Tính toán, thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy bia công suất 50 triệu lít/năm

i dân phương tây. Đối với nước ta là một nước đang trên đà phát triển, cùng với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, do đó nhu cầu tiêu thụ bia đóng một vai trò quan trọng. Trong khi đó ở nước ta lượng bia do các nhà máy sản xuất ra vẫn còn thấp. Vì vậy để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ, ta phải xây dựng thêm các nhà máy sản xuất bia mới. Khi xây dựng sản xuất bia mới thì ngoài việc lựa chọn công nghệ sản xuất, thiết kế các thiết bị, dây truyền sản xuất... còn phải tính toán lượng nhiệt và thiết kế hệ thống lạnh, nhằm cung cấp đủ lượng nhiệt cho toàn bộ nhà máy. Đối với em là một sinh viên thuộc viện KH&CN Nhiệt Lạnh, sau quá trình học tập dưới sự dẫn dắt của các thầy cô trong ngành, nay đã có cho mình một khối kiến thức tương đối đầy đủ, nên việc giao thiết kế nhà máy bia là khá phù hợp. Với sự hạn chế của bản thân, nên bản đồ án này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý thêm của các thầy cô và các bạn. Chương I: Giới thiệu tổng quan về công ty cổ phần bia Nghệ An và sự cần thiết phải mở rộng nhà máy bia, nâng công suất 50 triệu lít/năm I.1.Giới thiệu tổng quan về công ty cổ phần bia Nghệ An Nhà máy bia Nghệ An nằm trong thành phố Vinh Nghệ An thuộc miền trung của Việt Nam đây chính là cầu nối giữa hai miền Nam Bắc, do đó vị trí địa lý của nhà máy bia rất thuận tiện cho sự phát triển của nhà máy bia, nó là đầu mối giao thông thuận tiện cho việc cung cấp bia cho các tỉnh miền Trung, miền Nam, miền Bắc. Nhà máy bia nằm trên khu vực miền trung với điều kiện thời tiết khắc nhiệt do đó nhu cầu giải khát là một yếu tố cần thiết nhất là đối với bia. Với bia đây là một loại giải khát rất phổ biến và rất được nhiều người dân ưa chuộng. Miền trung là nơi có nguồn lực lao động rất lớn, con người miền trung có sự chăm chỉ, cần cù. Chính vì thế mà việc tăng công suất của nhà máy bia Nghệ An lên 50 triệu lít/năm là một điều rất quan trọng. Nhà máy bia Nghệ An trước kia với số vốn đầu tư nhỏ, nhà máy đã đầu tư xây lắp với công suất ban đầu là 3 triệu lít/ năm sản xuất với dây truyền công nghệ Đan Mạch sau đó công xuất của nhà máy liên tục được tăng lên 7 triệu lít/năm 12 triệu lít/năm, 18 triệu lít/năm, và bây giờ với nhu cầu tiêu thụ bia lớn ban lãnh đạo nhà máy quyết định nâng công suất lên 50 triệu lít/năm, với vị trí địa lý thuận lợi nhà máy lại nằm trên dải đất rộng của thành phố Vinh. Nhà máy dần dần mở rộng bằng cách mua thêm các mảnh đất gần nhà máy bia. Để mở rộng nhà máy bia với quy mô sản suất lớn hơn, chất lượng hơn. Nhà máy ngoài các trang thiết bị máy móc của hệ thống cũ còn sử dụng được nay tăng thêm năng suất của nhà máy lên, ta cần bổ xung thêm các trang thiết bị máy móc hiện đại hơn, chất lượng hơn. Để đảm bảo yêu cầu sản suất phù