Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

ĐATN TK hệ thống lạnh trong nhà máy bia năng suất 50tr lít năm.

3,227 views

Published on

Mọi Thông tin liên lạc: Nguyễn Thế Trung SĐT: 01647 517 859
Gmail : nguyenthetrung1708.bka@gmail.com

Published in: Art & Photos
  • Login to see the comments

ĐATN TK hệ thống lạnh trong nhà máy bia năng suất 50tr lít năm.

  1. 1. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 1 Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................4 CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA...........5 I.1. Tình hình sản xuất bia trên thế giới. ....................................................................5 I.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam.....................................................5 I.3 Định hƣớng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam.....................................6 CHƢƠNG II : CHỌN PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ...............................................................................................7 II.1.5. Nguyên liệu phụ trợ khác ..............................................................................9 II.2 : Thuyết minh dây chuyền công nghệ. ...............................................................10 II.2.1. Nghiền nguyên liệu......................................................................................11 II.2.2. Quá trình hồ hoá và đường hoá..................................................................11 II.2.3. Lọc dịch đường............................................................................................12 CHƢƠNG III : LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM ......................................................................................................................................18 III.2.1. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia chai..........................................19 III.2.2. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia hơi. ..........................................21 CHƢƠNG IV : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG LẠNH.............................25 IV.1. Thiết bị làm lạnh nhanh. .................................................................................25 IV.1.1 Xác định các thông số cơ bản. ....................................................................26 IV.1.2 Tính toán bố cục và hiệu chỉnh lại giá trị bề mặt trao đổi nhiệt. ...............29 IV.2. Tank lên men....................................................................................................31 IV.3. Thiết bị nhân men. ...........................................................................................33 IV.3.1. Thiết bị nhân men giống cấp II..................................................................33 IV.3.2. Thiết bị nhân men giống cấp I. ..................................................................34 IV.3.3. Thiết bị rửa men sữa kết lắng. ...................................................................34 IV.4. Thiết bị chứa nƣớc 20 C. ...................................................................................35 IV.5. Tank thành phẩm .............................................................................................36 CHƢƠNG V : TÍNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA NHÀ MÁY BIA NĂNG SUẤT 50 TRIỆU LÍT/NĂM.........................................................................................................38 V.1 Tính nhiệt lƣợng QI. ...........................................................................................38
  2. 2. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 2 V.2 Tính nhiệt lƣợng QII. ..........................................................................................39 V.2.1 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính. .................39 V.2.2 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn hạ nhiệt độ dịch...............43 V.2.3 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men phụ. ....................44 V.3 Tính nhiệt lƣợng QIII .........................................................................................45 V.4 Tính nhiệt lƣợng QIV ..........................................................................................49 V.5 Tính nhiệt lƣợng QV ...........................................................................................50 V.5.1 Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng nước 20 C.......................................50 V.5.2 Tổn thất lạnh qua bình bay hơi tách lỏng. ..................................................51 V.5.3 Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng glycol.........................................51 CHƢƠNG VI : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH ..................................55 VI.1 Thiết kế chu trình lạnh và chọn máy nén..........................................................55 VI.2 Thiết kế thiết bị ngƣng tụ..................................................................................58 VI.2.1 : Thông số khí hậu tại nơi đặt máy. ............................................................58 VI.2.2 : Nhiệt độ nước tuần hoàn trong tháp.........................................................58 VI.2.3 : Nhiệt độ ngưng tụ. ....................................................................................58 VI.2.4 : Bề mặt trao đổi nhiệt. ...............................................................................59 VI.2.5 : Giới hạn làm lạnh.....................................................................................59 VI.2.6 : Lưu lượng không khí qua thiết bị ngưng tụ. .............................................59 VI.2.7 : Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị. ....................................................59 VI.2.8 : Hệ số tỏa nhiệt phía ngoài........................................................................60 VI.2.9 : Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. .................................................60 VI.2.10 : Lượng nước phun....................................................................................64 VI.2.11 : Lượng nước bay hơi và bị cuốn theo gió................................................64 VI.2.12 : Các kích thước cơ bản của tháp ngưng..................................................65 VI.3 : Thiết kế thiết bị bay hơi..................................................................................66 VI.3.1 : Để tính toán bình bay hởi ống vỏ nằm ngang NH3 làm lạnh etylen glycol cho công nghệ sản xuất bia ta chọn : ....................................................................66 VI.3.2 : Hiệu nhiệt độ trung bình logarit : ............................................................66 VI.3.3 : Thông số vật lý của etylen glycol 35% ở nhiệt độ trung bình :................66 VI.3.4 : Xác định kích thước cơ bản bề mặt truyền nhiệt bình bay hơi.................67
  3. 3. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 3 VI.3.5 : Xác định số ống trong một lối. .................................................................67 VI.3.6 : Xác định chuẩn số reynolds......................................................................67 VI.3.7 : Xác định tiêu chuẩn Nusselt. ....................................................................67 VI.3.8 : Xác định hế số tỏa nhiệt về phía dung dịch glycol tính theo bề mặt trong của ống......................................................................................................................68 VI.3.9 : Xác định mật độ dòng nhiệt về phía chất tải lạnh là dung dịch etylen glycol theo diện tích bề mặt trong của ống............................................................68 VI.3.10 : Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất NH3 sôi tính theo diện tích bề mặt trong của ống.........................................................................................................69 VI.3.11 : Xác định mật độ dòng nhiệt bằng phương pháp đồ thị từ hệ phương trình........................................................................................................................69 VI.3.12 : Xác đinh diện tích truyền nhiệt tính theo bề mặt trong ống trao đổi nhiệt. ................................................................................................................................70 VI.3.13 : Xác định tổng chiều dài ống truyền nhiệt...............................................71 VI.3.14 : Bố trí ống trong bình bay hơi. ................................................................71 VI.3.15 : Đường kính trong của bình bay hơi........................................................71 VI.3.16 : Chiều dài ống trao đổi nhiệt...................................................................72 VI.3.17 : Xác đinh thể tích không gian giữa các ống. ...........................................72 VI.3.18 : Kết cấu sơ bộ của bình bay hơi. .............................................................72 VI.4 : Tính chọn thiết bị phụ.....................................................................................73 VI.4.1 : Bình chứa cao áp......................................................................................73 VI.4.2 : Bình tách dầu............................................................................................74 VI.4.3 : Bình chứa dầu...........................................................................................74 VI.5 Quy trình vận hành hệ thống lạnh.....................................................................75 VI.5.1 Khởi động....................................................................................................75 VI.5.2 Ngừng máy. .................................................................................................76 VI.5.3 Kỹ thuật vận hành thiết bị. .............................................................................77 VI.5.4 Thiết bị ngưng tụ.........................................................................................78 VI.5.5 Thiết bị bay hơi. ..........................................................................................78 VI.5.6 Bình chứa cao áp. .......................................................................................78 KẾT LUẬN .................................................................................................................79 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ..............................................................................80
  4. 4. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 4 LỜI NÓI ĐẦU Bia là một loại đồ uống giải khát hiện rất đƣợc ƣa chuộng ở nƣớc ta cũng nhƣ trên thế giới. Bia có màu sắc, hƣơng vị đặc trƣng, dễ dàng phân biệt với các loại đồ ống khác. Đƣợc sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hublon… bia đem lại giá trị dinh dƣỡng cao, một lít bia cung cấp 400 – 450 kcal, bia có khả năng kích thích tiêu hóa, giúp cơ thể khỏe mạnh khi dùng với liều lƣợng thích hợp và đặc biệt còn có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của ngƣời uống nhờ đặc tính của CO2. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, bia ra đời từ khoảng 7000 năm trƣớc công nguyên, bắt nguồn từ các bộ lạc cƣ trú trên bờ sông Lƣỡng Hà, sau đó đƣợc truyền sang các châu lục khác thông qua quá trình trao đổi, buôn bán giữa các bộ lạc. Trong quá trình tìm kiếm nguyên liệu phụ để tăng chất lƣợng cho bia, ngƣời ta nhận thấy hoa hublon mang lại cho bia hƣơng vị đặc biệt và nhiều đặc tính quý giá. Hiện nay, hoa hublon vẫn là nguyên liệu không thể thay thế trong sản xuất bia. Đến thế kỷ XIX Louis Pasteur xuất bản cuốn sách về bia đã tạo ra ngành công nghiệp sản xuất bia dƣới ánh sáng khoa học, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác quy trình công nghệ sản xuất bia đang ngày càng trở nên hoàn thiện. Chính vì vậy, bia đã trở thành loại đồ uống đƣợc ƣa chuộng nhất hiện nay, đƣợc sản xuất và tiêu thụ ngày càng nhiều trên phạm vi toàn thế giới. Ở Việt Nam, bia xuất hiện khoảng 100 năm trƣớc, ngành công nghiệp sản xuất bia ở nƣớc ta ngày càng phát triển. Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng bia ở nƣớc ta ngày càng tăng. Rất nhiều nhà máy cũng nhƣ cơ sở sản xuất bia đƣợc thành lập trên khắp cả nƣớc nhƣng vẫn chƣa đáp ứng hết nhu cầu thị trƣờng cả trong và ngoài nƣớc về chất lƣợng cũng nhƣ số lƣợng. Hơn nữa bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả năng thu hồi vốn nhanh, và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triển công nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng các thiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho ngƣời tiêu dùng các loại bia có chất lƣợng cao, giá thành phù hợp là vô cùng cần thiết. Trong bản đồ án này em trình bày : “ Thiết kế các hệ thống thiết bị lạnh trong nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/ năm”. Đây là một nhà máy với năng suất trung bình, nếu đƣợc trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năng thích ứng linh hoạt với qui mô sản xuất trung bình, tạo hiệu quả cao trong kinh doanh.
  5. 5. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 5 CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA. I.1. Tình hình sản xuất bia trên thế giới. Trong các loại đồ uống giải khát hiện nay bia rất đƣợc ƣa chuộng, đƣợc phổ biến rộng rãi trên thế giới và sản lƣợng tiêu thụ lớn và ngày càng tăng. Ở các nƣớc phát triển nhƣ Đức, Đan Mạch, Ba Lan, Mỹ... ngành công nghiệp sản xuất bia rất phát triển, sản lƣợng bia của Đức, Mỹ đã đạt 10 tỷ lít/năm. Công nghệ sản xuất bia cũng nhƣ sản phẩm bia của các nƣớc này đã thâm nhập vào thâm nhập vào thị trƣờng của rất nhiều nƣớc trên thế giới trong đó có cả Việt Nam. Mức tiêu thụ bia bình quân ở các nƣớc này khá cao khoảng 100 lít/ngƣời/năm. Châu Á là khu vực cơ ngành công nghiệp bia phát triển muộn hơn Châu Âu. Nhƣng khu vực này có dân số đông và là thị trƣờng còn trẻ nên mức tiêu thụ bia đang ngày càng tăng. Sản xuất và tiêu thụ hàng năm của một số nƣớc trong khu vực trƣớc kia thấp, nhƣng đến nay đã tăng trƣởng khá nhanh, bình quân 6,5 %/ năm, ví dụ : Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/ năm, tiếp đến là philippin 22,2 %/ năm, malaysia 21,7 %/năm, Indonesia 17,7 %/ năm, Trung Quốc có mức tăng trƣởng trên 20%/ năm. Theo thống kê, hiên nay trên thế giới có khoảng trên 25 nƣớc sản xuất bia với khoảng 100 tỷ lít/ năm. Trong đó có một số nƣớc có sản lƣợng cao, chiếm khoảng 10% tổng sản lƣợng của thế giới nhƣ : Mỹ, CHLB Đức mỗi nƣớc sản xuất trên dƣới 10 tỷ lít/ năm và Trung Quốc khoảng 7 tỷ lít/ năm. I.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam. Ở Việt Nam bia mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỉ 20, nhƣng là một nƣớc nằm trong vùng nhiệt đới cận xích đạo đã tạo điều kiện thuận lợi để ngành công nghiệp bia tồn tại và ngày càng phát triển. Từ ban đầu chỉ có các nhà máy bia nhỏ là nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia Sài Gòn, hiện nay các nhà máy bia đã xuất hiện ở hầu khắp các tỉnh trong cả nƣớc, sản lƣợng của các nhà máy cũng ngày càng tăng. Hiện nay năng suất của nhà máy bia Hà Nội đã đạt trên 100 triệu lít/năm và đang tiếp tục tăng năng suất tới 200 triệu lít/năm vào năm 2016, năng suất của nhà máy bia Sài Gòn đã đạt trên 350 triệu lít/năm và dự kiến sẽ là 780 triệu lít/năm vào năm 2016. Bên cạnh đó rất nhiều thƣơng hiệu bia ngoại đã xuất hiện ở nƣớc ta nhƣ Tiger, Heineken... Mức tiêu thụ bia bình quân ở Việt Nam hiện còn thấp khoảng 15 lít/ngƣời/năm và sẽ hứa hẹn nhiều tiềm năng để ngành sản xuất bia phát triển. Về trình độ công nghệ, thiết bị : những nhà máy có công suất trên 100 triệu lít/ năm đều có thiết bị hiện đại, tiên tiến, đƣợc nhập từ các nƣớc có nền công nghiệp phát triển. Các nhà máy có công suất trên 20 triệu lít/ năm hiện đang đƣợc đầu tƣ chiều sâu đổi mới thiết bị, tiếp thu công nghệ tiên tiến vào sản xuất. Điều đáng mừng là hiện nay
  6. 6. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 6 chúng ta đã xây đựng, lắp đặt hoàn chỉnh một nhà máy bia coong suất lên tới 50 triệu lít/ năm, sản xuất bia có chất lƣợng cao hoàn toàn bằng nội lực Việt Nam. I.3 Định hƣớng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam. Do mức sông của ngƣời dân ngày càng tăng, vì thế ngƣời dân ngày càng chú ý đến việc ăn uống hơn. Bia là một lựa chọn hàng đầu đƣợc đa số ngƣời tiêu dùng tìm đến đối với một mặt hàng đồ uống. Nó mang lại giá trị dinh dƣỡng cao cũng nhƣ cảm giác giải khát khi uống, do đó mức tiêu thụ bia ngày càng tăng. Trong hoạt động công nghiệp, ngành bia - rƣợu - nƣớc giải khát đƣợc đánh giá là có hiệu quả kinh tế cao so với các ngành khác. Từ năm 2001-2015, lợi nhuận ngành này đã tăng gấp 4 lần với tốc độ tăng trung bình đạt 32,12%/năm. Trong đó, tính theo chuyên ngành thì sản xuất bia có lợi nhuận cao nhất. Vào những thời điểm kinh tế khó khăn, doanh số bán hàng của các hãng bia danh tiếng tại các thị trƣờng trên thế giới đều giảm, riêng tại thị trƣờng Việt Nam thì vẫn tăng. Điều này cho thấy nhu cầu tiêu dùng bia của Việt Nam rất khủng khiếp. Rất nhiều ƣu đãi đƣợc nhà nƣớc mở ra đối với ngành hàng sản xuất bia. Với những lý do trên là điều kiện hứa hẹn một ngành công nghiệp sản xuất bia sẽ phát triển mạnh mẽ không chỉ trong những năm sắp tới mà còn trong tƣơng lai xa tại đất nƣớc Việt Nam nói riêng và Thế Giới nói chung.
