1. Hóa chất vệ sinh các nồi nấu:
Các hố chất dùng để vệ sinh các nồi nấu là: dung dịch NaOH 2%, dung dịch HNO3 0,1%, dung dịch nước clo 10%.
Căn cứ theo nhịp độ nấu: Giữa các mẻ nấu trong ngày chỉ cần vệ sinh các nồi nấu bằng nước nóng. Trong các khoảng nghỉ dài vệ sinh các nồi nấu bằng hố chất tẩy rửa, khử trùng. Thể tích dung dịch các hố chất cần sử dụng cho một lần vệ sinh định kì khoảng 8% thể tích nồi nấu lớn nhất ( là nồi hoa) theo đó thể tích các dung dịch vệ sinh là: 0,08 × 30,4 = 2,43(m3), tức khối lượng dung dịch khoảng 2430kg. Lượng các hoá chất cần sử dụng tương ứng là:
NaOH dạng hạt khan: 2% × 2430 = 48,6(kg NaOH)
Dung dịch acid nitric đậm đặc (63%): 0,1% × 2430 / 63% = 3,86(kg HNO3
63%)
Bột Cloramin: 10% × 2430 = 243(kg cloramin)
Định kì 1 tuần vệ sinh các nồi nấu 1 lần thì theo lịch sản xuất một năm cần vệ sinh khoảng 50 lần, khi đó lượng hố chất tiêu hao là:
NaOH: 50 × 48,6 = 2430(kg NaOH)
HNO3 63%: 50 × 3,86 = 193(kg HNO3 63%) Cloramin: 50 × 243 = 12150(kg cloramin)
2. Hóa chất vệ sinh các thiết bị lên men, tàng trữ bia:
Các hoá chất dùng để vệ sinh các thiết bị lên men là: dung dịch NaOH 2%, dung dịch Trimeta HC 2%, dung dịch P3 oxonia 0,5%.
Theo nhịp độ sản xuất mỗi ngày sản xuất phải vệ sinh một tank lên men,ngồi ra cịn phải vệ sinh hệ thống nhân men hay tái sử dụng men kết lắng và ngồi ra cịn phải vệ sinh hệ thống nhân men hay tái sử dụng men kết lắng và các tank tàng trữ. Thể tích các dung dịch CIP cần sử dụng một ngày bằng khoảng 8% thể tích một tank lên men: 8% × 140,8 = 11,3(m3)
Lượng hố chất cần để vệ sinh hệ thống lên men một ngày là: NaOH: 2% × 11300 = 226(kg NaOH)
Trimeta HC: 2% × 11300 = 226(kg Trimeta HC) P3 oxonia: 0,5% × 11300 = 56,5(kg P3 oxonia)
Một năm tương ứng với 300 ngày sản xuất cần lượng hố chất vệ sinh là: NaOH: 300 × 226 = 67800(kg NaOH)
P3 oxonia: 300 × 56,5 = 16950(kg P3 oxonia)
► Tổng lượng NaOH cần để vệ sinh cho cả nhà máy một năm là: 2430 + 67800 = 70230(kg NaOH)
Bảng tổng kết các hoá chất tẩy rửa, sát trùng cần dùng: TT Tên hoá chất 1 năm
1 NaOH 70230 kg 2 HNO3 63% 193 kg 3 Cloramin 12150 kg 4 Trimeta HC 67800 kg 5 P3 oxonia 16950 kg
Phần IV: Tính và chọn thiết bị I. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu
Theo kế hoạch sản xuất một mẻ nấu của bia hơi và bia chai cùng cho sản lượng bia thành phẩm như nhau, chỉ khác là nấu bia chai sử dụng nhiều nguyên liệu hơn bia hơi (trừ lượng nước rửa bã). Do đó ta tính tốn thiết bị chủ yếu theo bia chai.
1. Cân, gầu tải
* Cân: Nguyên liệu được cân theo từng mẻ. Chọn cân hoa loại 5kg.