hợp với công nhân sao cho an toàn hơn dễ sử dụng vận hành hơn. Trang thiết bị của nhà máy bia Nghệ An hiện nay còn sử dụng tốt, như đối với hệ thống tank lên men, nhà máy hiện nay có 22 tank nằm trong nhà gần hệ thống nấu cũ và hệ thống nhà chiết bia ngoài ra còn có 12 tank lên men có dung tích 36 m3 mới được lắp đặt. Đối với hệ thống nhà hơi cung cấp cho nhà máy hiện nay gồm có 2 lò của Đức với công suất của từng lò là 3 tấn/h và 2 tấn/h. Còn đối với hệ thống lạnh hiện nay có 3 máy nén NH3, một bình bay hơi và một bình chứa glycol. Hệ thống nồi nấu cũ, với một nồi malt, một nồi cháo, một nồi lọc, một nồi lắng, một nồi hoa và hai nồi nước sôi với quy mô nhỏ. Do đó để nâng công suất của nhà máy nên 50 triệu lít/năm ta cần phải bổ xung thêm một số thiết bị mới, như thêm các tank lên men, nâng công suất lạnh, công suất lò hơi... I.2.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm I.2.1.Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới Sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới Sản xuất và tiêu thụ bia ở Châu á Châu á là một trong những khu vực tiêu dùng bia đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường nhận định rằng Châu á đang ngày càng giữ vị trí dẫn đầu trên thị trường bia thế giới. Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu suy giảm từ năm 1989-1993 tăng bình quân 4,4% năm, thì Châu á, trước kia, nhiều nước có mức tiêu thụ bia trên đầu người thấp, đến nay bình quân 6,5% năm. 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. Năm 1939 sản lượng bia của Nhật là 30 triệu lít một năm và mức tiêu thụ bình quân đầu người tương đương ở Việt Nam hiện nay, năm 1960 sản lượng bia vượt quá 100 triệu lít một năm, đến năm 1998 mức tiêu thụ bình quân đầu người là 55,6 lít/người/ năm. Công nghiệp bia của Trung Quốc, từ năm 1980 tới 1993 sản lượng bia tăng từ 69,8 triệu lít nên 1,230 triệu lít, tức tăng 17 lần. Thời kì từ năm 1981 đến 1987, mức tăng trưởng trên 30% năm, từ năm 1988 tốc độ tăng trưởng bình quân mỗi năm trên 20%. I.2.2.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Viêt Nam Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, như vậy bia Việt Nam đã có lịch sử trên một trăm năm. Bia là loại sản phẩm có tỉ suất lợi nhuận cao, tạo nguồn thu ngân sách đáng kể thông qua thuế tiêu thụ đặc biệt và thuế thu nhập doanh nghiệp. Hiện nay do nhu cầu thị trường, chỉ trong thời gian ngắn ngành sản xuất bia đã có những phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư mở rộng nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia thuộc Trung Ương và địa phương quản lý, các nhà máy bia liên doanh với nước ngoài. Ngành bia là một trong những ngành có mức thuế TTĐB cao nên hàng năm nộp vào ngân sách nhà nước đáng kể. Hiện trạng và năng lực sản xuất Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản suất đạt trên 800 triệu lít một