  7. 7. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 7 CHƢƠNG II : CHỌN PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ. II.1. Chọn nguyên liệu Nguyên liệu chính đầu tiên dùng cho sản xuất bia trong nhà máy là malt đại mạch, và nguyên liệu dùng để thay thế cho malt là gạo với tỷ lệ 20% nhằm giảm giá thành sản phẩm, hoa houblon tạo hƣơng vị đặc trƣng cho bia, và nƣớc cũng là một thành phần không thể thiếu để sản xuất bia. II.1.1. Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính số một dùng để sản xuất bia. Khoảng 1/3 đại mạch trên thế giới đƣợc trồng để sản xuất bia. Đại mạch thuộc họ Hordeum Sativum, có một số ít thuộc họ H.Muvirum, H.Jubatum. Đại mạch thƣờng đƣợc gieo trồng vào mùa đông hay mùa xuân, đƣợc trồng nhiều ở Nga, Mỹ, Canada, Pháp, Nga… Đại mạch có giống 2 hàng và đại mạch đa hàng, trong đại mạch đa hàng lại gồm có đại mạch 4 hàng và đại mạch 6 hàng. Tuy nhiên chỉ có đại mạch hai hàng đƣợc dùng trong sản xuất bia. Còn đại mạch đa hàng chỉ dùng trong chăn nuôi và các mục đích khác. Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ƣơm mầm sẽ trở thành hạt malt tƣơi; hạt malt tƣơi lại tiếp tục qua quá trình sấy, tách rễ và đánh bóng sẽ trở thành hạt malt khô tiêu chuẩn có thể bảo quản dài ngày trong điều kiện khô, mát và đƣợc sử dụng để sản xuất bia. Trong quá trình xử lí hạt đại mạch để trở thành hạt malt hoàn thiện hệ enzyme trong hạt đã đƣợc hoạt hóa và tăng cƣờng hoạt lực, đặc biệt là hệ enzyme thủy phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo ra chất chiết của dịch đƣờng. Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nƣớc ta thƣờng sử dụng loại malt có nguồn gốc từ đại mạch hai hàng, chủ yếu đƣợc nhập từ Úc hoặc một số nƣớc châu Âu nhƣ: Đức, Đan Mạch... Malt dùng trong sản xuất bia cần đảm bảo một số yêu cầu: Chỉ tiêu cảm quan: - Màu sắc: hạt malt vàng có màu vàng rơm, sáng óng ánh, màu chuẩn là 0,3 Mùi vị: mùi vị đặc trƣng cho malt vàng là vị ngọt nhẹ hay ngọt dịu, có hƣơng thơm đặc trƣng, không đƣợc có mùi vị lạ. - Độ sạch của malt cho phép là 0,5% hạt gãy vỡ, 1% các tạp chất khác. Chỉ số cơ lý: - Trọng lƣợng khô tuyệt đối: 28 – 38g/1000hạt - Dung trọng: 530 – 560g/l - Độ ẩm: 5 – 8% - Độ hoà tan: 70 – 80% - Thời gian đƣờng hoá: 10 – 20phút ở 70˚C - Đƣờng maltose chiếm từ 65 – 70% tổng chất hoà tan, tỷ lệ: đƣờng maltose/đƣờng phi maltose = 1/0,4 – 1/0,51
  8. 8. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 8 TT Thành phần hoá học của malt % chất khô 1 Tinh bột 58 – 65 2 Đƣờng khử 4 3 Saccarose 5 4 Pentose 1 5 Nitơ formol 0,7 – 1 6 Chất khoáng 2,5 7 Pentozan không hoà tan và Hexozan 9 8 Cellulose 6 9 Các chất chứa nitơ 10 10 Các chất chứa nitơ không đông tụ 2,5 11 Chất béo 2,5 II.1.2. Gạo Gạo là nguyên liệu dạng hạt đƣợc dùng để thay thế một phần malt nhằm mục đích giảm giá thành sản phẩm. II.1.3. Hoa houblon Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản có tầm quan trọng thứ hai sau malt trong sản xuất bia, hiện chƣa có nguyên liệu nào có thể thay thế đƣợc. Hoa houblon góp phần quan trọng tạo ra mùi vị đặc trƣng của bia và tăng độ bền sinh học của bia. Các hợp chất có giá trị trong hoa phải kể đến chất đắng, polyphenol và tinh dầu thơm ngoài ra còn một số hợp phần khác nhƣng không mang nhiều ý nghĩa trong công nghệ sản xuất bia. Hoa houblon thƣờng đƣợc sử dụng dƣới 3 dạng: hoa cánh, hoa viên và cao hoa. - Hoa cánh: hoa houblon tƣơi, nguyên cánh đƣợc sấy khô đến hàm ẩm ≈11%, sau đó đƣợc phân loại rồi xông hơi (SO2) để hạn chế sự oxy hóa và sự phát triển của vi sinh vật. - Hoa viên: hoa houblon sau khi xử lý sơ bộ, đƣợc nghiền và ép thành các viên nhỏ, xếp vào các túi polyetylen hàn kín miệng để tiện cho việc bảo quản cũng nhƣ vận chuyển. - Cao hoa: trích ly các tinh chất trong hoa bằng các dung môi hữu cơ (toluen, benzen... ), sau đó cô đặc để thu lấy chế phẩm ở dạng cao. 1 kg hoa viên = 1,3 – 1,5 kg hoa cánh 1 kg cao hoa = 7 – 10 kg hoa cánh Các chỉ tiêu kĩ thuật của hoa: - Hoa cánh có màu vàng hơi xanh, hoa viên có màu xanh, cao hoa có màu đen hoặc vàng. Hoa cánh sử dụng là hoa cái chƣa thụ phấn, nghiền còn dính. - Hoa có mùi thơm đặc trƣng, không lẫn các tạp chất.
  9. 9. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 9 STT Thành phần % chất khô 1 Độ ẩm 11 – 13 2 Chất đắng 15 – 21 3 Polyphenol 2,5 – 6 4 Tinh dầu thơm 0,3 – 1 5 Cellulose 12 – 14 6 Chất khoáng 5 – 8 7 Protein 15 – 21 8 Các hợp chất khác 26 – 28 II.1.4. Nước Trong quá trình sản xuất bia, nƣớc đƣợc sử dụng rộng rãi trong mọi khâu, từ các công đoạn chính nhƣ nấu, lọc ... đến các khâu vệ sinh. Trong thành phần bia, nƣớc cũng chiếm một lƣợng lớn (80 – 90%), gƣóp phần hình thành nên hƣơng vị của bia. Bởi vậy, nƣớc dùng trong sản xuất bia phải có chất lƣợng tốt, đáp ứng đƣợc các chỉ tiêu quan trọng: - Nƣớc uống phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm. - Nƣớc trong suốt, không màu, không mùi, không vị, không có tạp chất cơ học. - Độ cứng <10˚H. - Hàm lƣợng các ion: Ca2+: < 250mg/lít; Mg2+: < 100mg/lít; Na+: 15 – 20 mg/lít; Fe2+: 0,2 – 0,5mg/lít; SO42-: < 250 mg/lít; muối cacbonat < 50mg/l; muối clorua < 50mg/l; muối phospho < 5000mg/l; không có đồng, kẽm; amoniac và muối nitrit < 0,1mg/l. - pH ≈ 6,5 – 7,0. - Chỉ số coli < 3. II.1.5. Nguyên liệu phụ trợ khác Nguyên liệu phụ trợ dùng trong sản xuất bia chủ yếu là: acid , bột trợ lọc, chất tẩy rửa, chất sát trùng, ...