Chọn cân gạo và malt lót có khả năng cân cao nhất 500kg, độ chính xác 0,5kg, có kích thước: dài 1m, rộng 0,8m, cao 1m.
Cân malt dùng 3 cân điện tử được gắn với xylo; xylo có kích thước: đường kính 0,8m, cao 1,5m, đáy cơn 60˚ chứa được khoảng 500kg malt; kết quả cân khối lượng malt được tính là trị số trung bình do 3 cân đưa ra.
* Gầu tải: Chọn gầu tải có năng suất vận chuyển 4500 kg/h có thơng số kỹ thuật:
Kích thước: rộng 0,5m, cao 2 – 4m Vận tốc kéo 1,2 – 1,4m/s
Công suất động cơ 0,8kW
2. Máy nghiền
* Máy nghiền gạo: Một mẻ nấu sử dụng 695 kg gạo. Chọn máy nghiền gạo là máy nghiền búa có năng suất 1500kg/h có các thơng số kỹ thuật:
Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, chiều rộng 200mm Kích thước máy: dài 1,85m, rộng 1,6m, cao 1,65m
* Máy nghiền malt: Một mẻ nấu lượng malt cần nghiền là 2775kg. Chọn máy nghiền malt ướt có cơng suất 4000kg/h có các thơng số kỹ thuật:
Vật liệu chế tạo: thép khơng gỉ chịu mài mịn Kích thước thiết bị: dài 1m, rộng 0,8m, cao 3,2m
Kích thước trục nghiền: đường kính 250mm, dài 600mm Số đơi trục: 2
Ta có: 0,554D = 6,20(m3). Suy ra: D = 2,24m.
Nước ngâm malt có nhiệt độ 65˚C, lượng nước dùng để ngâm 60l/100kg. Tổng thời gian ngâm và nghiền khơng q 30 phút. Khi đó thuỷ phần của hạt tăng lên 20%.
3. Nồi hồ hoá
Tổng khối lượng dịch bột trong nồi hồ hoá là ứng với một mẻ nấu: 4,98 tấn. Khối lượng riêng của hỗn hợp dịch bột là 1,07(tấn/m3)
Thể tích của hỗn hợp trong nồi hồ hố là: 4,98
1,07 = 4,65(m3)
Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: 4,65
0,75 = 6,20(m3) * Chọn thiết bị hồ hố là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón, làm bằng thép khơng gỉ, có các thơng số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D. h2 D H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = D 2 4 H + ( D 2 8 h1 + 6h13 ) = D 2 4 0,6D + D 2 8 0,2D + 6(0,2D)3 = 0,554D 3 3 Quy chuẩn: D = 2,2m. H = 1,32m; h1 = 0,44m; h2 = 0,33m.
Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngồi thùng: Dng = 2,4m. Thể tích thực của nồi là: V = 0,554D3 = 0,554.2,23 = 5,9(m3).
Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8.D = 1,76m
Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 1,76m, tốc độ khuấy 32v/ph. Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi hồ hố là 4,65m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là:
Ta có: 0,554D = 22,07m3. Suy ra: D = 3,42m. F = 0,5.4,65 ≈ 2,3(m2)
4. Nồi đường hoá
Tổng khối lượng dịch trong nồi đường hoá ứng với một mẻ nấu là: 17,88 tấn. Dịch bột có khối lượng riêng là 1,08(tấn/m3), thể tích dịch trong nồi đường hố là: 17 ,88
1,08 = 16,56(m3)
Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là: 16,56
0,75 = 22,07(m 3 ) * Chọn thiết bị đường hố là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép khơng gỉ, có các thơng số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 =
0,15D. h2 D H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = D 2 4 H + ( D 2 8 h1 + 6h13 ) = D 2 4 0,6D + D 2 8 0,2D + 6(0,2D)3 = 0,554D 3 3 Quy chuẩn: D = 3,4m. H = 2,04m; h1 = 0,68m; h2 = 0,51m. Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 0,554.3,43 = 21,8(m3).
Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngồi là: Dng = 3,6m. Chiều cao phần hai vỏ: H2vỏ = 0,8D = 2,72m.
Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 2,72m. Tốc độ khuấy 32v/ph. Diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi đường hố là 16,56m3, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là:
F = 0,5.16,56 ≈ 8,3(m2)
5. Thùng lọc đáy bằng
Thùng đáy bằng, thân trụ, nắp nón h2 = 0,15D.
h2
D H
Khối lượng bã malt và gạo tương ứng với một mẻ nấu là: 3,05 tấn Khối lượng riêng của bã là: 0,75 tấn/m3
Thể tích bã là: 3,05 0,75 = 4,07(m3) Chọn chiều cao lớp bã là: 0,4m Diện tích đáy lọc: 4,07 0,4 = 10,2(m2) Đường kính thùng lọc là: D = 4 ⋅ 10,2 ≈ 3,6(m)
Quy chuẩn: D = 3,6m. Lớp vỏ bảo ơn dày 100mm, đường kính ngồi của thùng là: Dng = 3,8m.
Nắp nón: h2 = 0,15D = 0,54m. Diện tích đáy lọc thực tế: S = D 2
4 = ⋅ 3,6 2
4 = 10,2(m 2 ) Khối lượng dịch cịn lại sau đường hố: 17,30 tấn
Khối lượng chất chiết có trong dịch đường sau đun hoa là: 16700
1000 ⋅ 150,3 = 2510(kg )
Quá trình lọc bã và đun hoa tổn thất chất chiết là 2%, khối lượng chất chiết có trong dịch đường trước lọc là: 2510
1 − 0,02 = 2561(kg) Hàm lượng chất chiết trong dịch đường sau đường hoá là:
2561
17300 ⋅ 100% = 14,8%
Khối lượng riêng của dịch đường sau đường hoá là: 1,06 tấn/m3 Thể tích riêng của dịch đường sau đường hố là: 17 ,30
1,06 = 16,32(m3) Chiều cao của lớp dịch lọc trong nồi: hd = Vd
S = 16,32
10,2 = 1,6(m) Thể tích sử dụng của thùng là 70%, chiều cao thân trụ của thùng là: Ht = hd
0,7 = 1,6
0,7 = 2,29(m)
Đáy giả cách đáy thật 2cm, chiều cao thùng phần thân trụ của thùng là: H = Ht + 0,02 = 2,29 + 0,02 = 2,31(m)
Thể tích thực của nồi: V = D 2
4 ⋅ H = .3,6 2
4 ⋅ 2,31 = 23,5(m 3 ) . Hệ thống cào bã quay với tốc độ 16v/ph.
Lưới lọc thiết kế các khe hình nêm kích thước 0,5mm × 70mm, diện tích thốt dịch trên tổng diện tích sàn: 14%. Cửa thốt dịch hình cơn với góc mở rộng. Dao cào bã được chế tạo bằng đồng thau.
* Cửa xả bã được thiết kế có đường kính 30cm được đóng mở bằng động cơ điện. Bã xả ra được vít tải đẩy sang xylo chứa.
6. Nồi nấu hoa
Dịch sau nấu hoa có thể tích: 19,96 m3
Q trình đun hoa thể tích dịch giảm 10% do nước bay hơi, thể tích dịch trước đun hoa: 19,96
1 − 0,1 = 22,18(m 3 )
Thể tích sử dụng của nồi là 70%, thể tích của nồi cần đạt là: 22,18
0,7 = 31,68(m 3 ) * Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm
bằng thép khơng gỉ, có các thơng số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D.
Ta có: 0,554D = 31,68m3 D h2 H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = D 2 4 H + ( D 2 8 h1 + 6 h13 ) = D 2 4 0,6D + D 2 8 0,2D + 6(0,2D)3 = 0,554D 3 3
Suy ra: D = 3,85m. Quy chuẩn: D = 3,8m.