năm Bia địa phương ở 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng sản lượng chỉ chiếm 31,41% sản lượng bia cả nước (đạt 241 triệu lít) và đạt 60,73% công suất thiết kế. Bên cạnh đó, 7 nhà máy bia liên doanh với nước ngoài đạt 172 triệu lít /năm, chiếm 27,5% lượng bia của nước và mới chỉ đạt 58,1% công suất thiết kế. Hai công ty bia Sài Gòn và Hà Nội thuộc tổng công ty Rượu-Bia -Nước giải khát Việt Nam sản xuất đạt 230 triệu lít/năm (chiếm 30,4% sản lượng bia của cả nước) và vượt công suất 105,13% là hai đơn vị có hiệu quả kinh tế nhất hiện nay. Từ năm 1995-1997 tăng trưởng bình quân 22% năm. Hiệu quả kinh kế Theo số liệu thu nhập được, các nhà máy bia lớn như: Bia Sài Gòn, Bia Hà Nội có hiệu quả kinh tề rất cao. Bình quân 1 đồng vốn tạo ra 0,72 đống lãi, và 1 đồng tài sản cố định làm ra được 2,74 đồng doanh thu, nộp ngân sách được 1,56 đồng, hơn hẳn những cơ sở sản suất có quy mô nhỏ (như bia Thái Bình, Thanh Hoá, Đồng Nai) bình quân 1 đồng tài sản cố định chỉ tạo ra được 1,31 đồng doanh thu và nộp ngân sách 0,52 đồng (tương ứng bằng 47% so với các cơ sở bia ở Trung Ương). Công ty bia Sài Gòn và Công ty bia Hà Nội cứ một tỷ lít bia thì nộp ngân sách từ 3,5 đến 4 tỷ đồng. Năm 1996: Công ty bia Sài Gòn nộp ngân sách: 881,22 tỷ đồng. Công ty bia Hà Nội nộp ngân sách 119,041 tỷ đồng. Năm 2000: Tổng công ty Rượu –Bia –Nước giải khát Việt Nam nộp 1425,7 tỷ đồng, vượt 10% so với năm 1999. I.2.3.Định hướng phát triển nền công nghiệp bia Việt Nam đến năm 2005. Do mức sống ngày càng tăng, mức tiêu thụ bia ngày càng cao. Không kể các nước Châu Mỹ, Châu Âu có mức tiêu thụ bia theo đầu ngời rất cao do có thói quen uống bia từ rất lâu đời, các nước Châu á tiêu thụ bình quân 17 lít cho một người trong một năm. Theo nghiên cứu của nước ngoài, bia hiện nay chiếm khoảng từ 50% đến 96% tổng mức tiêu thụ các loại đồ uống có cồn trên thị trường các nước Đông Nam á. Mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2005 đạt 17 lít cho một người trong một năm, sản lượng bia đạt khoảng 1500 lít, tức là tăng gấp hai lần so với năm 1999, bình quân tăng 20% năm. I.2.4.Sự cần thiết phải mở rộng Nhà máy bia nâng công suất lên 50 triệu lít/năm Việc tăng năng suất, quy hoạch tổng thể, đầu tư chiều sâu, đổi mới công nghệ sản xuất, hiện đại hoá dây chuyền sản xuất bia. Ngoài việc đáp ứng được nhu cầu cung cấp bia cho người tiêu thụ. Nâng cao tính hiện đại hoá của dây truyền công nghệ, làm cho dây chuyền sản xuất ổn định, an toàn, người công nhân dễ dàng điều khiển được các thiết bị phuc vụ cho công việc của mình, đồng thời nâng cao hiệu suất công việc. Làm giảm nhân lực lao động, tiết kiệm nguồn tài chính cho nhà máy. Ngoài ra còn tiết kiệm được nguyên nhiên liệu như: điện nước, xăng dầu...Việc tăng năng suất quy hoạch tổng thể đầu tư chiều sâu, đổi mới công nghệ, hiện đại hoá dây chuyền sản xuất còn làm