  10. 10. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 10 II.2 : Thuyết minh dây chuyền công nghệ. Hình 1 : Sơ đồ dây chuyền công nghệ
  11. 11. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 11 II.2.1. Nghiền nguyên liệu II2.1a. Nghiền malt Mục đích: Phá vỡ màng tinh bột để quá trình đƣờng hoá đƣợc tốt hơn. Yêu cầu của quá trình nghiền malt là vỏ còn nguyên vẹn và tách ra khỏi nội nhũ, lƣợng tấm thô nhỏ. Độ mịn và bản chất bột nghiền phụ thuộc vào máy lọc, nguyên liệu thay thế và chất lƣợng malt. Trong dây chuyền sản xuất này, chọn thiết bị lọc là thùng lọc đáy bằng, nghiền theo phƣơng pháp nghiền ƣớt, sử dụng máy nghiền có 2 cặp rulô. Malt đƣợc đổ vào phễu hứng ở chân gầu tải thứ nhất, đƣợc gầu tải này đƣa lên thiết bị cân malt, sau đó đổ xuống phễu hứng của gầu tải thứ hai và đƣợc đƣa lên đổ vào thùng chứa. Từ đây malt đƣợc chuyển dần xuống máy nghiền đồng thời đƣợc phun nƣớc 65˚C, nghiền xong lại bổ sung thêm nƣớc để hỗn dịch đạt nhiệt độ 45˚C và đạt tỉ lệ: bột malt/nƣớc = 1/4, dịch sữa malt này đƣợc bơm chuyển vào các nồi nấu. II.2.1b. Nghiền gạo Đặc điểm chung của các loại nguyên liệu chƣa đƣợc ƣơm mầm nhƣ gạo là chƣa trải qua quá trình đồ hoá, chƣa chịu tác động bởi hệ enzym sitase. Cấu trúc thành tế bào và các hạt tinh bột của chúng còn rất chắc, khó bị thuỷ phân. Do đó yêu cần nghiền thật nhỏ và hồ hoá ở nhiệt độ cao để thu đƣợc nhiều chất chiết. Gạo đƣợc đổ vào phễu hứng và đƣợc gầu tải đƣa lên đổ xuống máy nghiền búa, bột gạo sau nghiền đƣợc quạt gió đƣa vào phễu hứng của gầu tải tiếp theo và đƣợc đƣa lên cao, đƣợc vít tải đƣa qua thiết bị phối trộn với nƣớc ấm rồi đổ vào nồi hồ hoá. Bột gạo trong quá trình đƣợc quạt gió thổi và gầu tải vận chuyển sinh ra nhiều bụi nên ở những vị trí này có bố trí đƣờng ống thông với túi lọc và xyclon tách bụi. II.2.2. Quá trình hồ hoá và đường hoá II.2.2a. Hồ hoá Mục đích: Do sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ 20% nên cần tiến hành hồ hoá và dịch hoá gạo trong thiết bị riêng trƣớc khi đƣờng hoá chung với malt. Vì gạo chƣa trải qua quá trình đồ sinh học nên thành tế bào chƣa bị phá vỡ rất khó cho việc giải phóng tinh bột để đƣờng hoá. Do đó ta sử dụng lƣợng malt lót với tỉ lệ 20% so với lƣợng gạo thay thế nhằm mục đích giảm độ nhớt của dịch cháo giúp cho quá trình nấu dễ dàng hơn, tăng hiệu suất chất chiết và cũng thuận lợi hơn cho quá trình đƣờng hoá sau này. Tiến hành nấu gạo: Trƣớc khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nƣớc nóng. Bột gạo đƣợc phối trộn với nƣớc ấm để đạt nhiệt độ dịch khoảng 45˚C trƣớc khi bơm vào nồi với tỉ lệ: bột/nƣớc = 1/5. Bật cánh khuấy, bổ sung axít lactics để hạ pH của hỗn dịch xuống khoảng 5,4 – 5,6. Cho malt lót vào nồi với lƣợng bằng 20% gạo và bổ sung thêm nƣớc để tỉ lệ: bột/nƣớc = 1/5. Nhiệt độ của khối dịch giảm xuống khoảng 42 -43˚C. Bột đƣợc trộn đều và giữ ở nhiệt độ 42 –45˚C trong khoảng 15 phút để tinh bột hút nƣớc
  12. 12. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 12 trƣơng nở, đồng thời hệ enzyme trong malt đặc biệt là peptidase thực hiện quá trình đạm hoá. Cấp hơi để nâng từ từ nhiệt độ của khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 10 phút. Tiếp tục nâng nhiệt của khối dịch lên 83˚C và giữ trong 30 phút để thực hiện quá trình hồ hoá tinh bột gạo. Cuối cùng cấp hơi đun sôi khối dịch trong khoảng 30 phút trƣớc khi bơm sang nồi malt. Thời gian nấu một mẻ khoảng 150 phút. II.2.2b. Đường hoá. Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp thông qua điều chỉnh nhiệt độ, pH môi trƣờng để hệ enzyme của malt hoạt động, đặc biệt là hệ enzyme thuỷ phân phân cắt các hợp chất cao phân tử trong dịch cháo thành các hợp chất thấp phân tử dễ hoà tan tạo thành chất chiết của dịch đƣờng. Yêu cầu của quá trình đƣờng hoá là dịch đƣờng thu đƣợc chứa hàm lƣợng chất chiết tối đa và tỉ lệ giữa các thành phần là 80% đƣờng có khả năng lên men. Trong quá trình đƣờng hoá, tinh bột đƣợc thuỷ phân thành các đƣờng đơn giản và dextrin bậc thấp dễ tan; protein đƣợc thuỷ phân thành các hợp chất chứa nitơ chủ yếu là có khối lƣợng phân tử trung bình: peptide, polypeptide, albumose; các hợp chất chứa phospho nhƣ Fitin bị thuỷ phân giải phóng axit phosphoric làm tăng độ chua và lực đệm của dịch đƣờng. Ngoài các quá trình thuỷ phân bởi enzyme, trong quá trình đƣờng hóa còn có thể xảy ra các phản ứng phi enzyme nhƣ phản ứng caramel hoá, phản ứng melanoid, sự biến tính protein kém bền nhiệt, hoà tan các chất trong vỏ malt vào dịch đƣờng... Tiến hành đường hoá: Trong khi nồi cháo nấu thì vệ sinh nồi malt, khi cháo sôi đƣợc khoảng 15 phút thì bơm dịch sữa malt vào nồi đƣờng hoá. Bật cánh khuấy để đảo trộn đều dịch sữa malt. Bổ sung NaCl với nồng độ 200mg/l để tạo cho bia vị đậm đà dễ chịu, bổ sung axit lactics hạ pH của hỗn dịch xuống 5,4 – 5,5 thuận lợi cho hoạt động của hệ enzyme thuỷ phân và cũng có tác dụng khử độ cứng của nƣớc còn lại. Bơm dịch cháo sang nồi malt hoà trộn với dịch bột malt, khi đó nhiệt độ của hỗn dịch sẽ vào khoảng 54-55˚C, thời gian bơm cháo khoảng 5 phút. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 63˚C và giữ trong khoảng 40 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 30 phút. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 76˚C và giữ trong khoảng 20 phút, rồi bơm sang thùng lọc. Thời gian đƣờng hoá một mẻ khoảng 130 phút. II.2.3. Lọc dịch đường Mục đích: Tách dịch đƣờng ra khỏi bã với hiệu suất thu hồi lớn nhất, đồng thời hạn chế tối đa sự oxy hoá dịch đƣờng. Lọc dịch đƣờng có 2 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất là lọc để tách dịch đƣờng ra khỏi bã, giai đoạn 2 là rửa bã để rút nốt phần chất hoà tan còn sót lại trong bã. Tiến hành lọc: Trƣớc khi tiến hành lọc, thùng lọc cần đƣợc vệ sinh kỹ bằng nƣớc, các mảnh các mảnh của đáy giả phải đƣợc ghép thật khít và chặt với nhau. Lỗ tháo bã và các van xả
  13. 13. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 13 dịch phải đóng chặt. Bơm nƣớc nóng vào các ống dẫn dịch để đuổi không khí đồng thời bơm tới đầy khoảng không giữa hai đáy của thùng lọc. Dịch đƣờng từ nồi đƣờng hoá sau khi đƣợc trộn đều, đƣợc bơm một lần sang thùng lọc, đồng thời hệ thống cào bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả. Sau khi hết dịch đƣờng hệ thống cánh đảo bã đƣợc nâng lên cao. Dịch đƣờng đƣợc để yên 20 phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc. Có thể chia lớp bã thành 3 lớp: lớp dƣới cùng gồm các phần tử nặng nhất và lớn nhất, dày khoảng 1cm; lớp giữa gồm vỏ và các phần tử nặng khác; lớp trên cùng là các phần tử mịn và nhẹ, xám, dày khoảng 1cm. Sau đó mở van thu dịch đƣờng, ban đầu dịch đƣờng còn đục nên ta cho hồi lƣu trở lại thùng lọc trong khoảng 15 phút đầu. Khi dịch đƣờng bắt đầu trong thì khoá van hồi lƣu, dịch đƣờng đƣợc đƣa ngay sang nồi nấu hoa. Nếu nồi hoa chƣa sẵn sàng thì dịch đƣờng đƣợc đƣa sang nồi trung gian có vỏ bảo ôn chứa tạm. Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do màng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã tạo lại lớp màng lọc. Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc. Thời gian ép dịch lọc khoảng 90 phút. Sau đó tiến hành rửa bã. Tiến hành rửa bã gián đoạn làm 3 lần, nƣớc rửa bã có nhiệt độ 78˚C. Sau khi thu hết dịch đƣờng, khoá van xả dịch, cấp 1/3 lƣợng nƣớc rửa bã, cho cánh khuấy quay để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lƣu trong bã vào dịch. Để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng đƣợc bơm sang nồi hoa với dịch lọc trƣớc đó. Kết thúc quá trình rửa bã hàm lƣợng đƣờng trong bã còn 0,5 – 1˚Bx. Thời gian rửa bã khoảng 60 phút. Tổng thời gian lọc khoảng 160 phút. II.2.4. Nấu hoa Mục đích: Quá trình nấu hoa có mục đích chính: diệt enzyme của malt, diệt vi sinh vật; kết lắng các phần tử khó tan phân tán trong dịch đƣờng; trích ly các chất đắng và tinh dầu thơm trong hoa houblon để đem lại hƣơng vị đặc trƣng cho bia thành phẩm. Trong quá trình đun hoa xảy ra một số biến đổi: sự đồng phân hoá các α-axit đắng thành izo α-axit đắng có độ hoà tan cao hơn và lực đắng mạnh hơn, vị đắng dịu hơn; trích ly tinh dầu thơm của hoa tạo hƣơng thơm đặc trƣng cho bia vàng; tạo phức tanin-protein cao phân tử tạo màng kéo theo nhiều phần tử khác kết lắng theo làm trong dịch đƣờng, tạo độ ổn định keo cho dịch; vô hoạt các protein enzyme của malt và diệt vi sinh vật tạp làm tăng tính ổn định sinh học của dịch đƣờng đảm bảo quá trình lên men sau này dịch đƣờng chỉ chuyển hoá bởi hệ enzyme của nấm men. Ngoài ra trong quá trình nấu hoa do nhiệt độ cao xảy ra các phản ứng melanoid, phản ứng caramel hoá làm thay đổi tính chất cảm quan của dịch đƣờng đặc biệt là độ màu của dịch đƣờng. Đun hoa còn có tác dụng làm bay hơi một số chất không mong muốn nhƣ dimethyl sulfua và các dẫn xuất; cô đặc dịch đƣờng nhờ quá trình bay hơinƣớc; pH dịch đƣờng cũng giảm từ 0,2 – 0,3.
