Thiết kế phân xưởng sản xuất bia với năng suất 5000 lít/ ngày

n thế giới, nhưng với sự phát triển của nền kinh tế của thời kỳ mở cửa, ngành bia dưới sự chỉ đạo của Đảng và Nhà nước đã được chú ý phát triển mạnh trong những năm gần đây cụ thể là: năm 1990 là 100 triệu lít. 1997 là 670 triệu lít, đến nay bình quân đầu người khoảng 20 lít/người/năm. Cho đến nay, ngoài các nhà máy bia lớn như nhà máy bia Hà nội, nhà máy bia Sài gòn với tổng công suất hàng triệu lít/năm, bên cạnh đó cũng đã xuất hiện nhiều nhà máy sản xuất bia ở hầu hết các tỉnh và thành phố trên cả nước. Bia là loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng với hàm lượng CO2 khá cao, giúp con người giải khát một cách triệt để khi uống, với hương thơm đặc trưng, vị đắng hài hoà, lớp bọt trắng mịn đã tạo nên tính chất cảm quan rất hấp dẫn với con người. Bia là loại sản phẩm thực phẩm bằng cách lên men dịch đường ở nhiệt độ thấp được chế biến từ malt đại mạch, gạo, hoa houblon và nước. Ngoài hai sản phẩm bậc nhất này còn vô số các hợp chất khác tuy ở vai trò và mức độ khác nhau chúng đều tham gia vào việc định hình hương vị của nhiều chỉ tiêu chất lượng khác của bia thành phẩm, ở tỉ lệ cân đối chúng tạo cho bia có tính chất độc đáo mà không hề thấy ở bất kỳ sản phẩm nào khác. Để phù hợp với túi tiền mà GDP đầu người ở nước ta còn thấp, vì thế việc ra đời các xưởng sản xuất bia cỡ vừa và nhỏ có công nghệ hiện đại và chi phí đầu tư ít, vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt đang là vấn đề rất cần thiết, phù hợp với nhu cầu về bia ngày càng tăng. Từ những cơ sở trên mà em đã được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế phân xưởng sản xuất bia với năng suất 5000 lít/ ngày. PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BIA I. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA BIA: I.1.Thành phần của bia: Thành phần của bia phụ thuộc vào đặc tính nguyên liệu và tính chất các quá trình công nghệ nhưng chủ yếu là: - Nước: 80 ữ 90% - Chất hoà tan chiếm: 5,5 ữ 10,7 (chủ yếu là: Gluxit 70% gồm Dextrin và các loại đường Glucô, fructô, pentô…8 ữ 10% là các hợp chất chứa Nitơ trong đó 30 ữ 40% Protit phân tử lượng cao. 50 ữ 60%...). - Chất khoáng chiếm: 3 ữ 4% chất hoà tan. - CO2: 0,3 ữ 0,5%. - Chất chát: 2,5 ữ 6%. II.2.Tính chất của bia thành phẩm: Đánh giá chất lượng của bia thường dựa vào các chỉ tiêu sau đây: 2.1.Mùi và vị của bia: Bia phải có mùi và vị đặc trưng cho từng loại. Bia có mùi thơm của đại mạch, vị đắng dễ chịu của hoa houblon và vị tê của CO2 bão hoà, có vị đắng dịu, ngon, bia không được có mùi chua, mốc, …Mùi vị của bia phụ thuộc vào các yếu tố chất lượng của nguyên liệu sử dụng như malt, hoa houblon và nấm men, chế độ lên men, bảo quản. 2.2. Màu sắc cảm quan: Màu của bia phụ thuộc vào chất lượng của malt, thành phần của nước và kỹ thuật nấu. Màu sắc của bia phụ thuộc vào từng loại, đối với bia vàng thì màu vàng rơm, sáng óng ánh và đạt tiêu chuẩn trong suốt. 2.3. Độ bền của bọt: Đa số những loại đồ giải khát là khả năng tạo bọt và giữ bọt được lâu. Bọt gồm những phần tử CO2 liên kết với nhau trên bề mặt bia. Chất lượng bọt bia có thể xem như là thời gian kể từ thời gian xuất hiện bọt cho đến lúc bọt tan và tốt hay xấu phụ thuộc vào sự bão hoà CO2 trong bia. Các chất tạo bọt abumoza, peptone, chất đắng hoa houblon. 2.4. Độ bền của bia: Độ bền của bia là yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng của bia, bia kém sẽ nhanh chóng bị hỏng, thời gian độ bền phụ thuộc vào sự lên men có hoàn toàn không và khi tàng trữ tránh sự xâm nhập của O2. Lượng hoa houblon càng lớn thì giúp cho bia càng bền. Nếu trong bia hàm lượng CO2 ít và trong bia vẫn còn O2 ở dạng hoà tan là bia kém. Điều kiện tốt nhất để độ bền của bia an toàn là ở nhiệt độ lạnh. II. GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG: Bia có khả năng cung cấp năng lượng tương đối lớn cho cơ thể con người, cứ một lít bia có thể cho ta 400 ữ 600 kcal, mà năng lượng cần thiết cho cơ thể con người bình thường là 3000 ữ 3500kcal/ngày. Trong bia còn có nhiều chất khoáng đặc biệt là: Ca, P và Mg. Lượng Ca cần thiết cho cơ thể là 90mg trong khi đó cứ một lít bia có thể cung cấp cho cơ thể là 20% lượng này. Ngoài ra bia còn chứa một lượng nhỏ các chất kích thích, làm tăng sự tiêu hoá thức ăn của dạ dày. Trong bia cũng chứa nhiều loại vitamin khác nhau (tuy nhiên hàm lượng các vitamin này không nhiều) như vitamin B1, B2, vitaminH… So với chè và cà phê, bia không chứa các kim loại có hại. Còn so với rượu thì hàm lượng rượu êtylic trong bia rất thấp do đó ảnh hưởng xấu đến cơ thể là không nhiều. Tất cả những gì nói ở trên đã khẳng định một điều rằng, nên sử dụng bia một cách hợp lý sẽ rất có lợi cho sức khoẻ, khi uống bia giúp cho con người cảm thấy thoải mái dễ chịu. III. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA: III.1. Malt đại mạch: Malt đại mạch là nguyên liệu chính trong sản xuất bia thường được nhập từ nước ngoài và được bảo quản ở nhiệt độ 33oC. Malt là hạt thóc đại mạch được nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhất định. Qua quá trình nảy mầm một lượng lớn enzim xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch. Trong đó chủ yếu là nhóm amylaza, ngoài ra còn có proteaza và các enzim khác. III.1.1. Cảm quan: - Màu tươi, vỏ óng ánh. - Vị và mùi: ngọt nhẹ, mùi không ủng, vị lạ, chua, mốc. - Độ sạch: không lẫn tạp chất, không lép, vỡ và bị bệnh. III.1.2. Tính chất vật lý: - Dung trọng: 500 ữ 580 g/l. - Trọng lượng tuyệt đối: 28 ữ 38 g/1000 hạt. - Kích thước hạt: chiều rộng > 2,5 mm. - Chiều dài mầm: từ 2/3 ữ 3/4 chiều dài hạt. III.1.3. Thành phần hoá học: Độ ẩm ≤ 7%. Chất hoà tan: 65 ữ 82%. Thành phần hoá học của malt tính theo chất khô. Tinh bột: 60 ữ 65%. Protid: 7 ữ 9%. Cellulo: 4 ữ 6%. Đạm hoà tan: 3%. Chất béo: 2 ữ 3%. Chất khoáng: 2,5 ữ 3%. Saccarozo: 3 ữ 5%. Đường khử: 2 ữ 4%. III.2. Hoa houblon: Hoa houblon đóng vai trò quan trọng trong sản xuất bia. Trong hoa có nhiều cấu tử có ý nghĩa đối với công nghệ làm bia như các chất đắng. Nhờ có hoa mà bia có vị đắng dễ chịu, có hương thơm, bọt tan lâu. Bia bền trong thời gian bảo quản kéo dài và ngoài ra nó có khả năng diệt trùng, tăng độ bền của keo. Hoa houblon được đóng gói cẩn thận, phải bảo quản kho lạnh, tốt, nhiệt độ từ 0,5 ữ 0,2 0C ở nhiệt độ cao không khí ẩm, ánh sáng mặt trời làm giảm phẩm chất của hoa. Trong từng giai đoạn bảo quản. Hiện nay người ta sử dụng hoa dưới hai dạng: hoa viên và cao hoa. Thành phần hoá học của hoa houblon: Độ ẩm: ≤ 12,5%. Xơ: 13,3%. Este: 0,4%. Tro: 7,5%. Các chất chứa Nitơ: 17,5%. Chất đắng: 15 ữ 21%. Tinh dầu thơm: 0,1 ữ 1%. Protid: 9 ữ 15%. III.3. Nước: Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia, nó chiếm khoảng 87 ữ 90%. Do đó thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm sau này. Vì vậy chất lượng nước sử dụng phải khác nước sinh hoạt. Tuỳ theo từng công đoạn khác nhau mà yêu cầu về chất lượng nước cũng khác nhau. III.3.1. Yêu cầu cảm quan: Nước dùng để sản xuất bia phải trong suốt, không có mùi vị lạ. III.3.2. Yêu cầu chất lượng nước dùng trong công nghệ sản xuất bia: Có độ cứng: từ mềm đến trung bình : 4 ữ 50D. Hàm lượng muối cácbonat không quá : 50mg/lít. Hàm lượng muối Mg2+ không quá : 100mg/lít. Hàm lượng muối clorua : 75 ữ 150mg/lít. Hàm lượng CaSO4 : 150 ữ 200mg/lít. NH3 và muối NO2- : không có. Kim loại nặng (As, Ag…) : không có. Hàm lượng Fe2+ : <0,3 mg/lít. Vi sinh vật gây bệnh : <100 tế bào/1cm3. Trực khuẩn Ecoli : < 3 tế bào/1cm3 pH : 6,8 ữ 7. III.4. Nấm men: Nấm men được sử dụng trong sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc chủng loại saccharommyces. Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của chúng là 25 ữ 300C nhưng một số loài vẫn có thể phát triển tốt ở 2 ữ 30C. Chúng ngừng hoạt động ở nhiệt độ > 400C và chết dần nhưng chịu lạnh rất tốt (<-1800C). Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì nó là nhân tố để thực hiện quá trình chuyển hoá đường thành cồn và tạo ra hương vị đặc trưng cho từng loại. III.5. Nguyên liệu thay thế (gạo): Để hạ giá thành sản phẩm, cải tiến mùi vị của bia nhằm mục đích để được lâu, trong quá trình sản xuất bia người ta thường trộn một số đại mạch chưa nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác thay thế nguyên liệu nảy mầm. Do nước ta là nước nông nghiệp nên gạo là loại nông sản phổ biến và giá thành khá rẻ vì vậy ta chọn gạo làm nguyên liệu thay thế. III.5.1. Các chỉ tiêu cảm quan của gạo: Đồng nhất về kích thước, màu sắc, không có hạt bị mốc, mối mọt, không có mùi hôi. Không có cát sạn. Độ ẩm : 12 ữ 14%. Độ hoà tan : 80 ữ 85%. III.5.2. Thành phần hoá học của gạo: Tinh bột : 70 ữ 75%. Các loại đường : 2 ữ 5%. Protid : 7 ữ 8%. Chất béo : 1 ữ 1,5%. Chất khoáng : 1 ữ 1,2%. III.6. Chế phẩm enzim Termamyl 120L: Sử dụng chế phẩm enzim Termamyl 120L để thuỷ phân tinh bột …Đây là chế phẩm dạng lỏng có chứa ỏ – amylaza được sản xuất từ vi khuẩn Bacilis Licheniformis của công ty Novo Đan mạch. Đây là loại enzim endo amylaza có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 1200C. Enzim này xúc tác thuỷ phân liên kết ỏ – 1,4 glucozit một cách ngẫu nhiên. Vì vậy tinh bột nhanh chóng bị thuỷ phân thành các dextrin phân tử lượng thấp, hoà tan trong nước, làm giảm độ nhớt của tinh bột đã được hồ hoá. Ưu điểm của phương pháp dùng Termamyl 120L so với phương pháp không sử dụng Termamyl 120L là: - Tăng hiệu suất thu hồi chất hoà tan. - Tăng được tỷ lệ thay thế. - Có thể tăng nhiệt độ nồi hồ hoá lên đến nhiệt độ sôi mà vẫn đảm bảo cho quá trình dịch hoá tốt. - Thuỷ phân triệt để hơn. III.7. Nguyên liệu phụ trợ: Nguyên liệu phụ trợ trong sản xuất bia chủ yếu là axit, bột trợ lọc, nấm men, chất tẩy rửa, vải lọc… Axit có thể dùng là axit H3PO4 để điều chỉnh pH của dịch đến pH yêu cầu. Các chất dùng cho vệ sinh như HNO3 , NaOH, HCl… Bột trợ lọc: sử dụng bột trợ lọc diatomit. PHẦN II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA I. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG HOÁ: Đường hoá rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình lên men và sản phẩm sau này. I.1. Mục đích: Chiết được tối đa các chất có thể hoà tan trong các nguyên liệu và bỏ qua các chất không hoà tan ra ngoài. Có hai phương pháp chính thường được sử dụng để nấu nguyên liệu là phương pháp ngâm (trích ly) và phương pháp đun sôi từng phần. I.1.1. Phương pháp ngâm (phương pháp trích ly): Khi sử dụng phương pháp này, toàn bộ khối bột malt được đường hoá cùng một lúc, từ điểm nhiệt độ bắt đầu đến nhiệt độ cuối 760C, không có giai đoạn đun sôi. Ưu điểm: quá trình cơ giới hoá, tự động hoá dễ dàng, chế tạo thiết bị ít tốn kém. Nhược điểm: vì chỉ đường hoá tại một nhiệt độ nên không phát huy hết tác dụng của enzim nên hiệu suất chiết thấp. Nếu sử dụng nguyên liệu thay thế sẽ gây lãng phí rất lớn do không chiết hết được chất chiết có trong nguyên liệu thay thế. I.1.2. Đường hoá có sử dụng phương pháp đun sôi: Phương pháp này malt được trộn lẫn với nước thành hồ malt, hồ malt được chia thành từng phần. Các phần này sẽ được đường hoá và đun sôi liên tiếp, sau đó mới được hoà lẫn với khối cháo chính. Ưu điểm: do dịch malt được đun sôi và duy trì tại nhiệt độ thích hợp cho các enzim hoạt động nên hiệu suất chiết tăng, tạo môi trường dinh dưỡng đầy đủ cho nấm men phát triển, tạo sự hài hoà giữa các thành phần trong bia. Có thể sử dụng cho trường hợp sử dụng các nguyên liệu thay thế. Nhược điểm: đun sôi nhiều lần dẫn đến khả năng các chất không có lợi cho chất lượng bia chiết vào dịch nhiều, nếu không khống chế nhiệt độ để lên quá cao thì sẽ tạo các sản phẩm có màu sẫm ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của bia. Nấu theo phương pháp này tốn hơi, tốn thiết bị, đầu tư ban đầu lớn. Dựa vào các ưu nhược điểm của hai phương pháp kể trên ta dùng phương pháp đun sôi từng phần. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay. Phụ thuộc vào số phần của hồ malt chia ra để đường hoá và đun sôi mà người ta chia ra:đun sôi 3 phần, đun sôi 2 phần hay đun sôi 1 phần. So với hai phương pháp còn lại phương pháp đun sôi 1 phần có ưu điểm hơn cả là vì thời gian nấu được rút ngắn và quy trình nấu đơn giản. Phương pháp nấu 1 phần thường được ứng dụng khi chế biến dịch đường có hàm lượng chất hoà tan thấp. Vì vậy mà dùng enzim Termamyl 120L để dịch hoá nguyên liệu với tỷ lệ: 70% malt và 30% gạo. II. PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN: Trong sản xuất bia, thường tiến hành lên men theo hai phương pháp: lên men cổ điển và lên men hiện đại. Cùng với hai phương pháp này là các phương thức lên men khác nhau: lên men gián đoạn, liên tục và bán liên tục. II.1. Chọn phương pháp lên men: Hiện nay có nhiều phương pháp lên men, tuỳ theo thiết bị và chủng nấm men đem sử dụng. II.1.1. Theo thiết bi: Có hai phương pháp lên men: lên men cổ điển, và lên men hiện đại. - Lên men cổ điển: Đặc điểm chính là hai quá trình lên men chính và lên men phụ được tiến hành trong các thiết bị riêng biệt (ở hai phòng lạnh khác nhau, có hệ thống bảo ôn lạnh khác nhau). Ưu điểm: Nhiệt độ lên men thấp 6 ữ 90C nên thời gian lên men kéo dài, sản phẩm thu được có hương vị đậm đà. Nhược điểm: Tốn diện tích mặt bằng, tốn thiết bị, thời gian lên men dài, năng suất giảm. hệ thống làm lạnh lớn, do vậy tốn chi phí đầu tư. Việc vận chuyển dịch lên men từ khu lên men chính sang khu lên men phụ gây tổn thất. - Lên men gia tốc (lên men hiện đại): Với phương pháp này quá trình lên men chính và quá trình lên men phụ được tiến hành trong cùng một thiết bị hình trụ đáy côn, có hệ thống áo lạnh bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ của hai quá trình lên men. Nhiệt độ lên men chính 10 ữ 120C, lên men phụ 0 ữ 20C. Ưu điểm: Thời gian lên men chính nhanh, rút ngắn hơn so với phương pháp lên men cổ điển. Thiết bị lên men gọn, không tốn diện tích mặt bằng phân xưởng. Nhược điểm: Thời gian lên men nhanh làm chất lượng bia có giảm tuy nhiên không khác xa nhiều so với lên men cổ điển. II.1.2. Theo chủng nấm men: Có hai phương pháp lên men chìm và nổi. - Lên men chìm: sử dụng chủng men Saccharomyces carlsbergensis nhiệt độ lên men chính thích hợp 6 ữ 80C. Trong quá trình lên men, nấm men lơ lửng dạng huyền phù trong dịch lên men. Ưu điểm: dễ tách cặn nấm men sau khi lên men chính, thời gian lên men lâu, chủng này còn sử dụng được cả đường rafinoza, làm tăng hiệu suất lên men. Nhược điểm: bia thu được vị nhạt. - Lên men nổi: chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae nhiệt độ lên men cao hơn: 14 ữ 160C. Nấm men kết thành mảng nổi lên trên bề mặt dịch đường. Ưu điểm: bia có vị đậm hơn khi dùng chủng nấm men lên men chìm. Nhược điểm: khó tách cặn nấm men. II.2. Chọn phương thức lên men: II.2.1. Lên men liên tục: Nguyên liệu vào liên tục, sản phẩm lấy ra liên tục. Ưu điểm: công nghệ khép kín, hao tổn sản xuất ít, chất lượng bia đồng đều, nâng cao năng suất thiết bị, hạ giá thành sản phẩm, dễ tự động hoá. Nhược điểm: thiết bị phức tạp cồng kềnh, đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt, khi bị nhiễm thì dễ nhiễm hàng loạt nên khó xử lý. II.2.2. Lên men gián đoạn: Nguyên liệu được đưa vào từng mẻ. Sản phẩm lấy ra từng mẻ. Ưu điểm: thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, khi bị nhiễm thì dễ xử lý. Nhược điểm: năng suất thấp. Do trình độ vận hành, thao tác vô trùng còn hạn chế nên ta chọn phương pháp lên men gián đoạn. Từ những ưu nhược điểm của các phương pháp đã nêu ở trên, kết hợp với điều kiện khách quan, tôi chọn phương pháp lên men như sau: Phương pháp lên men chìm bằng chủng Saccharomyces carlsbergensis trong thiết bị lên men gia tốc hình trụ đáy côn. Phương thức lên men gián đoạn, không qua lên men sơ bộ. III. SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA: III.