x 228,79 x (30 − 12) = 1235,46 kcal/ngày
6.4.2.3. Lượng nhiệt lạnh để làm nước rửa sữa men
Lượng nước lạnh để rửa sữa men thường bằng hai lần lượng men cần rửa. Vậy lượng nước lạnh cần rửa là:
2136,76 x 2 = 4273,52 (lít)
Lượng nước cần rửa sữa men trong một ngày khoảng 4300 lít. Lượng nhiệt để làm lạnh nước từ 25oC xuống 2oC là:
Q23 = 4300 x 1 x (25 − 2) = 98900 kcal/ngày
Tổn hao lạnh do bảo quản sữa men khoảng 60000 kcal/ngày. Vậy lượng nhiệt cần để lên men chính là:
Q2 = Q21 + Q22 + Q23 + 60000
= 82129,45 + 1235,46 + 98900 + 60000 = 242264,91 kcal/ngày
6.4.3. Tính nhiệt lạnh cần thiết để hạ nhiệt độ bia từ lên men chính xuống lên men phụ
Lượng nhiệt lạnh cần để hạ từ 12oC xuống 1oC được tính là: Q3 = G x C x (T2− T1)
Trong đó:
G: lượng bia non có trong một tank lên men (một ngày) có hàm lượng chất khô 14oBx có d = 1,0568 kg/lít.
Do đó G = 204065,5 x 1,0568 = 215656,42 kg Tỷ nhiệt của bia non là:
C = C1 x X1 + C2 x X2 Trong đó:
C1: tỷ nhiệt của chất hòa tan, C1 = 0,34 kcal/kgoC C2: tỷ nhiệt của nước, C2 = 1 kcal/kgoC
X1: hàm lượng chất khô, X1 = 0,14
→ C = 0,14 x 0,34 + 0,86 x 1 = 0,91 kcal/kgoC
→ Q = 215656,42 x 0,91 x (12 − 1) = 2158720,76 kcal/ngày
Lượng nhiệt tổn thất qua lớp cách nhiệt là 10%. Vậy lượng nhiệt cần thiết là:
Q3 = 2158720,76 x 1,1 = 2374592,8 kcal/ngày
6.4.4. Tính lượng nhiệt lạnh cho cả quá trình lên men phụ
Trên thực tế cứ một lít bia non tổn hao 0,25 kcal/ngày.
Lượng bia non có trong một tank lên men của một ngày là 215656,42 kg. Vậy nhiệt lượng cần cho một ngày là:
Q41 = 215656,42 x 0,25 = 53914,1 kcal/ngày Tổn thất qua lớp cách nhiệt là:
Q42 = F x K x (Tn− Tt) Trong đó:
K: hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt, K = 0,3 kcal/m2hoC Tn: nhiệt độ bên ngoài tank lên men, Tn = 30oC
Tt: nhiệt độ bên trong tank lên men, Tt = 1oC
F: diện tích xung quanh tank lên men, F = 228,79m2.
→ Q42 = 228,79 x 0,3 x (30 − 1) x 24 = 47771,35 kcal/ngày Tổng lượng nhiệt lạnh cung cấp cho cả quá trình lên men phụ là:
Q4 = 53914,1 + 47771,35 = 101685,45 kcal/ngày
6.4.5. Tính nhiệt lạnh cho thùng men giống
Lượng men giống cần cho một ngày là 21367,63 lít. Trong quá trình cần cung cấp O2đầy đủđể nuôi sinh khối.
Dịch đường đưa vào lên men 14oBx có d = 1,0568 kg/lít. Vậy khối lượng dịch đường là:
213680,68 x 1,0568 = 225817,74 kg Lượng chất hòa tan có trong dịch đường là:
225817,74 x 0,14 = 31614,48 kg
31614,48 x 0,7 = 22130,13 kg
1 kg đường lên men tỏa ra 155,56 kcal. Vậy lượng nhiệt tạo thành trong một ngày là:
Q51 = 22130,13 x 155,56 = 3442563,9 kcal/ngày Tổn thất qua các lớp cách nhiệt của thùng men giống là:
Q52 = (F1 + F2) x K x (Tn− Tt) Trong đó:
K: hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt, K = 0,3 kcal/m2hoC Tn: nhiệt độ bên ngoài tank lên men, Tn = 30oC
Tt: nhiệt độ bên trong tank lên men, Tt = 1oC F1: diện tích xung quanh thùng men giống cấp 1. F2: diện tích xung quanh thùng men giống cấp 2.