  14. 14. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 14 Tiến hành đun hoa: Thiết bị đun hoa đƣợc vệ sinh sạch sẽ trƣớc mỗi mẻ nấu. Ngay từ khi dịch lọc đƣa sang nồi hoa thì mở van cấp hơi nhƣng ở mức vừa phải để duy trì nhiệt độ dịch lọc trên 75˚C. Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tới khi toàn bộ dịch lọc và nƣớc rửa bã đƣợc bơm sang nồi hoa thì dịch đƣờng trong nồi cũng vừa sôi. Khi dịch sôi đƣợc khoảng 15 phút thì cho toàn bộ lƣợng hoa cao vào nồi. Sau khi dịch sôi đƣợc khoảng 60 phút thì cho 1/2 lƣợng hoa viên vào nồi. Trƣớc khi kết thúc đun hoa 15 phút thì bổ sung nốt 1/2 lƣợng hoa viên vào nồi. Tỷ lệ: cao hoa/hoa viên = 1/4. Thời gian đun hoa khoảng 90 phút. II.2.5. Lắng xoáy Mục đích: Quá trình lắng trong cũng đồng thời làm lạnh sơ bộ dịch đƣờng nhằm mục đích tách bỏ các phần tử rắn hay cặn, bã hoa ra khỏi dịch đƣờng, tránh bia không bị đục. Đặc biệt là cặn nóng đƣợc tạo thành từ nhiệt độ trên 60˚C và cần đƣợc tách bỏ hoàn toàn vì chúng ảnh hƣởng xấu tới quá trình lên men, làm bia kém chất lƣợng, sinh ra một số axít có hại cho độ bền của bia. Tiến hành lắng xoáy: Dịch đƣờng ra khỏi nồi hoa đƣợc bơm vào thùng lắng xoáy theo phƣơng tiếp tuyến với vận tốc 12 – 14m/s, dƣới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực các cặn lắng và bã hoa tách ra tập trung ở giữa thùng và lắng xuống đáy. Dịch ra khỏi thùng có nhiệt độ khoảng 90˚C đƣợc bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh. Cặn tập trung ở đáy thùng khi bơm hết dịch đƣợc xối nƣớc xả bã ra ngoài. Thời gian lắng xoáy khoảng 30 phút. II.2.6. Lạnh nhanh Mục đích: Quá trình làm lạnh nhanh nhằm mục đích hạ nhiệt độ của dịch đƣờng tới nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men đồng thời hạn chế tối đa sự nhiễm tạp vi sinh vật, ảnh hƣởng tới lên men và chất lƣợng bia thành phẩm. Tiến hành làm lạnh nhanh: Sau khi ra khỏi thùng lắng xoáy, dịch đƣờng có nhiệt độ 90˚C, đƣợc dẫn vào máy lạnh nhanh kiểu tấm bản. Máy đƣợc cấu tạo từ những tấm bản gấp sóng chế tạo từ thép hay hợp kim Cr – Ni. Các tấm bản có hình chữ nhật, có 4 tai ở 4 góc, trên mỗi tai có đục lỗ tròn. Kết hợp xen kẽ các tấm bản với các gioăng cao su tạo nên 4 mƣơng dẫn: dịch đƣờng vào máy, dịch đƣờng ra khỏi máy, chất tải lạnh vào máy, chất tải lạnh ra khỏi máy. Dịch đƣờng nóng đƣợc bơm vào một trong hai mƣơng dẫn phía trên, chảy thành màng ziczac trên bề mặt các tấm bản trong khoảng trống giữa 2 tấm bản liền kề, dịch đƣờng chảy các khoảng trống cách nhau 1 khoảng trống xen kẽ bởi chất tải lạnh, cuối cùng ra khỏi máy ở mƣơng dẫn dƣới ngƣợc phía. Nƣớc lạnh 2˚C đƣợc đi theo chiều ngƣợc lại từ mƣơng dẫn vào ở phía dƣới qua các khoảng trống mà dịch đƣờng không đi qua rồi ra ở mƣơng dẫn phía trên đối diện. Nƣớc lạnh qua trao đổi nhiệt với dịch đƣờng trở thành nƣớc nóng 70 – 80˚C đƣợc thu hồi về thùng nƣớc nóng
  15. 15. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 15 đƣa đi phục vụ cho quá trình nấu. II.2.7. Bão hoà O2 vào dịch lên men Mục đích: Bổ sung O2 vào dịch đƣờng trƣớc khi lên men nhằm đảm bảo cung cấp đủ lƣợng O2 ban đầu cho quá trình phát triển tạo sinh khối của nấm men trong giai đoạn tiềm phát, thích nghi và phát triển logarit. Tiến hành bố sung oxy: Sau khi ra khỏi máy lạnh nhanh, dịch đƣờng có nhiệt độ 8˚C dịch đƣờng đƣợc bổ sung oxy dƣới dạng không khí nén sục vào đƣờng ống cấp dịch đƣờng đi lên men. Không khi đƣợc hút qua màng lọc, đi qua tháp rửa, qua hấp phụ bằng than hoạt tính, khử trùng, lọc xốp trƣớc khi nạp vào dịch. Không khí nén sau làm sạch và khử trùng đƣợc bổ sung xuôi theo chiều đƣờng ống dẫn dịch đƣờng vào thùng lên men. II.2.8. Cấp nấm men và tiến hành lên men Mục đích: Hòa trộn nấm men với dịch đƣờng để nấm men thực hiện quá trình lên men chuyển hoá dịch đƣờng thành bia. Quá trình lên men bao gồm 2 giai đoạn: lên men chính, lên men phụ và tàng trữ bia. Lên men chính nhằm mục đích chuyển hoá các thành phần chất tan chủ yếu là các loại đƣờng và dextrin thấp phân tử của dịch đƣờng đã đƣợc houblon hoá thành rƣợu etylic, CO2, glyxerin và các rƣợu bậc cao khác, axit hữu cơ, este… dƣới tác dụng của nấm men. Lên men phụ và tàng trữ nhằm ổn định các thành phần của bia, tạo bọt, tạo các sản phẩm bậc cao mang hƣơng và vị đặc trƣng hài hoà của bia, tăng độ bền keo, ức chế sự phát triển của vi sinh vật… Quá trình lên men đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp lên men gia tốc trong thiết bị thân trụ đáy côn, phƣơng thức lên men gián đoạn. Giai đoạn lên men chính diễn ra trong khoảng 6 ngày ở nhiệt độ 8˚C đối với bia chai và diễn ra trong vòng 5 ngày ở nhiệt độ 8˚C đối với bia hơi. Trong giai đoạn này nấm men hoạt động mạnh toả nhiều nhiệt, lƣợng CO2 tạo thành nhiều nên cần phải cấp nhiều glycol để làm lạnh và tiến hành thu hồi CO2 để đảm bảo áp suất trong thùng lên men khoảng 0,7 – 0,8at. Kết thúc giai đoạn này hàm đƣờng còn lại trong bia non là 3˚Bx. Khi đó hạ nhiệt độ khối dịch xuống 4˚C và tháo nấm men kết lắng. Cuối cùng hạ nhiệt độ khối dịch xuống 2˚C và tiến hành lên men phụ và tàng trữ bia trong khoảng 15 ngày đối với bia chai và 10 ngày đối với bia hơi, duy trì áp suất khoảng 1 – 1,2at. Ở giai đoạn này lƣợng nấm men còn lại rất ít, hoạt lực giảm mặt khác do nhiệt độ rất thấp nên quá trình chuyển hoá các hợp phần của khối dịch rất chậm. II.2.9. Lọc bia Mục đích: Bia sau khi lên men đã đƣợc làm trong tự nhiên (nhờ quá trình lắng khi lên men phụ) nhƣng chƣa đạt mức độ cần thiết. Do đó, cần phải lọc tiếp để loại bỏ hoàn toàn cặn, kết tủa... nhằm tăng độ bền của bia, tăng giá trị cảm quan, ổn định các thành phần cơ học. Bia tiêu chuẩn sau quá trình lên men đƣợc đi qua thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản trao đổi nhiệt với chất tải lạnh là glycol để ổn định nhiệt độ bia ở –1˚C trƣớc khi lọc. Để thực hiện quá trình lọc trong bia sử dụng thiết bị lọc ống inox và
  16. 16. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 16 thiết bị lọc ống xốp để lọc tinh đối với sản phẩm bia chai. Thiết bị lọc ống có một giàn ống, trên các ống này có đục lỗ cỡ 0,04µm. Quá trình lọc gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tạo màng lọc và giai đoạn lọc. Giai đoạn tạo màng lọc: Bột trợ lọc diatomide đƣợc hoà với nƣớc và bơm vào thiết bị lọc để tạo màng lọc. Sử dụng 2 loại bột trợ lọc là Hyflosuppercell và Standarlsuppercell mỗi loại 5kg cho một lần tạo áo lọc. Giai đoạn lọc: Bơm bia vào để tiến hành lọc, trong giai đoạn đầu dịch bia ra còn đục nên cần tuần hoàn khoảng 15 phút. Trong quá trình lọc bột trợ lọc diatomide và vinyl polypyriolidone đƣợc bổ sung bằng bơm định mức. Ngoài ra, đối với sản phẩm bia chai trong quá trình lọc còn bổ sung các hoá chất chống oxy hoá, chống đục nhƣ: polyclarlc, vicant, collupulin cùng với bột trợ lọc lần 2. Bia sau lọc đƣợc bơm sang các tank chứa bia trong để ổn định và bão hòa CO2. II.2.10. Tàng trữ và ổn định tính chất của bia thành phẩm Mục đích: Tăng chất lƣợng cảm quan của bia, chống oxy hóa, chống kết lắng, tăng thời gian bảo quản bia, ổn định các thành phần trong bia.... Quá trình tàng trữ, ổn định bia và bão hòa CO2 diễn ra nhƣ sau: Bơm một lƣợng CO2 vào trƣớc để đẩy hết không khí có trong tank ra ngoài, tránh không để bia bị oxy hóa do tiếp xúc với O2. Sau đó, bơm bia đã lọc vào tank từ dƣới lên. Khi đã bơm hết bia, tiến hành bão hòa CO2 cho tới khi hàm lƣợng CO2 trong bia đạt 4,5 – 5,5 g/lít. Trong quá trình tàng trữ bia, duy trì áp suất trong tank ở ≈1,8 kg/cm2 và thu hồi CO2 khi cần thiết. II.2.11. Hoàn thiện sản phẩm * Bia hơi đƣợc chiết bock để phục vụ cho nhu cầu trong ngày của các cửa hàng, đại lý ở các vùng lân cận. Nhƣ vậy về nguyên tắc mà nói thì bia chiết bock trƣớc đó không cần bổ sung thêm CO2. Quá trình chiết bock tuân theo nguyên tắc chiết đẳng áp để đảm bảo yêu cầu: rót đầy thể tích thùng bock, không sủi bọt và hao phí bia ít nhất. * Bia sau một thời gian tàng trữ đƣợc bơm sang phân xƣởng chiết chai để nạp vào các chai. Hệ thống chiết chai gồm một số công đoạn chính sau: - Rửa chai: chai đƣợc ngâm trong nƣớc nóng trƣớc, kế tiếp đƣợc rửa bằng xút nóng, sau đó qua giàn phun nƣớc, hệ thống thổi khí làm khô rồi đi qua bộ phận soi chai trƣớc khi đƣa sang máy chiết chai. - Chiết chai: quá trình chiết chai cũng tuân theo nguyên tắc chiết đẳng áp, sau đó chai đƣợc dập nút, ra khỏi máy chiết chai chai qua bộ phận soi chai trƣớc khi vào hầm thanh trùng. - Thanh trùng: mục đích của quá trình này là nhằm diệt nấm men còn sót để nâng cao độ bền sinh học của bia. Thiết bị thanh trùng thƣờng có nhiều khoang, mỗi khoang phun nƣớc nóng ở một nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ tối đa để thanh trùng khoảng 650 C. Quá trình thanh trùng cần đảm bảo nhiệt độ của chai đi vào và đi ra khỏi thiết bị là bằng nhau, đồng thời không quá chênh lệch so với nhiệt độ môi trƣờng.
  17. 17. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 17 -Bia sau thanh trùng sẽ theo băng tải vào bộ phận dán nhãn, bắn chữ, sau đó qua máy xếp két và lƣu kho hoặc đƣa ngay đến các nơi tiêu thụ.
  18. 18. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 18 CHƢƠNG III : LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM III.1. Lập kế hoạch sản xuất Nhà máy đƣợc thiết kế với năng suất 50 triệu lít bia/năm, cơ cấu sản phẩm 80% bia chai và 20% bia hơi. Nồng độ dịch đƣờng trƣớc lên men là 12˚Bx ứng với bia chai, và 10,5˚Bx ứng với bia hơi. Sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ thay thế là 20% cho tổng lƣợng gạo và malt sử dụng. Do nƣớc ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, ở miền Bắc khí hậu có 4 mùa rất khác nhau vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ bia các mùa cũng khác nhau. Mùa hè do thời tiết nóng nực nên nhu cầu sử dụng bia cao, trong khi mùa đông do thời tiết lạnh nhu cầu về bia giảm. Do đó nhà máy phải có kế hoạch sản xuất một cách hợp lý để lƣợng bia sản xuất ra tiêu thụ hết tránh lãng phí. Bảng kế hoạch sản xuất của nhà máy: Quý I II III IV Bia chai (triệu lít) 9 11 11 9 Bia hơi (triệu lít) 1 4 4 1 Tổng năng suất (triệu lít) 10 15 15 10 Một năm nhà máy sản xuất 300 ngày, trung bình mỗi tháng sản xuất 25 ngày, những ngày còn lại để duy tu, bảo dƣỡng máy móc thiết bị. Năng suất lớn nhất một tháng: 5 triệu lít. Năng suất lớn nhất một ngày: 5 000 000/25 = 200000(lít). Mỗi ngày nấu 5 mẻ, năng suất một mẻ khoảng: 40 000(lít). III.2. Tính cân bằng sản phẩm. Trong quá trình sản xuất, tổn thất ở các công đoạn là không thể tránh khỏi nên trong trong quá trình tính toán ta đều phải tính đến lƣợng tổn thất ở từng công đoạn. Lƣợng tổn thất phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ chất lƣợng nguyên liệu, chế độ công nghệ thiết bị. Để đơn giản ta tính cân bằng sản phẩm cho 1000l bia. Giả thiết: Malt có hàm ẩm 6%, hiệu suất hoà tan 80%. Gạo có hàm ẩm 13%, hiệu suất hoà tan 85%. Tổn thất trong các quá trình lần lƣợt là: - Nghiền: 0,5%. - Hồ hoá, đƣờng hoá và lọc: 3% so với chất khô - Nấu hoa: 10% lƣợng dịch do nƣớc bay hơi. - Lắng xoáy và lạnh nhanh: 2,5% lƣợng dịch. - Lên men: 4% lƣợng dịch. - Lọc bia: 1,5% lƣợng dịch.
  19. 19. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 19 - Bão hoà CO2: 0,5% lƣợng dịch. - Chiết chai: 4% lƣợng dịch. -Chiết bock: 1% lƣợng dịch. III.2.1. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia chai. III.2.1a Tính lượng gạo và lượng malt Gọi lƣợng malt cần để sản xuất 1000l bia chai là M(kg) thì lƣợng gạo cần là 0,25M(kg). + Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ M(kg) malt là: M.(1 – 0,005).(1 – 0,06).0,8 = 0,74824M(kg) + Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ gạo là: 0,25M.(1 – 0,005).(1 – 0,13).0,85 = 0,18395M(kg) + Tổng lƣợng chất chiết thu đƣợc là: 0,74824M + 0,18395M = 0,93219M(kg) * Lƣợng dịch qua các công đoạn ứng với 1000l bia chai thành phẩm: Công đoạn chiết chai tổn thất 4%, lƣợng bia sau bão hoà CO2 là: 1000/(1-0,04) = 1042,7 lít Công đoạn bão hoà CO2 tổn thất 0,5%, lƣợng bia sau lọc là: 1041,7/(1-0,005) = 1046,9 lít Công đoạn lọc bia tổn thất 1,5%, lƣợng bia sau lên men là: 1046,9/(1-0,015) = 1062,8 lít Công đoạn lên men tổn thất 5%, lƣợng dịch đƣờng đƣa đi lên men là: 1062,8/(1-0,05) = 1118,8 lít Công đoạn lắng xoáy và lạnh nhanh tổn thất 2,5% khối lƣợng dịch và tổn hao do co thể tích khoảng 4%, lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là: 1118,8/(1-0,025)(1-0,04) = 1195,3 lít Dịch đƣờng sau đun hoa có nồng độ chất khô là 12˚Bx có d20 =1,048, khối lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là: 1195,3.1,048 =1252,7(kg) Khối lƣợng chất chiết có trong dịch đƣờng sau đun hoa là: 1252,7.0,12 = 150,3 (kg)
  20. 20. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 20 Công đoạn nấu, đƣờng hoá, lọc tổn thất chất chiết là 3%, lƣợng chất chiết ban đầu là: 150,3/(1-0,03) = 155,0 (kg) Ta có : 0,93219M = 155,0 (kg)  Lƣợng malt cần thiết M = 166,2 (kg)  Lƣợng gạo cần thiết là M = 41,6 (kg) III.2.1b Tính lượng CO2. Phƣơng trình lên men: C12H22O11 + H2O → 4C2H5OH + 4CO2 + Q 342g 18g 184g 176g + Lƣợng dịch trƣớc lên men: 1118,8(l), có độ đƣờng 12˚Bx có d20 =1,048, khối lƣợng dịch đƣờng trƣớc lên men là: 1118,8.1,048 = 1172,5(kg) + Khối lƣợng chất chiết trong dịch đƣờng trƣớc lên men: 0,12.1172,5 = 140,7 (kg) + Quy về đƣờng maltose, trong giai đoạn lên men chính coi 55% lƣợng chất chiết đƣợc chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành là: 140,7. 0,55.(342/176) = 39,82(kg) + Lên men chính tổn hao thể tích dịch lên men là 3% thì thể tích bia non ứng với 1000 lít bia thành phẩm là: 1118,8 × 0,97 = 1085,2(l) Lƣợng CO2 hoà tan trong bia non là 2,5g/l, ứng với 1085,2lít bia non là: 2,5.1085,2 = 2713(g) ≈ 2,71(kg) + Lƣợng CO2 thoát ra là: 39,82 – 2,71 = 37,11(kg) Ở 20˚C, 1atm, CO2 có khối lƣợng riêng 1,832kg/m3 , thể tích của CO2 thoát ra là: 37,11/1,832 = 20,26 (m3 ) + Hiệu suất thu hồi CO2 là 70%, lƣợng CO2 có thể thu hồi đƣợc là: 0,7.20,26 = 14,18(m3 ) + Trong quá trình lên men phụ 15% chất chiết của dịch đƣờng tiếp tục đƣợc chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành tiếp tục đƣợc bão hoà trong bia do đó hàm lƣợng CO2 trong bia tƣơi vào khoảng 4g/l. + Trong quá trình lọc CO2 bị thất thoát một phần nên hàm lƣợng CO2 trong biasau lọc vào khoảng 2g/l. Cuối quá trình lọc cần cấp CO2 để ép nốt lƣợng dịchlọc cuối đồng thời trong quá trình tàng trữ cần tiếp tục bão hoà CO2 trong biađể hàm lƣợng CO2 đạt tới 4,5g/l. Lƣợng CO2 cần để bão hoà 1046,9 lít bia sau lọc là: (4,5 – 2).1046,9 = 2617,25(g) ≈ 2,62(kg). Thể tích CO2 cần để bão hoà thêm là:
  21. 21. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 21 = 1,43(m3 ). III.2.2. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia hơi. III.2.2a Tính lượng gạo vào lượng malt. Gọi lƣợng malt cần để sản xuất 1000l bia hơi là M(kg) thì lƣợng gạo cần là 0,25M(kg). + Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ M(kg) malt là: M.(1 – 0,005).(1 – 0,06).0,8 = 0,74824M(kg) + Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ gạo là: 0,25M.(1 – 0,005).(1 – 0,13).0,85 = 0,18395M(kg) + Tổng lƣợng chất chiết thu đƣợc là: 0,74824M + 0,18395M = 0,93219M(kg) * Lƣợng dịch qua các công đoạn ứng với 1000l bia hơi thành phẩm: + Công đoạn chiết bock tổn thất 1%, lƣợng bia đƣa vào chiết bock là: = 1010,1 lít + Giai đoạn tàng trữ và bão hoà CO2 trƣớc khi chiết bock tổn thất 0,5%, lƣợng bia sau lọc là: = 1015,2 lít + Công đoạn lọc bia tổn thất 1,5%, lƣợng bia sau lên men là: = 1030,6 lít + Công đoạn lên men tổn thất 5%, lƣợng dịch đƣờng trƣớc lên men là: = 1084,9 lít + Công đoạn lắng xoáy và lạnh nhanh tổn thất 2,5% và tổn thất do co thể tích khoảng 4%, lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là: ( ) ( ) = 1159,1 lít + Dịch đƣờng sau đun hoa có nồng độ chất khô 10,5˚Bx có d20 = 1,042. Khối lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là: 1159,1.1,042 = 1207,7(kg) + Lƣợng chất chiết có trong dịch đƣờng sau đun hoa là: .1207,7 = 126,8 (kg)
  22. 22. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 22 Ta có: 0,93219M = 126,8(kg) => Lƣợng malt cần là : M = 136,0(kg) => Lƣợng gạo cần là : 0,25M = 34,0(kg). III.2.2b Tính lượng CO2 Phƣơng trình lên men: C12H22O11 + H2O = 4C2H5OH + 4CO2 + Q 342g 18g 184g 176g + Lƣợng dịch trƣớc lên men: 1084,9(l), có độ đƣờng 10,5˚Bx có d20 =1,042. + Khối lƣợng dịch đƣờng trƣớc lên men là: 1084,9.1,042 = 1130,5 (kg) + Khối lƣợng chất chiết trong dịch đƣờng trƣớc lên men: .1130,5 = 118,7 (kg) + Quy về đƣờng maltose, trong giai đoạn lên men chính coi 55% lƣợng chất chiết đƣợc chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành là: .118,7.0,55 = 33,6 (kg) + Sau lên men chính thể tích dịch giảm 3%, thể tích bia non ứng với 1000 lít bia thành phẩm là: 1084,9 × 0,97 = 1052,4 (lít) + Lƣợng CO2 hoà tan trong bia non là 2,5g/l, ứng với 1052,4 lít bia non là: 2,5.1052,4 = 2631(g) ≈ 2,63(kg) + Lƣợng CO2 thoát ra là: 33,60 – 2,63 = 30,97(kg) Ở 20˚C, 1atm, CO2 có khối lƣợng riêng 1,832kg/m3, thể tích của CO2 bay ra là: = 16,92 (m3 ) + Hiệu suất thu hồi CO2 là 70%, lƣợng CO2 có thể thu hồi đƣợc là: 0,7.16,91 = 11,83(m3 ) + Trong quá trình lên men phụ 15% chất chiết của dịch đƣờng tiếp tục đƣợc chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành tiếp tục đƣợc bão hoà trong bia do đó hàm lƣợng CO2 trong bia tƣơi vào khoảng 3,5 g/l. + Trong quá trình lọc CO2 bị thất thoát một phần nên hàm lƣợng CO2 trong bia sau lọc vào khoảng 2g/l. Cuối quá trình lọc cần cấp CO2 để ép nốt lƣợng dịch lọc cuối đồng thời trong quá trình tàng trữ cần tiếp tục bão hoà CO2 trong bia để hàm lƣợng CO2 đạt tới 4,5g/l. Lƣợng CO2 cần để bão hoà 1015,2 lít bia sau lọc là:
  23. 23. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 23 (4,5 – 2).1015,2 = 2538(g) ≈ 2,54(kg) Thể tích CO2 cần để bão hoà thêm là: = 1,39 ( m3 ). Bảng tổng kết nguyên liệu chính, bán thành phẩm ứng với bia chai. STT Danh mục Đơn vị 1000 lít 1 mẻ 1 ngày 1 năm 1 Malt kg 166,2 6648 33240 9972.103 2 Gạo kg 41,6 1664 8820 2496.103 3 Dịch sau đun hoa lít 1195,3 47812 239060 71718.103 4 Dịch đƣờng lên men lít 1118,8 44752 223760 67128.103 5 Bia non lít 1062,8 42512 212560 63768.103 6 Bia sau lọc lít 1046,9 41876 209380 62814.103 7 Bia trƣớc chiết chai lít 1042,7 41708 208540 62562.103 8 CO2 thoát ra m3 20,26 810,4 4052 1215600 9 CO2 có thể thu hồi m3 14,18 567,2 2836 850800 10 CO2 cần để bảo hòa m3 1,43 57,2 286 85800
  24. 24. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 24 Bảng tổng kết nguyên liệu chính, bán thành phẩm ứng với bia hơi. STT Danh mục Đơn vị 1000 lít 1 mẻ 1 ngày 1 năm 1 Malt kg 136 5440 27200 8160.103 2 Gạo kg 34 1360 6800 2040.103 3 Dịch sau đun hoa lít 1159,1 46364 231820 69546.103 4 Dịch đƣờng lên men lít 1084,9 43396 216980 65094.103 5 Bia non lít 1030,6 41224 206120 61836.103 6 Bia sau lọc lít 1015,2 40608 203040 60912.103 7 Bia trƣớc chiết bock lít 1010,1 40404 202020 606060.103 8 CO2 thoát ra m3 16,92 676,8 3384 1015.103 9 CO2 có thể thu hồi m3 11,83 473,2 2366 709800 10 CO2 cần để bảo hòa m3 1,39 55,6 278 83400
  25. 25. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 25 CHƢƠNG IV : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG LẠNH IV.1. Thiết bị làm lạnh nhanh. Ở đây do nhiệt độ dịch hèm sau cô hoa cao, mà cần làm lạnh nhanh về nhiệt độ thấp nên nếu ta hạ nhiệt trong một thiết bị thì sẽ gây tổn thất cao. Vì vậy ta tính toán hạ nhiệt độ 2 lần, lần 1 từ 900 C về 400 C và lần 2 từ 400 C về 80 C. Chọn thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản để làm lạnh nhanh dịch hèm 12% làm mát bằng nƣớc 20 C với những điều kiện sau : Lƣu lƣợng khối dịch hèm G1 = 234360 kg/ngày = 2,7 kg/s. Nhiệt độ dịch đƣờng vào : t1 = 900 C. Nhiệt độ dịch đƣờng ra : t1 ’ = 400 C. Nhiệt độ nƣớc làm mát vào : t2 = 20 C. Nhiệt độ nƣớc làm mát ra : t2 ’ = 400 C. Áp lực trong thiết bị : p = 400kPa. Tổn thất áp suất phía dịch hèm : ΔP1 = 80 kPa. Tổn thất áp suất phía nƣớc : ΔP2 = 60 kPa. Tính vật lý của dịch đƣờng ở nhiệt độ t1tb = 0,5.(90+ 40) = 650 C nhƣ sau :  Khối lƣợng riêng : ρ1 = 1040 kg/m3  Hệ số dẫn nhiệt : λ1 = 0,357 W/m.độ  Nhiệt dung riêng : C1 = 3,83 kJ/kg.độ  Độ nhớt : ν1 = 0,801.10-6 m2 /s. Tính chất vật lý của nƣớc ở nhiệt độ t2tb = 0,5.(40+2) = 210 C nhƣ sau :  Khối lƣợng riêng : ρ2 = 995,7 kg/m3  Hệ số dẫn nhiệt : λ2 = 0,818 W/m.độ  Nhiệt dung riêng : C2 = 4185 KJ/kg.độ  Độ nhớt : ν2 = 0,805.10-6 m2 /s. Thiết bị sẽ dùng các tấm cơ bản dập nổi hình nón kiểu PR-0,5E làm bằng thép không gỉ X18H10T với các số liệu sau :
  26. 26. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 26  Diện tích trao đổi nhiệt của 1 tấm F1 = 0,5m2  S = 14mm  h = 4mm  Đƣờng kính tƣơng đƣơng của 1 kênh dtd = 0,008m  Tiết diện ngang của 1 kênh dẫn f1 = 0,00183m2  Chiều cao quy dẫn của kênh Lc = 1,15 m IV.1.1 Xác định các thông số cơ bản. + Tính lƣợng nhiệt truyền qua một đơn vị thời gian : Q = G1.C1.( t1 – t1 ’ ) = 2,7.3830.(90 – 40) = 5,17.105 (W). + Tính lƣu lƣợng nƣớc làm mát : Lƣu lƣợng khối lƣợng : G2 = ( ) = ( ) = 3,25 kg/s. Lƣu lƣợng thể tích : V2 = = = 3,27.10-3 m3 /s. + Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình : Δttb = = ( ) ( ) = 43,70 C. + Xác định tốc độ chuyển động tối ƣu của dịch hèm trong thiết bị: tw = = ( ) = 430 C. Giả thiết α1 = 3500 W/m.độ ; ξ1 = 5. Tốc độ ω1 sẽ là : ω1 = 2.√ ( ) ( ) = 2.√ ( ) ( ) = 0,362 m/s. + Xác định tiêu chuẩn Reynolds. Re1 = = = 3615
  27. 27. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 27 + Tính kiểm tra lại hệ số trở kháng áp suất: ξ1 = = = 174 Giá trị thu đƣợc gần với giả thiết ξ1 = 5 nên có thể chấp nhận đƣợc. + Xác định tiêu chuẩn Pr: Pr1 = C1.v1. = 3830.0,801.10-6 . = 8,94 Tính chất vật lý của dịch hèm tại 430 C là :  Khối lƣợng riêng : ρ = 1040 kg/m3  Hệ số dẫn nhiệt : λ = 0,816 W/m.độ  Nhiệt dung riêng : C = 3830 J/kg.độ  Độ nhớt : ν = 0,801.10-6 m2 /s. Nên vậy Prw1 = 3830.0,801.10-6 . = 3,91 + Tính toán tiêu chuẩn Nu Nu1 = 0,135. . .( )0,25 = 0,135.36150,73 .8,940,43 .( )0,25 = 168,5 + Hệ số tỏa nhiệt α1 = Nu1. = 168,5. = 17187 W/m2 .độ + Xác định tốc độ cô đặc tối ƣu của nƣớc trong thiết bị Chọn α2 = 5000 W/m2 .độ ; ξ2 = 5 ω2 = 2. √ ( ) ( ) = 2.√ ( ) ( ) = 0,41 m/s. + Xác định tiêu chuẩn Reynolds Re2 =ω2. = 0,41. = 4075
  28. 28. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 28 + Tính kiểm tra lại hệ số trở không áp suất ξ2 = = = 179 Giá trị thu đƣợc gần với giả thiết, vậy có thể chấp nhận đƣợc giá trị này. + Xác định tiêu chuẩn Pr Pr2 = C2.v2. = 4185.0,805.10-6 . = 4,12 + Tính chất vật lý của nƣớc tại 430 C là :  Khối lƣợng riêng : ρ = 989,3 kg/m3  Hệ số dẫn nhiệt : λ = 0,646 W/m.độ  Nhiệt dung riêng : C = 4182,6 J/kg.độ  Độ nhớt : ν = 0,56.10-6 m2 /s.  Vậy Prw2 = 4182,6.0,56.10-6 . = 3,59 + Tính toán tiêu chuẩn Nu Nu2 = 0,135. . .( )0,25 = 0,135.40750,73 .4,120,43 .( )0,25 = 111 + Hệ số tỏa nhiệt α2 = Nu2. = 111. = 11308 W/m2 .độ + Xác định tổng nhiệt trở ∑ = r1 + + r2 trong đó r1, r2 : nhiệt trở của cặn bám trên tấm phía dịch hèm, nƣớc δ : chiều dày tấm, chọn δ = 1mm λ : hệ số dẫn nhiệt của tấm, λ = 15,9 W.độ/m2 Ta có r1 = 5.10-5 m2 .độ/W , r2 = 1,7.10-4 m2 .độ/W
  29. 29. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 29 Vậy ∑ = 5.10-5 + + 1,7.10-4 = 2,26.10-4 + Xác định hệ số truyền nhiệt K = ∑ = = 2684 W/m2 .độ. + Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị Fa = = = 4,4 m2 Ta chọn Fa = 6 m2 IV.1.2 Tính toán bố cục và hiệu chỉnh lại giá trị bề mặt trao đổi nhiệt. + Diện tích bề mặt cắt ngang của cụm. Phía dịch hèm : fc1 = = = 7,5.10-3 m2 Phía nƣớc : fc2 = = = 8.10-3 m2 + Số tấm trong thiết bị na = = = 14 tấm. + Số kênh chạy trong một cụm cho từng môi chất : - Phía dịch đƣờng : m1 = = = 4,1 chọn m1 = 7 - Phía nƣớc : m2 = = = 4,4 chọn m2 = 7 + Tiết diện mặt cắt ngang thực tế của các kênh cho cả hai môi chất fc = m.f1 = 7.0,00183 = 0,01281 m2 + Tốc độ chuyển động của dịch hèm và nƣớc sau khi tính lại:
  30. 30. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 30 ω1 = = = 0,585 m/s ω2= = = 0,625 m/s + Tiêu chuẩn Re Re1 = ω1. =0,585. = 5843 Re2 = ω2. =0,625 = 6211 + Tiêu chuẩn Nu Nu1 = 0,135. . .( )0,25 = 0,135.58430,73 .8,940,43 .( )0,25 = 230 Nu2 = 0,135. .( )0,25 = 0,135.62110,73 .4,120,43 .( )0,25 = 151 + Hệ số tỏa nhiệt α1 = Nu1. = 230. = 10263 W/m2 .độ. α2 = Nu2. = 151. = 15383 W/m2 .độ. + Hệ số truyền nhiệt K = ∑ = = 2575 W/m2 .độ. + Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị sau hiệu chỉnh: Fa = = = 4,6 m2 Vậy ta chọn Fa = 6 m2 là đủ. Hạ nhiệt lần 2 ta cũng dùng thiết bị tấm bản để hạ nhiệt độ dịch hèm từ 400 C xuống 80 C, làm mát bằng nƣớc 20 C, nƣớc ra 200 C. Phƣơng pháp tính tƣơng tự nhƣ đối với thiết bị hạ nhiệt lần 1 ta đƣợc Fa = 8 m2 .