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia: III.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Gạo sau khi làm sạch được cân (1) định lượng cho một mẻ nấu sau đó được đem vào nghiền ở máy nghiền búa (2) hay còn gọi là nghiền thô sau đó đưa vào nghiền trục (3) nghiền tinh, sau khi nghiền malt và gạo xong ta đem trộn với nước và được đưa vào thùng trung gian (4) và (5). Sau khi trộn, hỗn hợp được đưa vào nồi hồ hoá (6) và nồi đường hoá (7), ở nồi hồ hoá bột gạo được lót 5% bột malt, trộn với nước theo tỷ lệ 1:5 được hỗn hợp có nhiệt độ khoảng 500C, giữ nhiệt độ khoảng 25 phút, có khuấy đều. Ta nâng nhiệt độ nồi cháo lên 870C đây là nhiệt độ trương nở của tinh bột, đạt nhiệt độ này ta giữ nhiệt độ trong 25 phút. Sau đó dần hạ xuống khoảng720C bằng cách cho thêm dịch malt ở 5%, giữ nhiệt độ này khoảng 30 phút, khi đó các enzim trong malt phân cắt mạch của các phân tử tinh bột làm khối cháo loãng ra. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 1000C và giữ nhiệt độ này khoảng 20 phút. Kết thúc quá trình hồ hoá tinh bột. Malt ở nồi (7) được phối trộn với nước theo tỷ lệ 1:5 có nhiệt độ khoảng 35 ữ 370C, cánh khuấy làm việc liên tục trong khoảng 30 phút. Bơm dịch cháo từ nồi hồ hoá (6) sang nồi đường hoá (7) bằng bơm ly tâm (27) đến khi nhiệt độ đạt 520C thì dừng bơm và giữ nhiệt độ này khoảng 20 phút. Tiếp tục bơm toàn bộ lượng dịch cháo còn lại sang nồi đường hoá và điều chỉnh nhiệt độ của nồi đường hoá ở 650C giữ nhiệt độ này 30 phút, rồi nâng nhiệt độ lên 760C giữ nhiệt độ này 30 phút. Kết thúc quá trình đường hoá. Dịch malt sau khi đường hoá được đưa sang máy lọc ép khung bản (9) để tách dịch đường ra khỏi lớp bã malt và các chất không tan khác. Mục đích là lọc dịch malt để tách dịch đường ra khỏi dung dịch thuỷ phân nhằm tách phần lỏng chứa các chất hoà tan khỏi phần bã không hoà tan. Hơi nước được dùng để rửa bã thu hồi những chất hoà tan còn bám ở bã và điều chỉnh khối dịch theo yêu cầu. Kết thúc quá trình lọc dịch đường, lúc này nhiệt độ khoảng 650C và pH < 6, bã được đưa sang thùng chứa (10). Bơm dịch đường sang nồi nấu hoa (11), ở đây xảy ra quá trình nấu dịch đường với hoa houblon nhằm mục đích chiết rút các thành phần có trong hoa houblon vào dịch hèm như chất đắng, chất chát, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa Nitơ và các thành phần khác của hoa, tạo cho hoa có màu sắc, vị đắng, hương thơm đặc trưng làm ổn định thành phần của bia, tăng độ bền sinh học khả năng giữ bọt cho bia và làm bay hơi nước để tăng nồng độ dịch hèm lên 10 ữ 120S theo yêu cầu công nghệ. Quá trình nấu hoa được diễn ra như sau: dịch đường sau khi lọc và rửa bã được chuyển vào nồi nấu hoa, chúng được cấp nhiệt để nâng dần nhiệt độ lên 760C và giữ nhiệt độ này khoảng 10 phút để đường hoá nốt phần tinh bột còn lại trong dịch đường. Đun sôi khối dịch trong 5 phút rồi cho 1/2 lượng hoa dùng cho mẻ nấu vào. Đun sôi khoảng 30 ữ 40 phút rồi cho 1/2 lượng hoa còn lại vào. Tiếp tục đun sôi 30 phút thì kết thúc quá trình nấu hoa, dịch đường khi ra khỏi nồi nấu hoa phải đạt yêu cầu và pH ra khỏi nồi từ 5,3 ữ 5,6. Do đó trong quá trình nấu hoa phải cho thêm phụ gia H3PO4 để điều chỉnh độ pH. Dịch đường sau khi nấu hoa houblon được bơm sang thiết bị xoáy lốc (12). Mục đích của quá trình này là để tách bỏ bã hoa và các chất kết lắng ra khỏi dịch đường, đồng thời lợi dụng sự bay hơi của nước để giảm nhiệt độ dịch đường từ 1000C xuống 900C. Quá trình lắng xoáy và làm nguội sơ bộ là để tạo điều kiện cho sự kết tủa các cặn thô và cặn lắng của dịch đun hoa để tránh cho bia khỏi đục. Dịch được bơm vào thùng theo phương tiếp tuyến tạo thành dòng xoáy dưới tác dụng của lực hướng tâm cặn lắng và các chất không hoà tan có khối lượng lớn sẽ bị xoáy vào giữa tâm thùng và lắng xuống đáy thùng, sau đó dịch được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh còn cặn được dội nước và xả ra ngoài. Thiết bị làm lạnh nhanh (13) kiểu khung bản kín. Khi qua thiết bị làm lạnh đến nhiệt độ 600C xuống nhiệt độ 12 ữ 140C và trải qua hai chế độ làm lạnh. + Cấp 1: tác nhân lạnh là nước lã có nhiệt độ 200C làm lạnh dịch đường xuống 450C. + Cấp 2: chất tải lạnh là nước muối hạ nhiệt độ xuống 12 ữ 140C. Ra khỏi thiết bị làm lạnh nhanh dịch đường có nhiệt độ 140C, độ pH = 5,5 được bổ xung oxy hoà tan rồi được bơm sang thiết bị lên men (14) theo đường đáy thiết bị cùng với lượng men giống dùng cho một mẻ nấu được lấy từ thùng gây men (15), (16). Quá trình lên men là quá trình chuyển hoá các chất đường, các dextrin có phân tử lượng thấp, các hợp chất cao phân tử thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ khác biến dịch đường thành sản phẩm mong muốn là bia. Thời gian lên men chính là 5 ữ 7 ngày, khi lên men chính kết thúc nhiệt độ ở đáy thùng là 40C, rút hết men, đem rửa sạch ở thùng rửa men (17) rồi chuyển sang thùng gây men (15), (16) để chuẩn bị cho mẻ mới. Sau đó toàn bộ dịch đường trong thùng được hạ xuống 0 ữ 20C, quá trình lên men phụ coi như được bắt đầu. Thời gian lên men phụ kéo dài từ 7 ữ 12 ngày lên men phụ kết thúc, cặn men được tháo ra ngoài. Bia non tạo thành được chuyển sang máy lọc (19) để loại bỏ các chất lơ lửng ra khỏi bia. Các chất này bao gồm tế bào nấm men còn sót lại, các hạt phân tán cơ học, các dạng keo… Thiết bị sử dụng để lọc bia là thiết bị lọc khung bản, sử dụng giấy lọc và chất trợ lọc diatomit. Trước khi lọc hoà tan với bột trợ lọc bằng nước sôi để nguội ở 300C trong thùng hoà bột trợ lọc (18), dùng bơm đưa sang máy lọc để tạo màng lọc cho máy lọc. Sau đó tiến hành lọc bia. Bia sau lọc được chuyển vào thiết bị tàng trữ bia tươi (20) ở nhiệt độ 0ữ10C. Hàm lượng CO2 hoà tan trong bia tươi lúc này chưa đạt đến hàm lượng cần thiết, vì vậy ta bổ sung CO2 vào bia. Quá trình hấp thụ CO2 được thực hiện ngay trong thiết bị tàng trữ bia với áp lực khoảng 3 ữ 4 kp/cm2 cho đến khi hàm lượng CO2 trong bia đạt chỉ tiêu tuỳ thuộc loại bia, bia hơi, bia chai. Sau đó bia được đưa sang phân xưởng hoàn thiện. Một phần bia được chiết bock từ máy chiết bock (21) để cho sản phẩm bia hơi bán ra thị trường. Phần còn lại được đưa sang công đoạn đóng chai, ở đây bia được chiết vào chai rồi chuyển sang hầm thanh trùng và chuyển vào kho. PHẦN III: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU Yêu cầu thiết kế phân xưởng nấu của nhà máy bia có năng suất 5000 lít/năm với sản lượng 40% bia hơi và 60% bia chai. Sản phẩm bia hơi có nồng độ dịch đường đem lên men là 100Bx, sản phẩm bia chai có nồng độ dịch đường đem lên men là 120Bx. Trong quá trình sản xuất tổn thất ở các công đoạn là không thể tránh