F1 = D(h2 + h3) + D2 + D2 = 3,14 x 1,8 x (1,8 + 0,47) + x 1,82 + x 1,82 = 20,47 (m2) F2 = D(h2 + h3) + D2 + D2 = 3,14 x 2,6 x (2,6 + 0,67) + x 2,62 + x 2,62 = 42,64 (m2) Q52 = (20,47 + 42,64) x 0,3 x (30 − 12) x 24 = 8179,05 kcal/ngày Tổng nhiệt lượng cung cấp cho cả thùng nhân men giống là:
Q5 = Q51 + Q52 = 3442563,9 + 8179,05 = 3450742,95 kcal/ngày
6.4.6. Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ bia sau khi lọc từ 50C xuống 1oC để nạp CO2
Sau khi lọc nhiệt độ của bia tăng lên 5oC ta cho vào thiết bị nạp CO2 có hệ
thống làm lạnh bằng glycol để hạ nhiệt độ xuống 1oC. Nhiệt lạnh được tính theo công thức sau:
Q6 = G x C x (T1− T2) Trong đó:
G: khối lượng bia cần nạp CO2 trong một ngày G = 201001,1 x 1,0568 = 212417,96 kg C: tỷ nhiệt của bia sau khi lọc
C = C1 x X1 + C2 x X2 = 0,34 x 0,14 + 1 x 0,86 = 0,91 kcal/kgoC
→ Q6 = 212417,96 x 0,91 x (5 − 1) = 773201,38 kcal/ngày
Lượng nhiệt tổn thất qua lớp cách nhiệt là 10%. Vậy lượng nhiệt lạnh cần thiết là:
Q6 = 773201,38 x 1,1 = 850521,52 kcal/ngày
6.4.7. Tổng nhiệt lạnh cần cung cấp cho nhà máy
Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6
= 15295359 + 242264,91 + 2374592,8 + 101685,45 + 3450742,95 + 850521,52 = 22315166,63 kcal/ngày
6.4.8. Chọn máy lạnh
Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp cho nhà máy trong một giờ là: Qt/24 = 22315166,63 / 24 = 929798,6 kcal/giờ
Vậy ta chọn máy lạnh nén cấp một có thể chạy luân phiên hoặc đồng thời. Các đặc tính kỹ thuật cho máy lạnh:
− Số xi lanh: 6 xi lanh
− Năng suất lạnh: 1 triệu kcal/giờ
CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CIP VÀ VỆ SINH AN TOÀN 7.1. Hệ thống CIP trong phân xưởng nấu
7.1.1. Tính toán CIP
Hệ thống CIP của phân xưởng nấu gồm 4 thùng như sau:
− Thùng NaOH 2%: 1 thùng
− Thùng HNO3 0,1N: 1 thùng
− Thùng nước nóng: 1 thùng
− Thùng nước lạnh: 1 thùng
Mỗi mẻ nấu, lượng nước rửa CIP thường bằng 6% thể tích thùng. Chọn thiết bị nấu hoa làm chuẩn vì nó có thể tích lớn nhất (59,76 m3).
Mỗi lần ta phải vệ sinh cho 5 thiết bị mà thùng CIP có hệ số chứa
đầy là 85%. Vậy thể tích thực của hệ thống CIP là: VCIP = (59,76 x 5 x 0,06)/ 0,85 = 21,1 (m3) Vậy thể tích mỗi thùng là: 21,1 / 4 = 5,3 m3
Chọn thùng CIP thân hình trụ, đáy và nắp có hình chỏm cầu, làm bằng thép không gỉ với các thông số sau:
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 = /4 + [ + 3(D/2)2]/6 + [ + 3(D/2)2]/6
D = = 1,48 (m) Chọn D = 1,5 (m) = 1500 (mm)
Vậy H = 1,5 x 2 = 3 (m) = 3000 (mm) h1 = 1,5 x 0,2 = 0,3 (m) = 300 (mm) h2 = 1,5 x 0,15 = 0,225 (m) = 225 (mm)
Chiều cao toàn bộ của thiết bị là:
Ht = H + h1 + h2 = 3000 + 300 + 225 = 3525 (mm) Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị là 1 (m) Chiều cao tổng thể của thiết bị là: 3,525 + 1 = 4,525 (m)
Bề dày thép chế tạo là 5 (mm), phần vỏ dày 50 (mm). Vậy đường kính ngoài của thiét bị nấu hoa là:
1500 + (50 x 2) = 1600 (mm) = 1,6 (m)
Vậy ta chọn thùng CIP với các thông số kỹ thuật 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 thùng (chiếc) 1500 1600 3525 1000 4525 5 4
STT Tên thiết bị STT Tên thiết bị
1 Thùng chứa NaOH 2 Thùng chứa axit
7.1.2. Bơm CIP
Lượng CIP cần bơm vào nồi trong một mẻ là: 59,76 x 0,06 = 3,58 (m3) Thời gian sử dụng bơm là 10 phút. Hệ số sử dụng bơm là 80%. Vậy năng suất thực của máy là: N = (3,58 x 60) / (0,80 x 10) = 26,89 (m3/h) Chọn bơm có công suất là 30 m3/h Số lượng là 2 chiếc: + Một chiếc cấp CIP + Một chiếc hồi CIP
7.2. Hệ thống CIP của phân xưởng lên men
Hệ thống CIP của phân xưởng lên men gồm 4 thùng như sau: − Thùng NaOH 2%: 1 thùng
− Thùng dung dịch nước nóng: 1 thùng
− Thùng chứa hóa chất P3−Trimetyl HC 2%: 1 thùng − Thùng chứa dung dịch axit HCl: 1 thùng
Hệ thống CIP có thể tích bằng 5% so với thể tích thùng lên men. Mà thể
tích mỗi thùng lên men là 178,42 m3.