Vỏ áo hơi và bảo ơn dày 100mm, đường kính ngồi của nồi hoa: Dng = 4,0m. H = 2,28m; h1 = 0,76m; h2 = 0,57m.
Chiều cao phần 2 vỏ: H2vỏ = 0,8D = 3,04m. Thể tích thực của nồi: V = 0,554D3 = 30,4m3.
Ngoài vỏ áo hơi thiết bị còn được thiết kế thiết bị gia nhiệt trung tâm kiểu ống chùm để tăng cường q trình đun sơi mãnh liệt dịch đường. Diện tích trao đổi nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi hoa là 22,18m3. Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = 0,5.22,18 ≈ 11,1(m2)
7. Thùng chứa trung gian
Thể tích dịch trước đun hoa là 22,18m3. Thể tích sử dụng của nồi là 90%, thể tích thùng cần đạt là: 22,18
0,9 = 24,64(m3)
* Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép khơng gỉ, có các thơng số như sau: H = 0,6D; h1 = 0,2D; h2 = 0,15D.
Ta có: 0,554D = 24,64m3. Suy ra: D = 3,54m. h2 D H h1 Thể tích nồi: V = Vtrụ + Vđáy = D 2 4 H + ( D 2 8 h1 + 6h13 ) = D 2 4 0,6D + D 2 8 0,2D + 6(0,2D)3 = 0,554D 3 3 Quy chuẩn: D = 3,6m. H = 2,16m; h1 = 0,72m; h2 = 0,54m. Vỏ bảo ơn dày 100mm, đường kính ngồi của thùng: Dng = 3,8m. Thể tích thực của thùng: V = 0,554D3 = 0,554.3,63 = 25,8(m3).
8. Thùng lắng xoáy
Đáy bằng hơi nghiêng 3 - 5˚, thân trụ H = 0,8D, nắp nón h2 = 0,15D.
h2
D H
Thể tích thùng: V = D 2
4 H = 0,628D 3
Thể tích dịch sau đun hoa: 19,96m3
Hệ số đổ đầy của thùng là 75%, thể tích thùng cần đạt là: 19,96
0,75 = 26,61(m3) Ta có: 0,628D3 = 26,61m3. Suy ra: D = 3,49m
Quy chuẩn: D = 3,4m. H = 2,7m; h2 = 0,51m.
Thể tích thực của thùng: V = 0,628D3 = 0,628.3,43 = 24,7(m3).
9. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí
* Chọn thiết bị lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản có năng suất 15m3/h có các thơng số kỹ thuật:
Số cấp: 1
Chất tải nhiệt: nước, nhiệt độ đầu vào của chất tải nhiệt: 2˚C Kích thước máy: dài 2000mm, rộng 700mm, cao 1600mm Số vỉ: 171
* Chọn thiết bị sục khí có bộ phận lọc vơ trùng sử dụng than hoạt tính, thiết bị sục khí vào dịch đường, các phụ kiện kèm theo: ống lưu lượng, van một chiều, van giảm áp...
10. Thùng nước nấu
Chọn thùng chứa nước nóng và nước lạnh có thể tích như nhau, thùng thân trụ H = 1,5D, đáy bằng, nắp chỏm cầu nhơ lên: h2 = 0,1D.
Thể tích thùng là: D 2
4 H = D 2
4 1,5D = 1,178D 3 Một mẻ nấu bia chai lượng nước sử dụng là:
Nước nấu cháo: 41,5 hl Nước đường hoá: 104,9 hl Nước rửa bã: 88,1 hl
Nước vệ sinh khoảng 8% thể tích nồi lớn nhất là nồi hoa: 0,08.30,4 = 2,43 (m3)
Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia chai là: 4,15 + 10,49 + 8,81 + 2,43 = 25,88(m3)
Với bia hơi lượng nước sử dụng là: Nước nấu cháo: 33,9 hl
Nước đường hoá: 85,9 hl Nước rửa bã: 105,4 hl Nước vệ sinh: 2,34 m3
Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia hơi là: 3,39 + 8,59 + 10,54 + 2,43 = 24,95(m3)
Như vậy lượng nước cần sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là 25,88 m3 tính theo bia chai. Ta lấy mỗi thùng chứa lượng nước dùng đủ cho 2 mẻ nấu, tức là chứa được: 2 × 25,88 = 51,76(m3) Thể tích chứa của thùng 85%, thể tích thùng cần đạt: 51, 76 0,85 = 60,89(m3) Ta có: 1,178D3 = 60,89m3 Suy ra: D = 3,73m. Quy chuẩn: D = 3,8m. H = 5,7m; h2 = 0,38m. Thể tích thực của thùng: V = 1,178D3 = 1,178.3,83 = 64,6(m3).