  31. 31. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 31 Số kênh chạy trong cụm cho từng môi chất : - Phía dịch đƣờng m1 = 9 - Phía nƣớc m2 = 9. Kết luận : Thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh nhanh lần 1,2 kiểu tấm bản làm bằng vật liệu X18H10T, gồm 14 và 18 tấm, mỗi tấm dày 1mm, khoảng cách giữa các tấm là 4 mm, với các thông số sau : F1 ( m2 ) Kích thƣớc, mm H h A e B c d 0,5 1370 1242 1200 85 505 160 410 IV.2. Tank lên men. Sản phẩm chính của nhà máy bia là sản phẩm bia chai do đó ta tính kích thƣớc tank lên lên theo lƣợng dịch hèm lên men cho bia chai. Lƣợng dịch đƣờng lên men 1 mẻ là : 44752 lít Ta tính tank lên men cho 1 ngày ứng với 5 mẻ. Vậy thể tích hữu ích của tank lên men là : Vt = 44725.5 = 223760 lít 224 m3 Hệ số sử dụng của tank là 0,85 Vậy tổng thể tích của tank là : Vtank = 264 m3 Vậy thể tích tank là : Vtank = 264 m3 Ta chọn tank lên men thẳng đứng có thân hình trụ Toàn bộ các bộ phận của tank đƣợc chế tạo bằng inox, các phần tiếp xúc với dịch bia đƣợc chế tạo bằng inox Averta- Thụy sỹ Tank làm việc ở chế độ áp suất 1,5 bar áp suất thử bền là 3 bar Thể tích của tank đƣợc tính theo công thức :
  32. 32. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 32 Vtank = + + (1) Với α = 600 ta có : h1 = 0,5.D.Tan600 = 0,866 D h2 = 0,15.D ; H = 3.D Thay vào công thức (1) ta có : Vtank = + + = Vậy : D = √ = √ = 4,63 (m). Chọn D = 4,7 (m) ta có : H = 14,1 (m); h2 = 0,7 (m) ; h1 = 4 (m); Chiều dày tank : s = 5,5 (mm). Số lƣợng tank phụ thuộc vào công nghệ sản xuất bia cũng nhƣ lịch trình sản xuất mà nhà máy đua ra. Ở đây ta thiết kế lên men chính và lên men phụ cùng trong 1 tank lên men. Số ngày lên men chính : 7 ngày. Số ngày lên men phụ : 14 ngày . Trong đó có 1 ngày để lọc dịch đƣờng và vệ sinh tank, và 2 tank dự trữ =>Số tank cần cho lên men sản phẩm bia chai là : 24 tank với thể tích Vtank = 264 m3 + Diện tích phần áo lạnh là : Ở đây ta thiết kế 3 lớp áo lạnh 2 lớp trên hình trụ có bề rộng : ha = (6,5 m). 1 lớp trên hình nón đáy với diện tích bằng 1/2 diện tích hình nón đáy.
  33. 33. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 33 Hình 2 : Kết cấu tank lên men IV.3. Thiết bị nhân men. IV.3.1. Thiết bị nhân men giống cấp II. Chọn thiết bị nhân giống cấp II là thiết bị thân trụ đƣờng kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D + Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = .(h2 + ) = .(D + ) = 1,012 D3 (m3 ) + Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = .h3 = 0,2.Vhi = 0,2.1,012.D3 0,2D3 m3
  34. 34. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 34  h3 = 0,255.D + Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,212 D3 + Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/10 thể tích dịch lên men trong 1 tank lên men: 0,1. 224 = 22,4 (m3 ) + Ta có: Vhi = 1,012D3 = 22,4(m3 ) ; Suy ra: D = 2,8 (m). + Quy chuẩn: D = 2,8 m; h1 =2,43 m ; h2 = 2,8 m ; h3 = 0,72 m; h4 = 0,28 m; + Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,212.D3 = 1,212.2,83 = 26,6 (m3 ). => Thùng nhân giống có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đƣờng kính ngoài của thiết bị là: Dng = 3 m. IV.3.2. Thiết bị nhân men giống cấp I. Chọn thiết bị nhân giống cấp I là thiết bị thân trụ đƣờng kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có chiều cao h1 = 0,866D Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = .(h2 + ) = .(D + ) = 1,012 D3 (m3 ). + Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = .h3 = 0,2.Vhi = 0,2.1,012.D3 0,2D3 m3  h3 = 0,255.D + Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,212.D3 + Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/3 thể tích dịch nhân men cấp II: 22,4/3 = 7,47 (m3 ). + Ta có: 1,012D3 = 7,47 (m3 ) ; Suy ra: D = 1,95 (m). + Quy chuẩn: D = 2 m; h1 = 1,73 ; h2 = 2 m; h3 = 0,51 m; h4 = 0,2 m. + Thể tích thực của thiết bị: V = 1,215D3 = 1,215.1,63 =5,0 (m3 ) + Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đƣờng kính ngoài của thiết bị là: Dng = 2,2 m. IV.3.3. Thiết bị rửa men sữa kết lắng. Chọn thiết bị rửa men là thiết bị thân trụ đƣờng kính D, đáy côn góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,2D, phần đáy côn có
  35. 35. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 35 chiều cao h1 = 0,866D. + Thể tích hữu ích của thiết bị là: Vhi = .(h2 + ) = .(1,2D + ) = 1,169.D3 ( m3 ). + Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/4 thể tích hữu ích của thiết bị, ta có: Vtr = .h3 = 0,25.Vhi = 0,25.1,169.D3 0,292.D3 m3 Suy ra: h3 = 0,372D + Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,461D3 + Lƣợng sữa men kết lắng ứng với 1000l bia là 20l, với 1 tank lên men có thể tích dịch là 224 m3 thì thể tích sữa men kết lắng là: = 4,48 m3 + Thể tích hữu ích của thiết bị rửa men phải gấp 2 lần thể tích men thu hồi, tức là khoảng: 2.4,48 = 8,96 (m3 ). + Ta có: 1,169D3 = 8,96 (m3 ) Suy ra: D = 1,97 (m) => Quy chuẩn: D = 2 m; h1 = 1,73 m; h2 = 2,4 m; h3 = 0,75 m; h4 = 0,2 m. +Thể tích thực của thiết bị: V = 1,461D3 = 1,461.23 = 11,7 (m3 ) +Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đƣờng kính ngoài của thiết bị là: Dng = 2,2 m. IV.4. Thiết bị chứa nƣớc 20 C. Nƣớc 20 C đƣợc sản xuất đển phục vụ quá trình làm lạnh nhanh và sản xuất nƣớc bài khí. Nƣớc 20 C đƣợc sản xuất trong thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản với glycol -50 C. Lƣợng dịch đƣờng đi lên men ứng với một mẻ nấu bia chai 44725 lít, có nồng độ chất khô 12˚Bx có khối lƣợng riêng 1,048 kg/l. Khối lƣợng dịch đƣờng đƣa đi lên men: m1 = 44725.1,048 = 46872 (kg). Dịch đƣờng sau lắng xoáy có nhiệt độ khoảng 90˚C cần đƣợc làm lạnh nhanh xuống nhiệt độ lên men là 8˚C, Δt1 = 82˚C. Ở điều kiện này ta lấy thông số trung bình: + Nhiệt dung riêng của nƣớc: Cn = 4,173(kJ.kg-1 .độ-1 ) + Nhiệt dung riêng của chất tan quy theo đƣờng tan: Ct = 1,314(kJ.kg-1 .độ-1 ) + Độ ẩm của khối dịch là : 88%. + Nhiệt dung riêng của khối dịch là : C = .Cn + .Ct
  36. 36. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 36 Vậy : C = .4,173 + .1,314 = 3,83 (kJ.kg-1 .độ-1 ). Lƣợng nhiệt tỏa ra từ dịch đƣờng trong 1 mẻ đem đi lạnh nhanh là : Qdd = 46872.3,83.(90-8) 14720620 kJ/mẻ. Chất tải nhiệt là nƣớc đá có nhiệt độ 2˚C sẽ đƣợc đun nóng lên nhiệt độ 75˚C, Δt2 = 73˚C. Ở điều kiện này ta lấy nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc: C2 = 4,173(kJ.kg-1 .độ-1 ). Đây cũng là lƣợng nhiệt mà nƣớc lạnh nhận đƣợc. Vậy lƣợng nƣớc lạnh cần dùng cho một mẻ là : m’ = = 48323 (kg/mẻ). Vậy lƣợng nƣớc lạnh cần chứa trong tank chứa là : V 49 m3 Lƣợng nƣớc lạnh 20 C còn dùng để sản xuất nƣớc bài khí. Giả sử lƣợng nƣớc bài khí cần sử dụng bằng 5% lƣợng dịch bia sau lọc. Vbk = . 41876 = 2094 lít/ mẻ 2 m3 /mẻ Ta chọn thể tích tank chứa nƣớc lạnh 20 C: = 60 m3 . Đƣờng kính trong : 4 m. Đƣờng kính ngoài : 4,2 m. Chiều cao thùng : 4,8 m. IV.5. Tank thành phẩm . Sau khi lọc, bia cần chứa vào tank thành phẩm để bão hòa CO2 và ổn định cũng nhƣ để theo dõi kiểm tra các thành phần trong bia trƣớc khi đƣa đi chiết chai, chiết block. Bia thành phẩm đƣợc chứa trong tank hình trụ có đáy và nắp hình chỏm cầu, có thể chịu đƣợc áp suất > 6 bar. Bêm ngoài thiết bị có bố trí áp kế, nhiệt kế, ống thủy, van lấy mẫu…. Chọn thùng có đƣờng kính D, chiều cao phần chỏm cầu và ở nắp là h1 = h2 = 0,1D, chiều cao phần trụ H = 3D. Trong 1 ngày sản xuất đƣợc 208540 lít bia sau lọc và bão hòa CO2 . Nhà máy sử dụng 4 tank để chứa bia thành phẩm. Hệ số sử dụng của thiết bị là : 0,85. Do đó thể tích thực mỗi tank là :
  37. 37. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 37 Vtp = 208,54. 245 m3 . + Thể tích của thùng đƣợc tính theo công thức sau : V = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh V = .H +( + .(1,5D - h1)) = .3D + + ( ) .1,4D = 2,4D3  V = 2,4D3 = 245  D = 4,67 m Chọn D = 4,7 (m); H = 14,1 (m); h1 = h2 = 0,47 (m); Các tank bia thành phẩm đƣợc chế tạo bằng thép dày 5 mm, chiều dầy lớp áo lạnh là 20 mm. chiều dày lớp bảo ôn polyurethane là :δ = 150 mm. vậy Dng =5,01 (m).