khỏi. Do đó, trong quá trình tính toán cần phải tính đến tổn thất trong các công đoạn, lượng tổn thất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố : chất lượng nguyên liệu, chế độ công nghệ, thiết bị. I. TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM CHO BIA HƠI: I.1. Lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn : Để đơn giản trong quá trình tính toán, ta tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia: + Giả sử tổn thất trong quá trình chiết bock là 1,5%. Vậy lượng bia trước khi chiết bock là: lít. + Giả sử tổn thất trong quá trình sục CO2 là 0,5%. Lượng bia trước khi bão hoà CO2 là: lít. + Giả sử tổn thất trong quá trình lọc bia là 1%. Lượng bia trước khi lọc là: lít. + Giả sử tổn thất trong quá trình lên men chính và phụ là 4%. Lượng dịch đường đưa vào để lên men chính và phụ là : lít. + Giả sử tổn thất chung trong quá trình lắng trong và làm lạnh là 3%, thì lượng dịch đường đưa vào quá trình này là: lít. + Khi làm lạnh dịch đường, thể tích dịch co 4%. Thể tích dịch đường ở 1000C trước khi lắng và làm lạnh nhanh là : lít. + Dịch đường 100S ở 200C có khối lượng riêng là d = 1,039 kg/lít. Khối lượng dịch đường sau quá trình đun hoa ở 200C là : kg. Trong quá trình đun hoa coi lượng chất khô hoà tan bằng lượng chất khô mất đi. + Lượng chất chiết có trong dịch đường 10% (tức là độ Bx=10)đó là : kg. + Gọi tổn hao chất chiết trong quá trình nấu, lọc là 1,5%. Lượng chất chiết cần thiết là : lít. I.2.Tính lượng nguyên liệu cho 1000 lít bia hơi 100S: Malt: Tỷ lệ sử dụng : 70% nguyên liệu. Malt có độ ẩm : 7%. Hệ số hoà tan : 76%. Tổn thất trong quá trình nghiền: 0,5%. Gạo: Tỷ lệ sử dụng : 30% nguyên liệu. Gạo có độ ẩm : 13%. Hệ số hoà tan : 85%. Tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5%. Gọi lượng malt cần dùng là M kg. + Lượng chất chiết thu được từ M kg malt là : + Ta sử dụng 30% nguyên liệu thay thế là gạo. Vậy lượng gạo cần dùng là: + Lượng chất chiết thu được từ gạo là : ( Gạo có độ ẩm 13%, hệ số hoà tan 85%. Tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5%). + Tổng lượng chất chiết thu được là : + Lượng malt cần dùng là : + Lượng gạo cần dùng là : . I.3. Tính lượng men giống: Lượng men giống nuôi cấy tiếp vào trước khi lên men chính (10% so với lượng dịch đưa vào lên men ) là: lít. Lượng men sữa tiếp vào trước khi lên men chính (1% so với lượng dịch đưa vào lên men ) là: lít. I.4. Tính lượng bã malt và gạo: 1.4.1.Lượng bã malt: + Chất khô không hoà tan từ malt là 24% + Giả sử độ ẩm của bã là 80% (độ ẩm phụ thuộc vào thiết bị lọc là máy lọc). + Độ ẩm của malt là 7%. + Tổn thất khi nghiền là 0,5%. + Khối lượng malt đem nấu là 114,67 kg. Khối lượng chất khô không hoà tan từ malt: . Vậy khối lượng bã malt ẩm là: . I.4.2. Lượng bã gạo: Chất khô không hoà tan của gạo là 15%. Độ ẩm bã gạo và gạo lần lượt là 80% và 13%. Tổn thất khi nghiền là 0,5%. * Lượng chất khô không hoà tan từ gạo là: . Vậy lượng bã gạo ẩm là : . Tổng lượng bã khô của gạo và malt là: . Tổng lượng bã gạo và malt ẩm là: . * Lượng nước trong bã (w=80%)là : kg. I.5.Tính lượng nước dùng cho nấu và rửa bã : I.5.1. Trong nồi hồ hoá: + Lượng malt lót dùng là 5% khối lượng , vậy khối lượng nguyên liệu đi vào nồi hồ hoá là: . + Tỷ lệ nước và nguyên liệu là 5:1. Vậy lượng nước đưa vào nồi hồ hoá là: . + Lượng nước mà nguyên liệu đem vào nồi hồ hoá là: . (với 0,13 là độ ẩm của gạo và 0,07 là độ ẩm của malt). Vậy tổng lượng nước trong nồi hồ hoá là: Kết thúc quá trình hồ hoá, dịch hoá, đun sôi thì lượng nước ở nồi hồ hoá bay hơi 5%. Vậy lượng nước trong nồi hồ hoá còn lại là: I.5.2. Lượng nước trong nồi đường hoá: Lượng malt cần sử dụng là 114,67 kg Do tổn thất khi nghiền là 0,5% Lượng nguyên liệu cho vào nồi malt là (trừ 5% lượng malt lót) Tỷ lệ nước và nguyên liệu là 5:1 Lượng nước cần cho vào nồi đường hoá: lít. Vậy lượng nước ban đầu trong nồi malt là: (với 0,07 là độ ẩm của malt) Khi đường hoá thì cho toàn bộ lượng dịch trong nồi hồ hoá sang nồi malt để đường hoá. Do vậy tổng lượng nước có trong nồi đường hoá là: Khi kết thúc quá trình đường hoá thì lượng nước bay hơi 4%, vậy lượng nước còn lại trong nồi đường hoá là: V0= kg. Lượng nước trước khi lọc là: V0= 704,43 lít. Tính lượng nước rửa bã: Thể tích dịch đường khi kết thúc quá trình nấu hoa đi vào thiết bị lắng xoáy là V1= 1152,88 lít (ta bỏ qua lượng nước do hoa houblon mang vào): Lượng nước có trong dịch đường khi kết thúc nấu hoa(dịch đường100S) là: V2= lít. Vì khi nấu hoa thì lượng nước bay hơi 10% nên lượng nước cần thiết trong dịch đường trước khi nấu hoa là V3: V3 = V2 x = lít. Gọi V4 là lượng nước đi theo bã (độ ẩm của bã là W=80%, khối lượng bã=16): V4= lít. Theo cân bằng sản phẩm ta có: V0+ Vnước rửa bã =V4+V3 Vnước rửa bã = V4+V3- V0 V0: lượng nước trước khi lọc = 704,43 lít. V4: lượng nước đi theo bã = 127,6 lít. V3: lượng nước trước khi nấu hoa = 1127,26 lít. Vậy lượng nước cần thiết để rửa bã là: Vnước rửa bã = lít. Tính lượng nước nấu: Tổng lượng nước dùng cho 2 nồi hồ hoá và đường hoá để sản xuất ra 1000 lít bia là V6: V6 = lít. I.6. Tính lượng hoa houblon: Lượng hoa cần dùng dao động trong một giới hạn khá rộng, phụ thuộc vào chất lượng hoa, loại hoa…Đối với bia hơi ta chọn 2g hoa cánh/1lít bia hơi. Vậy tổng lượng hoa cần dùng cho 1000 lít bia là: g/lít bia. Trong bản đồ án này ta sử dụng 30% cao hoa và 70% hoa viên ta biết rằng lượng chất đắng ở các loại hoa như sau: Biết 1 kg hoa viên bằng 1,4kg hoa cánh. Vậy lượng hoa viên là: Biết 1 kg cao hoa bằng 6 kg hoa cánh. Vậy lượng cao hoa là: I.7. Tính lượng enzim Termamyl 120L, cho 1000 lít bia sản phẩm: Sử dụng lượng enzim Termamyl 120L Với tỉ lệ 0,1% so với tổng lượng gạo. Vậy lượng enzim Termamyl 120L là: . I.8. Lượng bột trợ lọc (Diatomic): Lượng bột trợ lọc tuỳ thuộc vào thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 1000 lít bia cần 0,74 kg bột trợ lọc. I.9. Tính các sản phẩm phụ : I.9.1. Tính lượng bã hoa houblon: Ta giả thiết lượng cao hoa hoà tan hết vào dịch đường. Lượng bã hoa là do chất không hoà tan trong hoa viên: Chất khô không hoà tan của hoa houblon là 60% độ ẩm của bã hoa là: W=85%. Vậy khối lượng bã hoa là: Lượng nước có trong bã hoa là: lít. I.9.2. Tính lượng cặn: Cứ 1000 kg nguyên liệu cho 1,75 kg cặn lắng, độ ẩm W=80%. Nguyên liệu để sản xuất 1000 lít bia là: . Sẽ cho lượng cặn là: . I.9.3. Tính lượng sữa men: Cứ 1000 lít bia cho 1,53 lít sữa men, độ ẩm 80% I.9.4. Tính lượng CO2: Theo phương trình lên men: C12H22O11 + H20 = 4 C2H5OH + 4CO2 Cứ 342 g maltoza tạo thành 176 g CO2 . Dịch 100S có d = 1,039 kg/lít. Lượng dịch đường đưa vào lên men là: 107,36 lít. Vậy khối lượng dịch đưa vào lên men là: . Lượng chất chiết trong dịch lên men là: (Nồng độ 100S). . Coi toàn bộ lượng đường có trong dịch là maltoza và hiệu suất lên men là 55%. Lượng CO2 thu được là: Lượng CO2 hoà tan trong bia (2g CO2/ 1lít bia non) là: Lượng CO2 thoát ra là: ở 200C, 1at thì 1m3 CO2 cân nặng 1,832kg. Do đó thể tích bay ra là: m3 Lượng CO2 cần bão hoà thêm để đạt 3,5 g/lít bia là: Thể tích CO2 cần bão hoà thêm là: m3 II. TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM CHO BIA CHAI 120S: Đơn vị tính cho 1000 lít bia thành phẩm. II.1. Tính lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn: + Gọi tổn thất ở khâu chiết chai là 4%. Lượng bia trước khi chiết chai: lít. + Gọi tổn thất do bão hoà CO2 là 0,5%. Lượng bia trước khi bão hoà CO2 lít. + Gọi tổn thất quá trình lọc là 1%. Lượng bia đem