cho sự quản lý của cán bộ nhà máy được dễ dàng chính xác. Với nhiệm vụ phải thực hiện là phục hồi và phát triển công ty do sức cạnh tranh mạnh mẽ của các loại bia trên thị trường trong lên kinh tế mở cửa, hội nhập khu vực và xu thế phát triển mạnh của ngành công nghiệp bia, nước giải khát do đó việc tiết kiệm năng lượng, quy hoạch tổng thể, nâng công suất, tính hiện đại của dây chuyền công nghệ là rất cần thiết. Chương II : Giới thiệu quy trình công nghệ, tính toán và lựa chọn thiết bị II.1.Quy trình công nghệ sản xuất bia Bia được sản xuất theo quy trình ủ men cổ điển trong khoảng thời gian 12 ngày Với thời gian lên men chính 7 ngày Thời gian lên men phụ 4 ngày Tàng trữ bia 1 ngày II.1.1.Quy trình công nghệ Chọn nguyên liệu chính: Malt mua của các nước Châu Âu như Bỉ, Đan Mạch, Pháp. Được chứa bảo quản trong Cilo một thời gian để bảo đảm ổn định và mùi thơm. Thực hiện xay theo yêu cầu công nghệ của từng loại bia dự kiến nấu, sau đó chuyển sang thùng hoà trộn. Đồng thời với quá trình này, thế liệu (gạo) được cho vào nấu (dịch hoá) tại nồi gạo. Thêm nước ấm vào nồi hoà trộn, thực hiện quá trình ngâm, tiếp tục nâng nhiệt lên 500C và duy trì nhiệt độ này trong một khoảng thời gian. Bơm dịch cháo gạo sang nồi hoà trộn để nâng nhiệt dịch cháo malt. Sau đó lấy khoảng 1/3 khối dịch vừa hoà trộn chuyển sang nồi nấu, nâng nhiệt đến sôi và duy trì trong một khoảng thời gian. Bơm toàn bộ khối dịch ở nồi nấu sang nồi hoà trộn, để yên trong một khoảng thời gian sau đó mới chuyển sang nồi lọc. Tiến hành lọc và rửa bã: toàn bộ lượng dịch trong được chuyển sang nồi nấu hoa. Bã được chuyển ra ngoài dùng cho chăn nuôi. Thực hiện houblon tại nồi houblon với hoa houblon (dạng viên và tinh chất). Dịch đã houblon hoá chuyển sang làm lạnh nhanh. Dịch lạnh được nạp khí sạch (nhằm cung cấp oxi cho quá trình nên men) và men giống rồi cho vào tank lên men Quá trình lên men sẽ xảy ra tại tank lên men. Khi kết thúc quá trình lên men chính, rút nhiệt để thực hiện quá trình lên men phụ. Nhiều sản phẩm tự nhiên sẽ được tạo ra trong giai đoạn này, tạo hương vị đặc trưng cho bia. Kết thúc quá trình lên men khi bia đã chín. Khi bia đã chín chuyển sang lọc trong tại máy lọc thô dạng đĩa và lọc tinh tại máy lọc khung bản, đảm bảo bia trong, có mùi vị, màu sắc đặc trưng. Bia trong sau lọc được chứa, bảo quản tại tank tàng trữ từ 1 đến 2 ngày để bia ổn định. Khi bia đã ổn định được bơm qua máy chiết bia vào chai, lon và đóng nắp, đưa sang thanh trùng, dán nhãn, nhập kho để tiêu thụ. II.1.2.Quy trình sản xuất Xem hình H1 II.2. Tính toán và lựa chọn thiết bị II.2.1. Tính nguyên liệu chính cho 1000 lít bia II.2.1.1.Tính lượng malt và gạo 1.Tính lượng chất hoà tan của malt, gạo a. Tổn thất do khâu chiết bock là 3%. Vậy bia trước khi chiết là: 1000.1,03 =1030 (lít) b. Tổn thất trong quá trình nạp CO2 là 0,5%. Lượng bia trước khi nạp