Ở thùng nước nóng, nước được đun nóng tới nhiệt độ 85˚C bằng hơi nước bão hoà cấp qua đường ống xoắn ruột gà.
Lớp vỏ bảo ơn dày 100mm. Đường kính ngồi thùng: Dng = 4,0m.
11. Hệ thống cip nấu
Hệ thống CIP nấu gồm: 1 thùng NaOH 2% nóng, 1 thùng nước clo 10%, 1thùng HNO3 0,1%.
Chọn thùng CIP làm bằng thép không gỉ, thân trụ H = 1,5D, đáy cầu: h1 = 0,1D, nắp cầu h2 = 0,1D. Thể tích mỗi thùng: V= D 2 4 H + ( D 2 h1 8 + h13 6 ) = D 2 4 1,5D + D 2 0,1D 8 + (0,1D) 3 6 = 1,218D3
Lượng CIP rửa thường bằng 5 – 8% thể tích thùng. Ta tính cho thùng nấu hoa là thùng có thể tích lớn nhất 30,4m3, thể tích sử dụng của thùng là 80% thì thể tích các thùng CIP cần đạt: 0,08.30,4/0,8 = 3,04(m3).
Ta có: 1,218D3 = 3,04(m3) Suy ra: D = 1,36(m).
Quy chuẩn: D = 1,4m. H = 2,1m; h1 = 0,14m; h2 = 0,14m.
Thể tích thực của mỗi thùng: V = 1,218D3 = 1,218.1,43 = 3,34(m3)
II. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng lên men
1. Tank lên men
Chọn tank lên men là thiết bị thân trụ đường kính D, đáy cơn góc cơn ở đáy là 60˚, nắp cầu h4 = 0,1D. Phần trụ trống khơng chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,5D, phần đáy cơn có chiều cao h1 = 0,866D h4 h3 D h2 h1
Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = D 2
4 (h2 + h1
3) = D 2
4 (1,5D + 0,866D
3 ) = 1,405D 3
Lấy thể tích phần trống của thiết bị chiếm 15% tổng thể tích có thể chứa của thùng, ta có: Vtr = D 2
4 h3 = 15 85 Vhi Suy ra: h3 = 0,316D
Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,653D3
Ứng với một mẻ nấu thể tích dịch đưa đi lên men là: 18,68m3
Ta sử dụng thùng lên men có thể chứa được lượng dịch ứng với 6 mẻ nấu, tức là có thể tích hữu ích đạt: 6.18,68 = 112,08(m3)
Ta có: 1,405D3 = 112,08(m3) Suy ra: D = 4,30(m)
Quy chuẩn: D = 4,4m; h1 = 3,81m; h2 = 6,6m; h3 = 1,39m; h4 = 0,44m Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,653D3 = 1,653.4,43 = 140,8(m3)
Tank lên men có lớp áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đường kính ngồi của tank là: Dng = 4,6m
Một ngày nấu lượng dịch đường được chứa vào 1 tank lên men, chu kì lên men kéo dài 21 ngày đối với sản phẩm bia chai. Bên cạnh đó cịn cần thời gian khoảng 1 ngày để lọc dịch đường, vệ sinh tank… Do đó số tank cùng sử dụng là 22 tank, cộng với 2 tank dự trữ thì số tank lên men cần là 24 tank.