đi lọc: lít. + Gọi tổn thất trong quá trình lên men chính và phụ 4%. Lượng dịch đường đem đi lên men chính và phụ. lít + Quá trình lắng trong và lạnh nhanh tổn thất chung là 3%. Vậy lượng dịch đường đưa vào quá trình này là: lít + Lượng dịch trước khi làm lạnh xuống 200C (ở 1000C), co 4% Vậy thể tích dịch đường ở 1000C trước khi lắng xoáy là: lít. + Dịch đường 120C ở 200C có khối lượng riêng là 1,048 kg/lít. Khối lượng dịch đường sau quá trình đun hoa ở 200C là : . Trong quá trình đun hoa ta coi lượng chất khô hoà tan bằng lượng chất khô mất đi. + Lượng chất chiết có trong dịch đường 12% là : . + Giả sử tổn thất chất chiết trong quá trình nấu, lọc là 1,5%. Lượng chất chiết cần thiết là : . II.2. Tính lượng nguyên liệu cho 1000 lít bia chai 120S: Gọi lượng malt cần dùng là M. (Malt có độ ẩm 7%, hệ số hoà tan 76%, tổn thất ._.trong quá trình nghiền 0,5%) + Lượng chất chiết thu được từ M kg malt là : + Ta sử dụng 30% nguyên liệu thay thế là gạo. Vậy lượng gạo cần dùng là: + Lượng chất chiết thu được từ gạo là : (Gạo có độ ẩm 13%, hệ số hoà tan 85%. Tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5%) + Tổng lượng chất chiết thu được là : . + Lượng malt cần dùng là : . + Lượng gạo cần dùng là : . II.3. Tính lượng bã malt và gạo : II.3.1. Lượng bã malt: + Lượng chất khô không hoà tan từ malt là 24%, độ ẩm bã malt là 80% độ ẩm của malt là 7%, khối lượng malt dùng là 148,36 kg, do tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5%: Lượng chất khô không hoà tan từ malt là: . Vậy khối lượng bã malt ẩm là: . II.3.2. Lượng bã gạo: Chất khô không hoà tan của gạo là 15% độ ẩm bã gạo và gạo lần lượt là: 80% và 13%. Lượng chất khô không hoà tan từ gạo là: . Vậy lượng bã gạo ẩm là : . Tổng lượng bã khô của gạo và malt là: . Tổng lượng bã gạo và malt ẩm là: . Lượng nước có trong bã là: lít. II.4. Tính lượng nước dùng cho nấu và rửa bã : II.4.1. Trong nồi hồ hoá: + Lượng malt lót dùng là 5% khối lượng , vậy khối lượng nguyên liệu đi vào nồi hồ hoá là: . + Tỷ lệ nước và nguyên liệu là 5:1. Vậy lượng nước đưa vào nồi hồ hoá là: lít. + Lượng nước mà nguyên liệu đem vào nồi hồ hoá là: lít. (với 0,13 là độ ẩm của gạo và 0,07 là độ ẩm của malt) Vậy tổng lượng nước trong nồi hồ hoá là: lít. Kết thúc quá trình hồ hoá, dịch hoá, đun sôi thì lượng nước ở nồi hồ hoá bay hơi 5%. Vậy lượng nước trong nồi hồ hoá còn lại là: lít. II.4.2. Lượng nước trong nồi đường hoá: Lượng malt cần sử dụng là 148,36 kg Do tổn thất khi nghiền là 0,5% Lượng nguyên liệu cho vào nồi đường hoá là (trừ lượng malt lót) (tỷ lệ nước và nguyên liệu là 5:1) Lượng nước cần cho vào nồi đường hoá là: lít. Vậy lượng nước ban đầu trong nồi đường hoá là: . (với 0,07 là độ ẩm của malt) Khi đường hoá thì cho toàn bộ lượng dịch trong nồi hồ hoá chuyển sang nồi đường hoá để đường hoá. Do vậy tổng lượng nước có trong nồi đường hoá là: lít. Khi kết thúc quá trình đường hoá thì lượng nước bay hơi 4%, vậy lượng nước còn lại trong nồi đường hoá là: V0’= lít. Lượng nước trước khi lọc là: V0’=101,38 lít Tính lượng nước rửa bã: Thể tích dịch đường khi kết thúc quá trình nấu hoa đi vào thiết bị lắng xoáy là V’1= 1182,91 lít (ta bỏ qua lượng nước do hoa houblon mang vào): Lượng nước có trong dịch đường khi kết thúc nấu hoa (dịch đường 120S) là: V’2= lít. Vì khi nấu hoa thì lượng nước bay hơi 10% nên lượng nước cần thiết trong dịch đường trước khi nấu hoa là V3’: V’3=V2’ lít. Gọi V’4 là lượng nước đi theo bã (độ ẩm của bã là W=80%, khối lượng bã ẩm = 206,05): V’4=. Theo cân bằng sản phẩm ta có: V0’+ V’nước rửa bã = V’4+V’3 V’nước rửa bã = V’4+V’3-V0’ V0’: lượng nước trước khi lọc= 1013,74 lít. V’4: lượng nước đi theo bã= 164,84 lít. V’3: lượng nước trước khi nấu hoa= 11.56,62 lít. Vậy lượng nước cần thiết để rửa bã là V’nước rửa bã = lít. Tính lượng nước nấu: Tổng lượng nước dùng cho 2 nồi hồ hoá và đường hoá để sản xuất ra 1000 lít bia là V’6: V’6= lít. II.5. Tính lượng hoa houblon: + Lượng hoa cần dùng để sản xuất bia chai 120S thường dao động trong một giới hạn khá rộng nó phụ thuộc vào chất lượng hoa, loại hoa…ở đây ta chọn 3 g hoa cánh/ 1lít bia chai. Vậy tổng lượng hoa cần cùng cho 1000 lít bia là: 3 x 1000 = 3000 (g) Trong bản đồ án này ta sử dụng 30% cao hoa và 70% hoa viên. Biết cứ 1kg hoa viên = 1,4 kg hoa cánh 1kg cao hoa = 6 kg hoa cánh * Lượng cao hoa cần dùng là: . * Lượng hoa viên cần dùng là: . II.6. Tính lượng enzim Termamyl 120L, cho 1000 lít bia sản phẩm: Sử dụng lượng enzim Termamyl 120L Với tỉ lệ 0,1% so với tổng lượng gạo. Vậy lượng enzim Termamyl 120L là: . II.7. Lượng bột trợ lọc (Diatomic): Lượng bột trợ lọc tuỳ thuộc vào thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 1000 lít bia cần 0,74 kg bột trợ lọc. II.8.Tính các sản phẩm phụ: II.8.1. Tính lượng bã hoa houblon: Ta giả thiết lượng cao hoa hoà tan hết vào dịch đường. Lượng bã hoa là do chất không hoà tan trong hoa viên: Chất khô không hoà tan của hoa houblon là 60% độ ẩm của bã hoa là: W=85% Vậy khối lượng bã hoa là: . Lượng nước có trong bã hoa là: lít. II.8.2. Tính lượng cặn: Cứ 100 kg nguyên liệu cho 1,75kg cặn, W=80% Nguyên liệu để sản xuất 1000 lít bia là: . Sẽ cho lượng cặn là: . II.8.3. Tính lượng sữa men: Cứ 1000 lít bia cho 15,3 lít sữa men, độ ẩm 80% II.8.4. Tính lượng CO2: Theo phương trình lên men C12H22O11 + H20 = 4 C2H5OH + 4CO2 Cứ 342 g maltoza tạo thành 176 g CO2 Dịch 120S có d=1,048 kg/lít. Lượng dịch đường đưa vào lên men là: lít. Vậy khối lượng dịch đưa vào lên men là: . Lượng chất chiết trong dịch lên men là: (Nồng độ 120S) . Coi toàn bộ lượng đường có trong dịch là maltoza và hiệu suất lên men là 55%. Lượng CO2 thu được là: . Lượng CO2 hoà tan trong bia (2g CO2/ 1lít bia non) là: . Lượng CO2 thoát ra là: . Ở 200C, 1at thì 1m3 CO2 cân nặng 1,832kg. Do đó thể tích bay ra là: m3. Lượng CO2 cần bão hoà thêm để đạt 4,5 g/lít bia là: . Thể tích CO2 cần bão hoà thêm là: m3. Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm bia Hơi Stt Danh mục Đơn vị 1000 lít 2500 lít 12500 lít 1500000 lít 1 Malt Kg 114,67 286,68 14333,75 172005 2 Gạo Kg 49,14 122,85 6142,5 73710 3 Hoa viên Kg 1 2,5 125 1500 4 Cao hoa Kg 0,1 0,25 12,5 150 5 Nước cho vào nồi hồ hoá lít 170 425 21250 255000 6 Nước cho vào nồi đường hoá lít 558,26 1395,65 69782,5 837390 7 Nước rửa bã lít 550,43 1378,08 68803,75 825645 8 Bột trợ lọc kg 0,74 1,85 92,5 1110 9 (Bã malt + gạo) ẩm kg 159,25 398,125 19906,25 238875 10 Bã hoa kg 4 10 500 6000 11 Cặn lắng kg 143,33 358,33 17916,25 214995 12 Sữa men lít 15,3 38,25 1912,5 22950 13 CO2 thoát ra m3 16,11 40,28 2013,75 24165 14 CO2 cần bổ xung m3 0,841 2,1025 105,125 1261,5 15 Termamyl 120L kg 0,0489 0,1225 6,1125 73,35 16 Men giống lít 107,353 268,383 13419,125 161029,5 17 Men sữa lít 10,733 26,833 1341,63 16099,5 18 Dịch đường đưa vào lắng trong lít 1152,88 2883,2 144110 1729320 19 Dịch trước lên men lít 1073,57 2683,925 134196,25 1610355 20 Bia trước lọc lít 1030,63 2575,8 128790 1545480 21 Bia sau khi lọc lít 1020,32 2550,8 127540 1530480 22 Bia đã bão hoà CO2 lít 1015,22 2538,05 126902,5 1522830 Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm bia Chai Stt Danh mục Đơn vị 1000 lít 2500 lít 12500 lít 1500000 lít 1 Malt kg 148,36 370,95 18547,5 222570 2 Gạo kg 63,58 158,95 7947,5 95370 3 Hoa viên kg 1,5 3,75 185,5 2250 4 Cao hoa kg 0,15 0,375 18,75 225 5 Nước cho vào nồi hồ hoá lít 332,15 830,375 41518,75 498225 6 Nước cho vào nồi đường hoá lít 722,3 1805,75 9028,75 1083450 7 Nước rửa