Hệ số sử dụng thùng CIP là 80%. Vậy thể tích của thùng CIP là: VCIP = (178,42 x 0,05)/0,8 = 11,15 (m3)
Vậy thể tích của mỗi thùng là 11,15/4 = 2,79 m3.
Dựa vào thể tích thực của thùng ta chọn thùng CIP là thiết bị thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H, đáy và nắp hình chỏm cầu có chiều cao là h1 và h2. Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ có các van vào và ra, ống thủy, cửa
đưa hóa chất vào. Chọn H = 1,5D
h1 = 0,15D h2 = 0,15D
Thể tích của thùng được tính theo công thức sau: Vt = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh Vt = /4 + [ + 3(D/2)2]/6 + [ + 3(D/2)2]/6 Vt = = 1,3D3 = 2,79 (m3) D = = 0,97 (m) Chọn D = 1,0 (m) = 1000 (mm) Vậy H = 1,0 x 1,5 = 1,5 (m) = 1500 (mm) h1 = 1,0 x 0,15 = 0,15(m) = 150 (mm) h2 = 1,0 x 0,15 = 0,15 (m) = 150 (mm)
Chiều cao toàn bộ của thiết bị là:
Ht = H + h1 + h2 = 1500 + 150 + 150 = 1800 (mm) Chọn khoảng cách từ nền nhà đến đáy thiết bị là 0,5 (m) Chiều cao tổng thể của thiết bị là: 1,8 + 0,5 = 2,3 (m)
Bề dày thép chế tạo là 5 (mm), phần vỏ dày 50 (mm). Vậy đường kính ngoài của thùng là:
1000 + (50 x 2) = 1100 (mm) = 1,1 (m) Vậy ta chọn thùng CIP có các thông số sau:
Đường kính trong (mm) Đường kính ngoài (mm) Chiều cao toàn bộ nồi (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) 1000 1100 1800 500 2300 5 4
7.3. Vệ sinh và an toàn lao động
Việc vệ sinh luôn được coi trọng trong tất cả các ngành sản xuất, đặc biệt trong ngành sản xuất thực phẩm thì việc vệ sinh càng đòi hỏi nghiêm ngặt.
Sự thành công của quá trình sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm phụ
thuộc vào công nhân. Vì vậy yêu cầu vệ sinh phải được thực hiện một cách nghiêm ngặt, bắt buộc đối với công nhân và cán bộ kỹ thuật.
− Không cho phép những người bị bệnh mãn tính hay truyền nhiễm...
được trực tiếp sản xuất.
− Khi làm việc, công nhân phải có quần áo bảo hộ lao động sạch sẽ, gọn gàng, luôn có ý thức vệ sinh chung.
− Trước khi vào phân xưởng phải nhúng ủng qua dung dịch sát khuẩn. − Khi lọc và tiếp xúc trực tiếp với bia cũng như dụng cụ chứa bia, công nhân phải có quần áo tay chân sạch sẽ.
7.3.2. Vệ sinh thiết bị
− Đối với dụng cụ thử hay chứa dịch đường, dịch bia non sau mỗi lần dùng phải được vệ sinh sạch sẽ bằng hệ thống CIP để tránh các vết bẩn do dịch đường hay sinh khối nấm men. Các vết bẩn này nếu không rửa sạch sẽ
quánh lại, gây nhiễm tạp cho dịch khi sử dụng.