  38. 38. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 38 CHƢƠNG V : TÍNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA NHÀ MÁY BIA NĂNG SUẤT 50 TRIỆU LÍT/NĂM.  Tính cân bằng lạnh của nhà máy + Để sản xuất đƣợc sản phẩm bia chai ta cần 7 ngày lên men chính ở nhiệt độ 80 C và 14 ngày lên men phụ ở 10 C . + Làm lạnh nhanh bằng nƣớc công nghệ 20 C. + Hệ thống lạnh dùng để làm lạnh glycol xuống (-50 C) rồi đƣa glycol đến các áo lạnh và các thiết bị trao đổi nhiệt để sản xuất nƣớc 20 C làm lạnh nhanh dịch bia cũng nhƣ sản xuất nƣớc bài khí. + Các tank lên men có thể tích : V = 264 m3 + Hệ thống nồi nấu sản xuất đƣợc 44725 lít dịch hèm/ mẻ. + Công suất lạnh tính theo : Q = QI + QII + QIII + QIV + QV Với : QI : là lƣợng nhiệt lạnh cần cấp cho thiết bị lạnh nhanh. QII : là lƣợng lạnh cần cấp cho khu lên men. QIII : là lƣợng lạnh cần cấp cho thiết bị nhân men. QIV : là lƣợng lạnh cần cấp cho phân xƣởng hoàn thiện và tàng trữ bia. QV : là lƣợng lạnh cần cấp cho các thiết bị khác. V.1 Tính nhiệt lƣợng QI. Nhƣ đã tính ở trên ta có lƣợng dịch đƣờng đi lên men ứng với một mẻ nấu bia chai 44725 lít, có nồng độ chất khô 12˚Bx có khối lƣợng riêng 1,048 kg/l. Khối lƣợng dịch đƣờng đƣa đi lên men: m1 = 44725.1,048 = 46872 (kg). Dịch đƣờng sau lắng xoáy có nhiệt độ khoảng 90˚C cần đƣợc làm lạnh nhanh xuống nhiệt độ lên men là 8˚C, Δt1 = 82˚C. Ở điều kiện này ta lấy thông số trung bình: + Nhiệt dung riêng của nƣớc: Cn = 4,173(kJ.kg-1 .độ-1 ) + Nhiệt dung riêng của chất tan quy theo đƣờng tan: Ct = 1,314(kJ.kg-1 .độ-1 ) + Độ ẩm của khối dịch là : 88%.
  39. 39. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 39 + Nhiệt dung riêng của khối dịch là : C = .Cn + .Ct Vậy : C = .4,173 + .1,314 = 3,83 (kJ.kg-1 .độ-1 ). + Lƣợng nhiệt tỏa ra từ dịch đƣờng trong 1 mẻ đem đi lạnh nhanh là : Qdd = 46872.3,83.(90-8) 14720620 kJ/mẻ. Chất tải nhiệt là nƣớc có nhiệt độ 20 C sẽ đƣợc đun nóng lên đến 750 C, t = 730 C. Ở điều kiện này ta lấy nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc: C2 = 4,173(kJ.kg-1 .độ-1 ). Khi đó lƣợng nƣớc 20 C cần dùng là : m2 = = = 48323 (kg/mẻ). + Nƣớc ban đầu có nhiệt độ 25˚C đƣợc làm lạnh xuống 2˚C, Δt = 23˚C. Ở điều kiện này nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc là: C = 4,185(kJ.kg-1 .độ-1 ). + Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nƣớc ứng với một mẻ nấu là: Q = m2.C2.Δt = 48323.4,185.23 = 4651330,5 (kJ).  Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nƣớc ứng với 1 ngày nấu là: Qn = 5.Q = 5.5662489 = 23 256 652,5 (kJ/ngày).  Vậy nhiệt lạnh QI = . = . = 231548 (kcal/h) V.2 Tính nhiệt lƣợng QII. V.2.1 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính. Phản ứng chính xảy ra trong quá trình lên men: Phản ứng chính xảy ra trong quá trình lên men: C6H12O6 + H2O → 2C2H5OH + CO2 + Q 180g 18g 92g 44g 37,3 kcal Nhiệt lƣợng toả ra khi lên men 1kg đƣờng glucozo là: q = = 207,22 ( kcal). + Lƣợng dịch hèm đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là: 223760 lít. + Dịch đƣờng đi lên men có nồng độ chất khô là 12˚Bx, có khối lƣợng riêng 1,048 kg/l.
  40. 40. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 40 + Khối lƣợng dịch đƣờng đƣa đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là: m = 223760.1,048 = 234500,48 (kg). + Trung bình mỗi ngày lên men nồng độ chất khô của dịch giảm 1,5˚Bx, tức là một ngày ứng với 1tank lên men lƣợng chất khô chuyển hoá là: G = .234500,48 3517,5 (kg). + Coi chất khô chuyển hoá ở đây là đƣờng glucozo thì nhiệt lƣợng toả ra ứng với một tank trong một ngày ở giai đoạn lên men chính là: Q = G.q = 3517,5.207,22 = 728896,35 kcal/ngày. + Thời gian lên men chính là 7 ngày, nên có ngày cả 7 tank đều lên men ở giai đoạn lên men chính. Vậy lƣợng lạnh tối đa trong một ngày là : QIIC = Q.7 = 728896,35.7 = 5102274,45 (kcal/ngày). = 212595 kcal/h.  Tính lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu. Nhƣ đã tính ở trên ta có thể tích tank lên men V = 264 m3 ; D = 4,7 (m) ta có : H = 14,1 (m); h2 = 0,7 (m) ; h1 = 4 (m); Chọn chiều dày lớp cách nhiệt polyurethane δ = 150 mm.
  41. 41. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 41 Hình 3 : Tank 264 m3  Xác định diện tích vách cách nhiệt : Diện tích hình trụ : F1 = .(D+2.δ).H = 3,14.(4,7+2.0,15).14,1 = 221,37 m2 . Diện tích chỏm elip ( ta tính gần đúng nhƣ diện tích hình trụ). F2 = π.(D+ 2δ).h2 = 3,14.(4,7 +2.0,15).0,7 = 11 m2 Diện tích phần đáy nón : F3 = π.(D + 2.δ).l = π.(D + 2.δ). = 3,14.(4,7 + 2.0,15). = 72,5 m2 . Diện tích tổng cộng : F = F1 + F2 + F3 = 221,37 + 11 + 72,5 = 304,87 m2 .  Diện tích phần áo lạnh : Diện tích áo lạnh hình trụ :
  42. 42. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 42 F1 ’ = 2.(π.D.ha) = 2.(3,14.4,7.6,5) =191,85 m2 . Diện tích áo lạnh phần đáy nón: F2 ’ = .F3 = .72,5 = 36,25 m2 . Tổng diện tích áo lạnh là : Flạnh = F1 ’ + F2 ’ = 191,85 + 36,25 = 228,1 m2 .  Xác định hệ số truyền nhiệt k. Bề dày tank δ = 5 mm, Dtank = 4,7 m.  = 2 Do đó ta tính truyền nhiệt vỏ ngoài nhƣ là đối với vách phẳng. k = ∑ Với: α1 = 23,3 W/m2 .K là hệ số tỏa nhiệt ra ngoài không khí. δ = 0,15 m là chiều dày lớp cách nhiệt. λ = 0,047 W/m.K là hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt. Các lớp bọc tôn inox có δ và hệ số dẫn nhiệt λ rất lớn nên có thể bỏ qua. α2 phần có dịch bia lạnh công suất lớn nên coi nhƣ 0.  k = = 0,309 ( W/m2 .K). + Tổn thất nhiệt trong thời kỳ lên men chính là : Nhiệt độ lên men chính là 80 C trong khi nhiệt độ không khí ngoài trời là 380 C. Chọn nhiệt độ glycol vào là -50 C , nhiệt độ glycol ra là 10 C vậy nhiệt độ trung bình của glycol là : ttb = -20 C. QII1 = Q11 + Q12 Trong đó : Q11 : là lƣợng tổn thất nhiệt qua thành áo.
  43. 43. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 43 Q21 : là lƣợng nhiệt tổn thất qua bao che còn lại. Ta có : Q11 = k.Flạnh.∆t1 = 0,309.228,1.(38-(-2)) = 2819,3 (W) = 2425,5 (kcal/h). Q12 = k.(F-Flạnh). ∆t2 = 0,309.(304,87 – 228,1).(38-8) = 711,5 (W) = 612 (kcal/h). Vậy : QII1 = 2425,5 + 612 = 3037,5 (kcal/h). Có 7 tank lên men chính, vậy nhiệt lƣợng lạnh cần cung cấp là QIICtt = 7.QII1 = 7.3037,5 = 21262,5 ( kcal/h). Vậy nhiệt lƣợng cần cung cấp cho quá trình lên men chính là : QLMC = QIIC + QIICtt = 212595 + 21262,5 = 233857,5 kcal/h. V.2.2 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn hạ nhiệt độ dịch. Khi kết thúc lên men chính bia non có nồng độ chất khô 3˚Bx đƣợc hạ nhiệt độ từ 8˚C xuống 4˚C thực hiện quá trình xả nấm men kết lắng, sau đó tiếp tục hạ nhiệt độ khối dịch xuống 2˚C và thực hiện quá trình lên men phụ, Δt = 6˚C. Ở điều kiện này ta lấy thông số trung bình: + Nhiệt dung riêng của nƣớc: Cn = 4,207(kJ.kg-1 .độ-1 ) + Nhiệt dung riêng của chất tan quy theo đƣờng tan: Ct = 1,638(kJ.kg-1 .độ-1 ). + Nhiệt dung riêng của dịch: C = 0,97Cn + 0,03Ct = 4,130(kJ.kg-1 .độ-1 ). + Thể tích bia non ứng với 1 tank lên men: 212560 lít. Bia có nồng độ chất khô 3˚Bx, có khối lƣợng riêng 1,012(kg/l). Khối lƣợng dịch cần làm lạnh: G = 212560.1,012 = 215110,72 (kg). + Giai đoạn này tổn thất lạnh ra môi trƣờng khoảng 5%. Tổng lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp: Q = = 5610993 (kJ) =1340739 kcal. Giả sử thời gian để hạ nhiệt là : 24h Ta thấy 1 ngày có tối đa 1 tank cần hạ nhiệt, nên nhiệt lƣợng cung cấp cho hạ nhiệt là : Qhạ nhiệt = = = 55864 (kcal/h).
  44. 44. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 44 V.2.3 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men phụ. Sau quá trình lên men chính, bia non có hàm lƣợng chất khô khoảng 30 Bx, khối lƣợng riêng d = 1,012 (kg/lít). Nhiệt dung riêng của bia non là : C = 0,98 (kcal/kg.độ) Trung bình 1 lít bia non tổn hao 1kJ trong ngày, thể tích bia non ứng với 1 tank lên men là : 212560 lít. Vậy lƣợng lạnh cấp cho một thùng lên men ở giai đoạn lên men phụ một ngày là : QP = 212560. = 50791 kcal/ngày. Một ngày có thể có đến 14 tank lên men ở giai đoạn lên men phụ nên : Q1P = 50791.14 = 711074 (kcal/ngày) = 29628 (kcal/h). + Tổn thất nhiệt trong thời kỳ lên men phụ là : Nhiệt độ lên men phụ là 20 C trong khi nhiệt độ không khí ngoài trời là 380 C. QII2 = Q21 + Q22 Trong đó : Q21 : là lƣợng tổn thất nhiệt qua thành áo. Q22 : là lƣợng nhiệt tổn thất qua bao che còn lại. Ta có : Q21 = Q11 = 2425,5 (kcal/h) do nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra của chất tải lạnh glycol là không đổi ở 2 quá trình lên men. Q22 = k.(F-Flạnh). ∆t2 = 0,309.( 304,87 – 228,1).(38-2) = 854 (W) = 734,5 kcal/h. Vậy QII2 = Q21 + Q22 =2425,5 + 734,5 = 3160 (kcal/h). Một ngày có thể có đến 14 tank lên men ở giai đoạn lên men phụ nên : QII2P = 14. QII2 = 14.3160 = 44240 (kcal/h). + Vậy lƣợng lạnh cấp cho quá trình lên men phụ là : QLMP = Q1P + QII2P = 29628 + 44240 = 73868 (kcal/h).