bã lít 159,4 398,5 19925 239100 8 Bột trợ lọc kg 0,74 1,85 92,5 1110 9 (Bã malt + gạo) ẩm kg 206,05 515,125 25756,25 309075 10 Bã hoa kg 6 15 750 9000 11 Cặn lắng kg 185,44 463,6 23180 278160 12 Sữa men lít 15,3 38,25 1912,5 22950 13 CO2 thoát ra m3 20,246 50,615 2530,75 30369 14 CO2 cần bổ xung m3 1,434 3,585 179,25 2151 15 Termamyl 120L kg 0,06326 0,158 7,908 94,89 16 Men giống lít 110,153 275,38 13769,13 165229,5 17 Men sữa lít 11,0153 27,54 1376,91 16522,95 18 Dịch đường đưa vào lắng trong lít 1182,91 2957,28 147863,75 1774365 19 Dịch trước lên men lít 1101,53 2753,83 137691,25 1652295 20 Bia trước lọc lít 1057,47 2643,68 132183,75 1586205 21 Bia sau khi lọc lít 1046,90 2617,25 130862,5 1570350 22 Bia đã bão hoà CO2 lít 1041,67 2604,175 130208,75 1562505 `PHẦN IV: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ Việc tính toán và chọn thiết bị trong quá trình sản xuất phải đảm bảo nguyên tắc là đáp ứng được yêu cầu về năng suất của nhà máy, cũng như kinh tế. Các máy móc đáp ứng được năng suất đặt ra, tức là thiết bị phải được tính toán theo lượng nguyên liệu nhiều nhất của một mẻ nấu. Như đã tính toán, ta tính thiết bị dựa vào lượng nguyên liệu sử dụng để sản xuất bia chai 12oS và hệ thống xử lý và vận chuyển nguyên liệu. I. THIẾT BỊ TRONG CÔNG ĐOẠN NẤU: I.1. Cân: Nguyên liệu cần cân gồm: Malt và gạo ta chọn cân sử dụng với mã cân là: 500 kg và 5kg. I.2. Máy nghiền: Dựa vào khối lượng malt và gạo đã tính ở trên ta chọn máy nghiền với năng suất: 1000 kg/h. I.3. Thùng chứa bột malt: Chọn thùng chứa có: Đường kính: D = 1000 mm. Chiều cao : H = 1400 mm. I.4. Thùng chứa bột gạo: Chọn thùng chứa có: Đường kính: D = 600 mm. Chiều cao : H = 1000 mm. I.5. Bơm: Sử dụng 4 bơm có công suất 20 m3/h. Bơm 1: bơm dịch từ nồi hồ hoá sang nồi đường hoá, từ nồi đường hoá sang máy lọc khung bản. Bơm 2: bơm dịch từ máy lọc khung bản sang nồi nấu hoa. Bơm 3: bơm dịch từ nồi nấu hoa sang thùng lắng xoáy. Bơm 4: bơm dịch từ thùng lắng xoáy sang thiết bị lạnh nhanh. I.6. Máy lạnh nhanh: Chọn thiết bị lạnh nhanh loại tấm bản 2 cấp, cấp thứ nhất làm lạnh sơ bộ bằng nước lạnh, cấp thứ hai làm lạnh bằng dung dịch muối. Thời gian làm lạnh là 1 giờ. Vậy chọn năng suất là 5 m3/h. I.7. Nồi hồ hoá: Lượng gạo đưa vào nồi nấu là: . Lượng Malt lót sử dụng (5% so với nguyên liệu thay thế) là: . Tỷ lệ nước : bột = 5:1. Tổng khối lượng dịch của hỗn hợp trong nồi hồ hoá là: . Khối lượng riêng của dịch bột là 1,08 kg/lít. Vậy tổng thể tích hỗn hợp là: lít. Hệ số sử dụng của nồi nấu là 75%. Vậy thể tích của nồi nấu là : lít. Chọn nồi nấu cháo là thùng hai vỏ, được chế tạo bằng thép không rỉ, đáy cầu, đỉnh cầu, có Dt = 1200 mm. I.7.1. Tính độ bền cho thiết bị: Đường kính thân trong: 1200 mm. Đường kính trong thân ngoài: 1280 mm. Chiều cao đáy trong: 300 mm. Chiều cao đáy ngoài: 350 mm. Áp suất hơi đốt: 2,5 at. Vật liệu chế tạo: Thép SUS.304. Hơi nước bão hoà ở áp suất 2,5 at . Tra ở [1-310]. Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ. Giới hạn bền kéo: sk = 550.106 N/m2. Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk= 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch= 1,5. Thiết bị nấu hồ hoá thuộc loại I và nhóm 2 nên hệ số hiệu chỉnh ta chọn là: h= 0,9. Tính ứng suất cho phép: Ứng suất cho phép khi kéo: [sk] = = N/m2. Ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy: [sCh] = = N/m2. Ứng suất cho phép khi tính toán là giá trị bé hơn trong hai kết quả vừa tính được: [s]=132.106 N/m2. Tính chiều dày thân ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày thân thiết bị được tính theo công thức: Tra ở [2-360]. , m. Trong đó: Dt = 1,2 m. P: áp suất trong áo hơi, N/m2. [s]=132.106 N/m2. jh = 0,95 ( hệ số bền theo phương dọc của thân). C: hệ số bổ sung, m. C= C1+ C2 + C3. Trong đó: C1: hệ số bổ sung do ăn mòn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mòn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Vì thép SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: £ >. Nên có thể bỏ qua P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta được : S = + C, m. S = 1,3.10-3 + C. Giả sử chiều dày là 4 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoá là: S = 1,3.10-3 + 0,4.10-3 = 1,7.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 4.10-3m = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. . Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào công thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 4 mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. Tính chiều dày đáy ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385]. Trong đó: Dt = 1,2 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao phần lồi của đáy, m. hb: 0,35 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Khi ở đáy có lỗ tháo nước ngưng đường kính d = 0,032 mm, k được tính theo công thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,2 = 0,975. Do: > . Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tính S. Thay số ta có: S = S – C = 1,3 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,3 + 2,18 = 3,48 mm. Quy chuẩn: S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị ở áp suất thử theo công thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đáy trong S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày nắp chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2- 385]. Trong đó: Dt = 1,2 m. P: áp suất trên bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,3 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Trên đỉnh nắp có gắn một ống thoát hơi đường kính 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,2 = 0,85. Vì: > Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = . S = 0,84.10-3 + C , m. S – C = 0,84 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy: S = 0,84 + 2,12 = 2,96 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp áp suất thử bằng công thức: [2-836]. N/m2. Do đó S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày thân trong chịu áp lực ngoài: Chiều dày thân trong thiết bị được tính theo công thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Trong đó: Pn: áp suất bên ngoài tính ở trên. Et: môđun đàn hồi với Et=200.109N/m2. l: chiều dài tính toán( chiều cao). Thay số ta có: S = 1,25.1,2C, m. = 7,47.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm. Tra ở bảng XIII.9. Do đó: S = (7,47 + 1,8).10-3 = 9,27.10-3m. Ta lấy S = 10 mm. Thoả mãn điều kiện trên. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = <. Vậy S = 10 mm thoả mãn yêu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.7.2. Tính cân bằng nhiệt lượng và bề mặt truyền nhiệt: Dùng thiết bị hai vỏ để đun nóng dung dịch (dùng hơi nước bão hoà), phương trình cân bằng nhiệt lượng được xác định như sau: . Trong đó:. . G: khối lượng dung dịch, kg. C: Nhiệt dung riêng của dung dịch kcal/kg.độ. Cng: nhiệt dung riêng của nước ngưng. C = 4,258 J/kg.độ = 1,017 kcal/kg.độ. tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, 0C. : nhiệt độ của nước ngưng,0C. : nhiệt lượng riêng của hơi nước bão hoà, kcal/kg. D: lượng hơi nước bão hoà, kg/h. Hơi nước bão hoà ở P = 2,5 at. [1-378]. 0C. kcal/kg. Tính nhiệt dung riêng của dịch trong nồi hồ hoá: Nhiệt dung riêng được xác định theo công thức: C =.C1 + .C2 Trong đó: C1: nhiệt dung riêng của chất hoà tan, C1 = 0,34 kcal/kg.0C. C2: nhiệt dung riêng của nước C2 = 1 kcal/kg.0C. w: hàm ẩm của dịch cháo, %. Lượng chất khô có trong nồi hồ hoá là: 158,155 x 0,87 + 7,9475 x 0,93 = 144,99 kg. Vậy: w = . Do đó: C = kcal/kg.0C. Quá trình hồ hoá nhiệt lượng được xác định ở chu kỳ tải nhiệt lớn nhất, tức là thời gian đun từ 520C ữ 850C trong khoảng 23 phút: Q = G.C.