− Với đường ống, thùng lên men phải vệ sinh sạch bằng hệ thống CIP trước khi dùng. Đầu tiên phải sử dụng bằng nước sạch, rồi xông hơi, bisunfitnatri 5%, cuối cùng tráng lại bằng nước lạnh vô trùng.
− Các dụng cụ khác trong phòng lên men cũng phải vệ sinh tiệt trùng hàng ngày, các van lấy mẫu trước và sau khi lấy mẫu phải được tiệt trùng.
− Trong phân xưởng nấu và làm nguội, các nồi phải được vệ sinh sạch sẽ sau mỗi mẻ nấu và vệ sinh định kỳ bằng nước nóng cũng như hóa chất NaOH, HNO3... với máy lọc phải vệ sinh vải lọc sau từng mẻ lọc. Trước khi lọc phải được tráng qua nước sôi, bã malt phải được chứa trong các thùng kín tránh ruồi muỗi.
− Đối với máy lọc thiết bị ở bộ phận phụ trợ thường xuyên kiểm tra, lau dầu, bảo dưỡng định kỳ để tăng tuổi thọ.
7.3.3. Vệ sinh công nghiệp
− Các phân xưởng phải đảm bảo vệ sinh sạch sẽ gọn gàng, thoáng mát, nền nhà phải thoát nước tốt tránh tù đọng.
− Với các bộ phận bụi, ồn, cần phải có biện pháp hiệu quả như thiết bị
hút bụi, thiết bị tránh ồn cục bộ, đảm bảo sức khỏe cho công nhân.
− Ở xung quanh phải đảm bảo quang đãng, cống rãnh luôn được khai thông, có nắp đậy cẩn thận.
− Đường đi phải luôn được dọn sạch sẽ, vườn cây xanh phải được chú trọng, trồng mới và chăm sóc cẩn thận.
7.4. Bảo hộ và an toàn lao động
Bảo hộ và an toàn lao động trong sản xuất là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của công nhân và tuổi thọ của máy móc. Chính vì vậy mà nhà máy cần quan tâm đến vấn đề này. Các nội quy, quy tắc bảo hộ và an toàn lao động trong các phân xưởng sản xuất, nhà máy được coi như một điều bắt buộc.
Các nhà máy thực phẩm hiện nay được đầu tư hiện đại đã giảm bớt một phần lao động chân tay nhưng không vì vậy mà an toàn lao động được bỏ qua, mà ngược lại phải được quan tâm hơn.
Người công nhân phải chấp hành triệt để các nội quy, quy trình vận hành.
Đối với nhà máy bia cần chú ý đến một số khâu sản xuất sau đây:
7.4.1. Chống độc trong sản xuất
Khí độc trong nhà máy chủ yếu là khí CO2 trong quá trình lên men chính thất thoát ra mặc dù trong quá trình thiết kế có hệ thống thu hồi CO2.
Ngoài ra, CO2 còn do hệ thống lò hơi thoát ra, Freon, NH3 từ hệ thống lạnh...
7.4.2. An toàn hệ thống chịu áp
Van chịu áp được trang bị trong các thiết bị như nồi hơi, tank lên men, tank tàng trữ, bình nạp CO2... vì vậy an toàn thiết bị chịu áp cần được quan tâm.
Trong quá trình sản xuất công nhân cần chú ý:
− Phải thực hiện nội quy an toàn về điện. − Cách điện đối với các mạch điện.
− Bố trí đường dây xa tầm tay hay đường đi lại của công nhân. − Nối đất, cách điện thật tốt.
7.4.4. An toàn khi thao tác vận hành một số thiết bị phòng cháy chữa cháy
− Máy nghiền sàng: Khi sửa chữa cần phải ngắt cầu dao điện, trước khi làm việc cho máy chạy không tải 2 phút.
− Thường xuyên kiểm tra các thiết bị chịu áp, nhiệt kế, các đường ống dẫn dịch, tác nhân lạnh.
− Các công trình xây dựng phải đúng tiêu chuẩn, đảm bảo trong phòng cháy chữa cháy và thông gió tốt.
− Về phòng cháy, chữa cháy thì mỗi phân xưởng phải có thiết bị chữa cháy tại chỗ như bình CO2. Nhà máy phải có hệ thống thông tin bằng loa truyền thanh