  45. 45. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 45 Vậy lƣợng lạnh lớn nhất cần cung cấp cho các tank lên men trong một giờ là : QII = QLmen = QLMC + QLMP + QHạ nhiệt = 233857,5 + 73868 + 55864 = 363589,5 (kcal/h). V.3 Tính nhiệt lƣợng QIII * Rửa men: Lƣợng nƣớc rửa sữa men kết lắng ứng với 1 tank lên men có thể tích bằng 3 lần thể tích sữa men kết lắng ứng với một tank lên men Vn = 3 × 4,48 = 13,44 (m3 ), hay Gn = 13440 (kg) Nƣớc ban đầu vào có nhiệt độ 25˚C, để thực hiện quá trình rửa men kết lắng nƣớc cần đƣợc làm lạnh xuống 2˚C, Δtn = 23˚C. Ở điều kiện này nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc là: Cn = 4,185(kJ.kg-1 .độ-1 ). + Nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nƣớc là: Q = Gn × Cn × Δtn = 13440 × 4,185 × 23 = 1293667,2 (kJ). + Giả sử thời gian rửa men là 24 h suy ra nhiệt lƣợng cần cung cấp tối đa cho quá trình rửa men là : Qrửa men = 12880 kcal/h. +Lƣợng men kết lắng ứng với 1 tank lên men là : 4480 lít có thể tái sử dụng đƣợc khoảng 2240 lít. Khí hoạt hóa sẽ cho 10000 lít có thể cấp để lên men dịch đƣờng trong các tank lên men. *Bảo quản men: Men sữa sau rửa, kiểm tra hoạt lực cần đƣợc bảo quản lạnh ở nhiệt độ 0 – 2˚C. Thực hiện bảo quản ngay trong thùng rửa men, tổn thất lạnh trong quá trình bảo quản là: Qtt = K × F × Δt (kJ/h) K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2(kJ.m-2 .độ-1 .h-1 ) Nhiệt độ không khí bên trong phân xƣởng chứa thiết bị rửa men tng = 32˚C Nhiệt độ bảo quản men sữa tbq = 1˚C. Δt = tng – tbq= 31˚C. F: Diện tích truyền nhiệt (m2 ). Coi tổn thất lạnh chủ yếu ở thân trụ của thùng thì:
  46. 46. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 46 F = π × Dng × H = 3,14. 1,97.(2,4 + 0,75) = 19,5 (m2 ). Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2 × 19,5 × 31 = 725,4 (kJ/h). Vậy lƣợng nhiệt cần để bảo quan men là : Qbảo quản = Qtt = 725,4 (kJ/h) = 173,3 (kcal/h) *Hoạt hoá men: Men sữa trƣớc khi tái sử dụng đƣợc hoà trộn với lƣợng dịch đƣờng có thể tích gấp 4 lần thể tích men sữa và để nhiệt độ tăng từ từ tới gần nhiệt độ lên men 8˚C. Trong quá trình hoạt hoá độ cồn của dịch tăng lên tới khoảng 0,3%. Thể tích dịch men sữa đã hoạt hoá bằng 1/100 thể tích dịch ứng với 1 tank lên men: 2240 lít. Coi tỷ khối của dịch bằng 1. Khối lƣợng cồn đƣợc tạo ra là: 0,003 × 2240 = 6,72 (kg). Tƣơng ứng với lƣợng cồn tạo thành, nhiệt lƣợng toả ra là: Q = .6720 = 1362 (kcal). Thời gian hoạt hóa men là 6h nên nhiệt lƣợng tỏa ra trong vòng 1 giờ sẽ là : Qtr = = 227 (kcal/h). Tổn thất lạnh trong quá trình hoạt hoá: Qtt = K × F × Δt (kJ/h). K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2(kJ.m-2 .độ-1 .h-1 ). Nhiệt độ không khí bên ngoài tng = 32˚C. Nhiệt độ men hoạt hoá ttr = 8˚C. Δt = tng – ttr = 24˚C F: Diện tích truyền nhiệt (m2 ). Coi tổn thất lạnh chủ yếu ở phần thân trụ của thiết bị thì: F = π × Dng × H = 3,14.1,97.(2,4+0,75) = 19,5 m2 . Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.19,5.24 = 561,6 (kJ/h) = 134,2 (kcal/h). Suy ra, lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp trong quá trình hoạt hóa men là : Qhoạt hóa = Qtr + Qtt = 227 + 134,2 = 361,2 (kcal/h).
  47. 47. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 47  Lƣợng nhiệt lạnh lớn nhất cần cấp trong một giờ để tái sử dụng men kết lắng là: Qmen sữa KL = Qrửa men + Qbảo quản + Qhoạt hoá = 12880 + 173,3 + 361,2 = 13414,5 (kcal/h).  Lượng nhiệt lạnh cần cấp để nhân men. + Nhân men cấp II. Lƣợng dịch đƣờng sử dụng để nhân men cấp II bằng 1/10 lƣợng dịch lên men, tức có thể tích 22400 lít. Dịch đƣờng sử dụng để nhân men có nồng độ chất chiết 12˚Bx, có khối lƣợng riêng 1,048kg/l. Khối lƣợng dịch đƣờng dùng để nhân giống cấp II là: mđƣờng = 1,048.22400 = 23475,2 (kg). Lƣợng chất khô có trong dịch đƣờng nhân men cấp II là: mck = 0,12.23475,2 2817 (kg). Trong đó có 80% chất chiết là đƣờng có khả năng lên men. Do đó lƣợng đƣờng lên men là : m = 0,8.2817 = 2253,6 (kg). Coi chất khô chuyển hoá là đƣờng glucozo, 1 kg đƣờng glucozo lên men toả ra nhiệt lƣợng 207,2 kcal. Vậy nhiệt lƣợng toả ra là: Q = 207,2.1690 = 350168 (kcal). Thời gian nhân men giống cấp II là 24h nên nhiệt lƣơng tỏa ra trong 1 giờ là : Q2 = = 14590,3 (kcal/h). Tổn thất lạnh: Qtt = K × F × Δt (kJ/h). Trong đó : K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2 (kJ.m-2 .độ-1 .h-1 ) Nhiệt độ không khí bên ngoài tng = 32˚C Nhiệt độ nhân men sản xuất ttr = 12˚C Δt = tng – ttr = 20˚C. F: Diện tích truyền nhiệt (m2 ). Coi tổn thất lạnh chủ yếu ở phần thân trụ của thiết bị thì: F = π × Dng × H = 3,14.3.(2,8 + 0,72) = 33,2 (m2 ).
  48. 48. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 48 Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.33,2.20 = 796,8 (kJ/h). Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để nhân men cấp II là: QNMcấp II = Q2 + Qtt = 14590,3 + 796,8 = 15387,1 (kcal/h). + Nhân men cấp I: Thể tích dịch nhân men cấp I bằng 1/3 thể tích dịch nhân men cấp II, tức là có thể tích: 7,47 m3 . cũng nhân men ở 12˚C và sử dụng dịch đƣờng có nồng độ chất chiết 12˚Bx. Khối lƣợng dịch đƣờng dùng để nhân giống cấp I là: mđƣờng = 1,048.7470 = 7828,56 (kg). Lƣợng chất khô có trong dịch đƣờng nhân men cấp I là: mck = 0,12.7828,56 939,4 (kg). Trong đó có 80% chất chiết là đƣờng có khả năng lên men. Do đó lƣợng đƣờng lên men là : m = 0,8.939,4 = 751,5 (kg). Coi chất khô chuyển hoá là đƣờng glucozo, 1 kg đƣờng glucozo lên men toả ra nhiệt lƣợng 207,2 kcal. Vậy nhiệt lƣợng toả ra là: Q = 207,2.751,5 = 155719,5 (kcal). Thời gian nhân men giống cấp I là 24h nên nhiệt lƣơng tỏa ra trong 1 giờ là : Q1 = = 6488,3 (kcal/h). Tổn thất lạnh: Qtt = K × F × Δt (kJ/h). Trong đó : K là hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2 (kJ.m-2 .độ-1 .h-1 ) Nhiệt độ không khí bên ngoài tng = 32˚C Nhiệt độ nhân men sản xuất ttr = 12˚C Δt = tng – ttr = 20˚C. F: Diện tích truyền nhiệt (m2 ). Coi tổn thất lạnh chủ yếu ở phần thân trụ của thiết bị thì: F = π × Dng × H = 3,14.2,2.(2+0,51) = 17,3 m2 . Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.17,3.20 = 415,2 (kJ/h) = 99,2 (kcal/h).
  49. 49. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 49 Vậy lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để nhân men cấp I là: QNM cấp I = Q2 + Qtt = 6488,3 + 99,2 = 6587,5 (kcal/h). Lƣợng nhiệt lạnh lớn nhất cần cấp để thực hiện quá trình nhân men là : Qnhân men = QNM cấp II + QNM cấp I = 15387,1 + 6587,5 = 21974,6 (kcal/h). Men sữa có thể tái sử dụng 7 lần, tức là để thực hiện 8 chu kì lên men chỉ cần nhân men cho 1 chu kì đầu còn tái sử dụng men kết lắng trong 7 chu kì sau. Mặt khác ta có Qnhân men > Qmen sữa KL. Do đó lƣợng nhiệt lạnh lớn nhất cần cung cấp trong một ngày để cấp men giống là: QIII = Qcấp men = Qnhân men = 21974,6 (kcal/h). V.4 Tính nhiệt lƣợng QIV * Nhiệt lượng cần cho phân xưởng hoàn thiện sản phẩm. Bia sau lên men có nhiệt độ 2˚C đƣợc làm lạnh xuống –1˚C trƣớc khi thực hiện quá trình lọc trong bia, Δt = 3˚C. Ở điều kiện này ta lấy nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc và chất tan quy theo đƣờng tan là: Cn = 4,190(kJ.kg-1 .độ-1 ), Ct = 1,672(kJ.kg-1 .độ-1 ). Bia sau lên men có nồng độ chất khô là 2,5˚Bx. Nhiệt dung riêng của bia: C = 0,975Cn + 0,025Ct = 4,127(kJ.kg-1 .độ-1 ). Lƣợng bia sau lên men ứng với 1 tank len men là : 212560 lít. + Sau quá trình lên men chính, bia non có hàm lƣợng chất khô khoảng 2,50 Bx, khối lƣợng riêng d = 1,01 (kg/lít). + Khối lƣợng bia tƣơi là : m = 212560.1,01 214686 (kg). Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ bia trong 1 tank lên men là : Q = m.C.∆t = 214686 .4,127.3 = 2658027,5 (kJ). Thời gian hạ nhiệt độ dịch bia 24 h  Q1 = = 110751 (kJ/h) = 26464 (kcal/h). *Nhiệt lượng tổn thất ở các tank thành phẩm. + Bia sau lọc nhiệt độ sẽ tăng lên đến khoảng 1 – 2˚C, sẽ đƣợc tàng trữ trong 4 thùng chứa có vỏ áo lạnh và bảo ôn để giữ ở nhiệt độ 1 – 2˚C. Tổn thất lạnh trong quá trình này là:
  50. 50. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56 Page 50 Qtt = K × F × Δt (kJ/h). K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2(kJ.m-2 .độ-1 .h-1 ). Nhiệt độ không khí bên ngoài tng = 38˚C Nhiệt độ bia tàng trữ ttr = 1 ˚C Δt = tng – ttr = 37˚C F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2 ) Coi tổn thất nhiệt chủ yếu ở thân trụ của các thùng tàng trữ thì: F = π × Dng × H = 3,14.5,01.14,1 222 (m2 ). Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.222.37 = 9857 (kJ/h). Tổn thất lạnh trong 1 ngày ở cả 4 thùng tàng trữ là: Q2 = 4 × Qtt = 4.9857 = 39428 (kJ/h) = 9421 (kcal/h). Vậy nhiệt lƣợng QIV = Q1 + Q2 = 26464 + 9421 = 35885 (kcal/h). V.5 Tính nhiệt lƣợng QV V.5.1 Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng nước 20 C. Nhƣ đã tính toán thiết bị ở trên, thùng nƣớc 20 C có kích thƣớc nhƣ sau : Thể tích thùng là V = 60 m3 . Đƣờng kính trong : D = 4 m. Đƣờng kính ngoài : 4,2 m. bảo ôn bằng polyurethane δ = 100 mm. Chiều cao thùng : H = 4,8 m. Chọn chiều cao đỉnh là : h = 0.6 m. thành thùng dày s = 3 mm + Diện tích hình trụ là : Ftrụ = π.Dng.H = 3,14.4,2.4,8 = 63,3 m2 . + Diện tích đáy là : Fđáy = π. =3,14. = 13,8 (m2 ). + Diện tích đỉnh thùng là : Fđỉnh = 0,5.π.Dng.l = 0,5.π.Dng. = 0,5.3,14.4,2. = 15,3 (m2 ). Vậy diện tích tổng cộng là :

×