(tc – tđ). Thay số ta có: Q = 996,615 x 0,9 x (85 – 52) = 29599,47 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta tính được lượng hơi nước bão hoà cần dùng là: D =. D = kg/h. Quá trình làm nguội dịch từ 850C xuống 720C trong 10 phút. Như vậy với lượng hơi đốt cấp vào trong 23 phút là 149,179 kg/h nên ta có: Q = kg/phút. Do đó để hạ nhiệt độ xuống 720C thì cứ mỗi phút hạ 57,19 kg hơi trong vòng 10 phút. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 720C lên 1000C trong 20 phút. Ta tính được: Q = G.C.(tc – tđ). Q = 996,615 x 0,9 x (100 – 72) = 25114,698 kcal. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta tính lượng hơi nước bão hoà cần dùng: D =. D = kg/h. Tính bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt xác định được ở nhiệt độ lớn nhất từ 720C ữ 1000C. Q = 25114,698 kcal. Hệ số truyền nhiệt của nồi hai vỏ lấy giá trị trung bình từ 400 ữ 1200 kcal/m2.h.độ. [3-188]. Ở đây ta chọn K = 1000 kcal/m2.h.độ. Vậy: Q = K.F... Trong đó: F: bề mặt truyền nhiệt, m2. : hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C. . 0C. 0C. Vậy: 0C. Bề mặt truyền nhiệt được xác định: F = m2. I.8. Nồi đường hoá: Tỷ lệ nước: malt là 5:1. Tổng khối lượng của hỗn hợp trong nồi là: (369,095 – 7,9475) x 6 = 2166,887 kg. Khối lượng riêng của hỗn hợp d = 1,08 kg/lít. Vậy thể tích của hỗn hợp dịch malt là: Vm = lít. Khi đường hoá ta cho cả lượng dịch ở nồi hồ hoá sang: Thể tích dịch cháo ở nồi hồ hoá là: 922,792 lít. Khi kết thúc quá trình hồ hoá, bay hơi 5% lượng nước. Vậy thể tích dịch thực tế đưa từ nồi hồ hoá sang nồi đường hoá là: Vg = 922,792 x 0,95 = 876,65 lít. Tổng thể tích dịch trong nồi đường hoá là: 2006,375 + 876,65 = 2883,025 lít = 2,883 m3. Thể tích nồi đường hoá cần là: V = m3. Chọn nồi đường hoá là nồi hai vỏ, được chế tạo bằng thép không rỉ, đáy cầu, đường kính là: Dt = 1800 mm. Đáy và nắp thiết bị: Chọn nắp elíp có gờ. Với Dt = 1,8 m ta tra được: [2-383]. ht = 40 mm. h = 350 mm. S = 2,31 m2. Chiều cao thiết bị H = 1,95 m. I.8.1. Tính độ bền cho thiết bị: Đường kính thân trong: 1800 mm. Đường kính trong thân ngoài: 1880 mm. Chiều cao đáy trong: 350 mm. Chiều cao đáy ngoài: 400 mm. Áp suất hơi đốt: 2,5 at. Vật liệu chế tạo: Thép SUS.304. Hơi nước bão hoà ở áp suất 2,5 at, t0 = 126,250C. Tra ở [1-312]. Tính chất vật lý.Tra ở [1-310]. Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ. Giới hạn bền kéo: sk = 550.106 N/m2. Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk= 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch= 1,5. Thiết bị nấu hồ hoá thuộc loại I và nhóm 2 nên hệ số hiệu chỉnh ta chọn là: h= 0,9. Tính ứng suất cho phép: Ứng suất cho phép khi kéo: [sk] = = N/m2. Ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy: [sCh] = = N/m2. Ứng suất cho phép khi tính toán là giá trị bé hơn trong hai kết quả vừa tính được: [s]=132.106 N/m2. Tính chiều dày thân ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày thân thiết bị được tính theo công thức: Tra ở [2-360]. , m. Trong đó:Dt = 1,480 m. P: áp suất trong áo hơi, N/m2. [s]=132.106 N/m2. jh = 0,95 ( hệ số bền theo phương dọc của thân). C: hệ số bổ sung, m. C= C1+ C2 + C3. Trong đó: C1: hệ số bổ sung do ăn mòn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mòn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Vì thép SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: £ >. Nên có thể bỏ qua P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta được : S = + C, m. S = 1,5.10-3 + C. Giả sử chiều dày chiều dày là 3 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoá là: S = 1,5.10-3 + 0,3.10-3 = 1,8.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 3.10-3m = 3 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. . Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào công thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 3 mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. Tính chiều dày đáy ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385]. Trong đó: Dt = 1,8 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao gờ của đáy, m. hb: 0,4 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Khi ở đáy có lỗ tháo nước ngưng đường kính d = 0,032 mm k được tính theo công thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,8 = 0,975. Do: > . Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tính S. Thay số ta có: S = S – C = 1,5 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,5 + 2,18 = 3,68 mm. Quy chuẩn: S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị ở áp suất thử theo công thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đáy trong S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày nắp chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2- 385]. Trong đó: Dt = 1,8 m. P: áp suất trên bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,4 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Trên đỉnh nắp có gắn một ống thoát hơi đường kính 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,8 = 0,85. Vì: > Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = . S = 0,8.10-3 + C , m. S – C = 0,8 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy S = 0,8 + 2,12 = 2,92 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp áp suất thử bằng công thức: [2-836]. N/m2. Do đó S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày thân trong chịu áp lực ngoài: Chiều dày thân trong thiết bị được tính theo công thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Pn: áp suất bên ngoài thiết bị. Áp suất tính toán bên ngoài gồm cả độ chân không trong thiết bị. Pn = Plv + Pmt = 0,25.106 + 0,1.106 = 0,35.106. Et: môđun đàn hồi với Et = 200.109 N/m2. l: chiều dài tính toán( chiều cao). Thay số ta có: S = 1,25.1,4C, m. = 9,95.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm tra ở [2-364]. Do đó: S = (9,95 + 1,8).10-3 = 11,75.10-3m. Ta lấy S = 12 mm. Thoả mãn điều kiện trên. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = <. Vậy S = 12 mm thoả mãn yêu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.8.2. Tính bề mặt truyền nhiệt: Quá trình nhiệt trao đổi ở nồi đường hoá được chia thành các giai đoạn sau: Trộn gạo với nước ở nhiệt độ thích hợp được hỗn hợp ban đầu có nhiệt độ khoảng 370C, giữ khoảng 30 phút. Nâng dịch từ 370C lên 520C trong 20 phút, duy trì tại nhiệt độ 520C trong 30 phút. Nâng nhiệt độ từ 520C lên 650C trong 10 phút, giữ ở 650C trong 30 phút. Nâng nhiệt độ từ 650C lên 760C trong 10 phút, giữ ở 760C trong khoảng 30 phút đến khi đường hoá kết thúc. Tính nhiệt dung riêng của dịch trong nồi đường hoá: Nhiệt dung riêng được xác định theo công thức: C.M = Cm.Mm + Cc.Mc + Cn.Mn. Trong đó: C, Cm, Cc, Cn: Nhiệt dung riêng của dịch, malt, gạo, nước, kcal/kg.độ. M, Mm, Mc, Mc: khối lượng của dịch, chất khô của malt, cháo, gạo, nước, kg. Trong malt có 84% chất khô, 6% nước. Với: Cm = 0,34 kcal/kg.độ. Cc = 0,9 kcal/kg.độ. Cn = 1 kcal/kg.độ. Ta có: C = . C= kcal/kg.độ. Quá trình nâng nhiệt độ từ 370C lên 520C trong 20 phút. Q = G.C.(tc- tđ). Trong đó: G = 508,66 x 2 = 1017,32 kg. C = 0,91 kcal/kg.độ. Vậy: Q = 1017,32 x 0,91 x (52-37) = 13886,42 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà: D =. D = kg/h. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 520C lên 650C trong 10 phút. Ta tính được: Q = G.C.(tc- tđ). Q = 1017,32 x 0,91 x ( 65- 52) = 12034,896 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà cần dùng: D =. D = kg/h. Quá trình nâng nhiệt độ từ 650C lên 760C trong 10 phút. Q = G.C.(tc – tđ). Q = 1017,32 x 0,91 x (76 – 65) = 10183,37 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình tính cân bằng nhiệt lượng hơi nước bão hoà: D =. D = kg/h. Tính bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 650C ữ 760C. Q = 61100,24 kcal/h. Ta có công thức truyền nhiệt được tính như sau: Q = K.F... K được chọn là: 1000 kcal/m2.h.độ. : hiệu số nhiệt độ trung bình. 1= 126,25 – 65 = 61,250C. 2= 126,25 – 75 = 50,250C. Vì: 0C<0C. Do đó hiệu số nhiệt độ trung bình được tính theo công thức: = 0C. Suy ra: F = m2. I.9. Nồi nấu hoa: Lượng dịch sau khi đun hoa trong một mẻ nấu là: 2957,28 lít. Nước bay hơi trong quá trình nấu hoa là 10%. Vì vậy lượng dịch trong thùng nấu hoa trước khi đun là: lít. Lấy hệ số đổ đầy nồi là 75%, vậy thể tích của nồi là: V = lít. Chọn nồi nấu hoa là nồi hình trụ, hai vỏ, được chế tạo bằng thép không gỉ, đáy cầu đỉnh elip với đường kính: Dt = 1900 mm. Nắp elíp có gờ: Với Dt = 1,9 tra được: [2-383]. ht= 40 mm. h = 450 mm. S = 3,76 m2. I.9.1. Tính độ bền cho thiết bị: Đường kính thân trong: 1900 mm. Đường kính trong thân ngoài: 1980 mm. Chiều cao đáy trong: 450 mm. Chiều cao đáy ngoài: 500 mm. Áp suất hơi đốt: 2,5 at. Vật liệu chế tạo: Thép SUS.304. Hơi nước bão hoà ở áp suất 2,5 at có: t0 = 126,250C tra ở [1-312]. Tính chất vật lý của thép SUS.304 .Tra ở [1-310]. Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ. Giới hạn bền kéo: sk = 550.106 N/m2. Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk= 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch= 1,5. Thiết bị nấu hồ hoá thuộc loại I và nhóm 2 nên hệ số hiệu chỉnh ta chọn là: h= 0,9. Tính ứng suất cho phép: Ứng suất cho phép khi kéo: [sk] = = N/m2. Ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy: [sCh] = = N/m2. Ứng suất cho phép khi tính toán là giá trị bé hơn trong hai kết quả vừa tính được: [s]=132.106 N/m2. Tính chiều dày thân ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày thân thiết bị được tính theo công thức: Tra ở [2-360]. , m. Trong đó: Dt = 1,980 m. P: áp suất trong áo hơi, N/m2. [s]=132.106 N/m2. jh = 0,95 ( hệ số bền theo phương dọc của thân). C: hệ số bổ sung, m. C= C1+ C2 + C3. Trong đó: C1: hệ số bổ sung do ăn mòn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mòn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Vì thép SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: £ >. Nên có thể bỏ qua P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta được : S = + C, m. S = 1,87.10-3 + C. Giả sử chiều dày là 3 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoá là: S = 1,87.10-3 + 0,3.10-3 = 2,17.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 3.10-3m = 3 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. . Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào công thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 3 mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. Tính chiều dày đáy ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385]. Trong đó: Dt = 1,98 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao phần lồi của đáy, m. hb: 0,5 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Khi ở đáy có lỗ tháo nước ngưng đường kính d = 0,032 mm k được tính theo công thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,98 = 0,975. Do: > . Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tính S. Thay số ta có: S = S – C = 1,89 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,89 + 2,18 = 4,07 mm. Quy chuẩn: S = 5 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị ở áp suất thử theo công thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đáy trong S = 5 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày nắp chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2- 385]. Trong đó: Dt = 1,9 m. P: áp suất trên bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,3 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Trên đỉnh nắp có gắn một ống thoát hơi đường kính 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,9 = 0,85. Vì: > Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = . S = 0,89.10-3 + C , m. S – C = 0,89 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy S = 0,89 + 2,12 = 3,01 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp áp suất thử bằng công thức: [2-836]. N/m2. Do đó S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày thân trong chịu áp lực ngoài: Chiều dày thân trong thiết bị được tính theo công thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Pn: áp suất bên ngoài thiết bị. Áp suất tính toán bên ngoài gồm cả độ chân không trong thiết bị. Pn = Plv + Pmt = 0,25.106 + 0,1.106 = 0,35.106. Et: môđun đàn hồi với Et = 200.109 N/m2. l: chiều dài tính toán( chiều cao). Thay số ta có: S = 1,25.1,6C, m. = 11,01.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm tra ở [2-364]. Do đó: S = (11,01 + 1,8).10-3 = 11,81.10-3m. Ta lấy S = 12 mm. Thoả mãn điều kiện trên. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = <. Vậy S = 12 mm thoả mãn yêu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.9.2. Tính bề mặt truyền nhiệt: Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 650C lên 760C trong 30 phút. Q = G.C.(tc- tđ). Trong đó: G = 4381,16 x 2 = 8762,32 kg. C = 0,91 kcal/kg.độ. Vậy: Q = 8762,32 x 0,91 x (76-65) = 87710,82 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà: D =. D = kg/h. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 760C lên 1000C trong 30 phút. Ta tính được: Q = G.C.(tc- tđ). Q = 8762,32 x 0,91 x ( 100- 76) = 271106,18 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà cần dùng: D =. D = kg/h. Quá trình đun sôi dịch ở 1000C trong 70 phút. Vì thực hiện quá trình đun sôi nên Q được tính theo công thức: Q = 540.W, kcal. Trong đó: 540 kcal/kg: Nhiệt hàm của hơi nước bão hoà ở 2,5 at. W: khối lượng nước bay hơi. W = 0,1 x 8762,32 = 876,23 kg. Thay số tính được: Q = 540 x 876,23 = 473164,2 kcal. Q = kcal/h. Tính bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 760C ữ 1000C. Q = 405569,3 kcal/h. Ta có công thức truyền nhiệt được tính như sau: Q = K.F... K được chọn là: 1000 kcal/m2.h.độ. : hiệu số nhiệt độ trung bình. 1= 126,25 – 76 = 50,250C. 2= 126,25 – 100 = 26,250C. Vì: 0C<0C. Do đó hiệu số nhiệt độ trung bình được tính theo công thức: = 0C. Suy ra: F = m2. II. THIẾT BỊ TRONG CÔNG ĐOẠN LÊN MEN: II.1. Thiết bị lên men: Dịch đường được tiến hành lên men chính và phụ trong cùng một thiết bị. Do vậy ta chọn thùng lên men có thể tích chứa đủ lượng dịch đường của một ngày sản xuất 2 mẻ. Chọn thùng lên men hình trụ, đáy côn, bên ngoài có khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị làm bằng thép không rỉ, có trang bị hệ thống sục khí, van, nhiệt kế, kính quan sát. Thiết bị lên men chính được thiết kế theo kiểu thân trụ đáy côn, nắp hình côn. Để đáp ứng được yêu cầu công nghệ, thiết bị phải thoả mãn một số yêu cầu kĩ thuật sau. Áp lực lớn nhất trên bề mặt dịch: P = 1,7kp/cm2. Áp lực được gây ra do thiết bị kín có lượng khí CO2 thoát ra trong quá trình lên men. Nhiệt độ cao nhất trong quá trình lên men chính là: t1 = 14o C. Nhiệt độ làm việc thích hợp của men là: t1 = 0o C. Góc đáy thích hợ._.