CO2 là: 1030.1,005 = 1035 (lít). c. Tổn thất trong quá trình lọc là 1%. Lượng bia trước khi lọc: 1035.1,01 = 1045,5 (lít). d. Tổn thất trong quá trình lên men chính và phụ là 2,5%. Lượng dịch trước khi lên men là: 1045,5.1,025=1071,6 (lít). e. Tổn thất trong quá trình làm lạnh và tách cặn là 1,5%. Lượng dịch trước khi làm lạnh và tách cặn: 1071,6.1,015 =1087,7 (lít). f. Khi làm lạnh từ 1000C xuống nhiệt độ lên men hệ số có thể tích. Thể tích dịch đường sau khi đun sôi ở 1000C 1078,7.1,04 =1131 (lít) Hình 1: Quy trình sản xuất g.Dịch đường có khối lượng riêng khoảng 1,043kg/lít. Khối lượng của dịch: 1131.1,043 =1180 (kg) h.Tổng lượng chất khô hoà tan trong dịch (với bia 11Bx) 1180.0,11 =129,8 (kg) Trong quá trình đun sôi với hoa houblon có một lượng nhất định hoà tan kết tủa, nhưng lại được bổ xung thêm, một lượng chất hoà tan từ hoa. Do vậy coi lượng chất hoà tan trước và sau khi đun hoa là không đổi. Vậy tổng lượng chất hoà tan cần có để có thể nhận được 1000 lít bia có nồng độ 110Bx là 129,8 kg. Chọn lượng chất hoà tan từ malt là70% từ gạo là 30%. Do đó lượng chất hoà tan từ malt sẽ là: 129,8.0,7 = 90,9 (kg). Lượng chất hoà tan từ gạo: 129,8.0,3 = 38,9 (kg) 2.Lượng malt cần dùng cho 1000 lít bia. Malt có độ ẩm w = 8% Hiệu suất hoà tan thực tế 68% Tổn thất trong quá trình nghiền: 0,5% Vậy tổng lượng malt cần dùng: =145 (kg) 3.Lượng gạo cần dùng cho 1000 lít bia hơi. Gạo có độ ẩm w=13% Hiệu suất hoà tan thực tế 80% Tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5% Vậy lượng gạo cần dùng: (kg) II.2.1.2.Lượng hoa houblon Dùng 0,1 gam hoa và 1 gam hoa cánh cho một lít bia. Vậy lượng hoa cần dùng cho 1000 lít bia: 0,1.10-3.1000 = 0,1(kg) cao hoa = 0,1kg 1.10-3.1000 = 1 (kg) hoa cánh = 1kg II.2.1.3.Tính lượng nước tiêu dùng cho 1000 lít bia. Khi nấu tỉ lệ nước trên nguyên liệu: 5/l Vậy lượng nước tiêu dùng trong quá trình nấu: Malt có độ ẩm 8% do đó lượng nước có sẵn trong malt sẽ là: 145,5.0,08 =11,64 (lít) Gạo có độ ẩm 13% do đó lượng nước có sẵn trong gạo là: 55,5.0,13 =7,22 (lít) Trong quá trình hồ hoá, đường hoá lọc bã lượng nước bay hơi là 5%. Vậy lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi lọc: (1005 + 11,64 + 7,22).0,95 = 972,66 (lít) Lượng dịch đường lên men là:1180 kg Lượng chất khô hoà tan trong dịch trước khi lên men: 1180 - 129,8 = 1050 (kg) Trong quá trình nấu, lượng nước tổn thất là 10%. Do đó lượng nước có trong dịch đường khi nấu hoa: (kg) Vậy lượng nước dùng để rửa là: 1166,9 - 972,6 = 194,3 (kg) Tổng lượng nước tiêu tốn cho quá trình nấu, đường hoá và rửa bã là: 194,3 + 1005 = 1199,3 (kg) II.2.1.4.Tính toán về lượng men Nấm men ở đây thuộc chủng men Sachasomyces carlbergenis có thể sử dụng men giống và men tái sinh Nếu sử dụng men giống, tỷ lệ giống cho vào thùng là 10% thể tích. Vậy dịch men giống cần dùng cho 1000 lít bia : (lít) Nếu sử men tái sinh, tỉ lệ tái sinh cho vào thùng là 1% thể tích Vậy dịch men giống cần dùng cho 1000 lít bia: (lít) Trong thực tế sản xuất cứ 1000 lít dịch lên men thu hồi được 20 lít men sữa có độ ẩm 85%. Vậy lượng men sữa thu hồi là: (lít) Trong số 21,43 lít men sữa chỉ có khoảng 50% được đem lên men cho mẻ sau. II.2.1.5. Tính lượng Cacbonnic (CO2 ) cần nạp cho bia trước khi xuất xưởng Trong quá trình lên men đường Maltoza biến đổi như sau : C12H22O11 + H2O đ 2C6H12O6 + 2C6H12O6 đ 4CO2 + 4C2H5OH C12H22O11 + H2O đ 4CO2 + 4C2H5OH 342g 4g 4,46 g Từ một phân tử C12H22O11 tạo ra 4 phân tử CO2. Như vậy 342g C12H22O11 chuyển hoá thành : 4.44 = 476 (g) Lượng khô trong 1071,6 lít dịch đường (có khối lượng riêng 1,043 kg ) là: (kg) Trong quá trình lên men, lượng chất khô của dịch đường giảm từ 110 Bx xuống 3,50 Bx Vậy lượng chất khô tham gia vào quá trình tạo rượu là: (kg) Ta coi một cách gần đúng lượng chất khô này lượng đường Maltoza. Vậy lượng CO2 tạo ra trong quá trình lên men là: (kg) Lượng CO2 hoà tan trong bia là 2,5g/l do đó lượng CO2 hoà tan trong 1045,5 lít bia là: 1045,5.2,5 = 2613,7g = 2,6137 (kg) Như vậy lượng CO2 bay ra trong quá trình lên men là: 44,3 – 2,6137 = 41,69 (kg) Lượng CO2 bay ra thu hồi lại khoảng 60% còn lại thoát ra ngoài. Vậy lượng CO2 thu hồi được là : (kg) Lượng CO2 cần là: Trong quá trình lên men, CO2 hoà tan trong bia là 2,5 g/l nhưng do tổn thất trong quá trình lọc lượng CO2 còn lại là 2 g/l mà bia hơi thành phẩm phải có hàm lượng CO2 là 3,5 g/l tổn thất khi bão hoà là 20%. Với hệ số tổn thất 1,2. Vậy lượng CO2 cần nạp là : (3,5 - 2).1035.1,2 = 1863 (g/l) = 1,863 (kg/l) II.2.2.Tính thiết kế nhà nấu II.2.2.1.Công suất nhà nấu Đối với sản phẩm nước giải khát nói chung và bia nói riêng, không phải lúc nào sản lượng tiêu thụ cũng đạt mức bình quân mà phụ thuộc theo mùa. Trong thực tế qua các số liệu thống kê cho thấy rằng để đạt được sản lượng 50 triệu lít/năm, thì sản lượng tiêu thụ được phân bố theo các tháng như sau: vào các tháng có mùa mưa sản lượng đạt khoảng 70% công suất trung bình. Các tháng còn lại phải sản xuất đạt công suất 110% công suất trung bình. Để sản xuất bia đạt công suất 50 triệu lít/năm thì ta có thể thiết kế nhà máy với hai hệ nồi nấu, với hệ nồi nấu cũ có công suất ban đầu là 18 triệu lít /năm. Do đó ta phải thiết kế hệ nhà nấu mới có công suất 32 triệu lít /năm mới đủ khả năng cho nhà máy hoạt động đủ công suất Vậy đối với hệ mới ta phải tính toán thiết kế Thời gian sản xuất thực tế: 300 ngày Hệ số giảm thể tích dịch nấu từ 1000C xuống 200C là 0,96 Số mẻ nấu nhiều nhất trong ngày là: 8 mẻ Một tuần có 1 ngày làm vệ sinh và ngày đó nấu 5 mẻ Số mẻ bình quân cao nhất trong ngày là : (mẻ/ngày) Công suất cho một mẻ nấu là : (lít/mẻ) = (hl/mẻ) Vậy chọn công suất cho nhà nấu 165 hl dịch nóng/mẻ Khối lượng nguyên liệu cho mỗi mẻ nấu Khối lượng malt 145.16,5 = 2392,5 (kg/ mẻ) Khối lượng gạo 55,5.16,5 = 915,75 (kg/mẻ) II.2.2.2.Tính chọn thiết bị cho xưởng nấu 1.Tính chọn thùng chứa malt lót Lượng malt đem ngâm là 10% so với lượng gạo vậy lượng malt lót ngâm cho một mẻ là 915,75.0,995.0,1 = 91,1 (kg) Nước cho vào ngâm malt lót theo tỷ lệ nước /malt lót = 5/1 5.91,1 = 455,5 (kg) Hỗn hợp malt lót có khối lượng riêng d= 1,08 kg/lít Vậy thể tích hỗn hợp là (lít) Hệ số sử dụng là 0,8. Vậy thể tích sử dụng của thùng malt lót là Vt =(lít) Chọn thùng ngâm có hình trụ đường kính D, chiều cao H, góc đáy 450, chiều cao đáy h: h= D/2; tg450 = 0,5; H= 2.D Thể tích thùng ngâm được tính theo công thức V= Vậy đường kính thùng ngâm là D = = = 0,72 (m) Vậy thùng malt lót có kích thước D= 0,72 m; H= 1,44 m; h= 0,36 m Động cơ cánh khuấy có công suất 1kW 2.Tính chọn nồi hồ hoá Lượng malt đem ngâm là 10% so với lượng gạo vậy lượng malt lót ngâm cho một mẻ là 915,75.0,995.0,1 = 91,1 (kg) Do tổn thất khâu xay xát 5%. Vậy lượng gạo cho vào nồi hồ hoá là 915,75.0,995 = 911 (kg) Chọn tỉ lệ nước vào gạo là 5/1. Vậy lượng nước cho vào nồi hồ hoá là. (911+91,1).5 = 5010,5 (kg) Khối lượng hỗn hợp trong nồi hồ hoá. 5010,5 + 911 + 91,1 = 6012,6 (kg). Hỗn hợp có khối lượng riêng là: d=1,08kg/lít. Vậy thể tích hỗn hợp là V=(lít) Nồi nấu có hiệu suất sử dụng là 0,8. Vậy thể tích nồi hồ hoá là: Vn=(lít) Chọn Vn =7 m3. Chọn nồi hồ hoá có thân hình trụ có đường kính D, chiều cao phần trụ là H, chiều cao chóp đỉnh h1chiều cao đáy côn h2. Chế tạo bằng thép không gỉ. Với h1= 0.2.D h2 = 0,15.D H = 0,6.D Tính đường kính Thể tích nồi được tính theo công thức V= Vậy D===2,39 (m) Chiều cao phần trụ là H = 0,6.D = 1,43 (m) Chiều cao chóp đỉnh là h1 = 0,2.D = 0,2.2,39 = 0,478 (m) Chiều cao đáy côn là h2 = 0,15.D = 0,15.2,39 = 0,35 (m) Phần vỏ dày 0,1m (có một lớp cách nhiệt) nên đường kính ngoài của nồi là Dn = D + 0,1.2 = 2,39 + 0,2 = 2,59 (m) Chọn hệ thống khuấy của nồi hồ hoá. Đường kính cánh khuấy: 2m Mô tơ khuấy có công suất 4kW, tốc độ 1450 vòng/phút Hộp giảm tốc với tỉ số truyền 1/54. Vậy tốc độ của cánh khuấy 1450/54=27 (vòng/phút) Hình 2: Nồi hồ hoá 3. Tính chọn nồi đường hoá Lượng malt đem ngâm là 10% so với lượng gạo vậy lượng malt lót ngâm cho một mẻ là 915,75.0,995.0,1 = 91,1 (kg) Do tổn thất khâu xay xát 5%. Vậy lượng malt cho vào nồi đường hoá là 2392,5.0,995 - 91,1= 2289,4 (kg) Chọn tỉ lệ nước vào malt là 5/1. Vậy lượng nước cho vào nồi đường hoá là. 2289,4.5 = 11447,2 (kg) Khối lượng hỗn hợp trong nồi đường hoá. 2289,4 + 11447,2 + 6012,6 = 19749,2 (kg) Hỗn hợp có khối lượng riêng là d =1,08kg/lít. Vậy thể tích hỗn hợp là V=(lít) Nồi nấu có hiệu suất sử dụng là 0,85. Vậy thể tích nồi đường hoá là Vn=(m3 ) Chọn Vn =21 m3. Chọn nồi đường hoá có thân hình trụ có đường kính D, chiều cao phần trụ là H, chiều cao chóp đỉnh h1chiều cao đáy côn h2. Chế tạo bằng thép không gỉ. Với h1 = 0,2.D h2= 0,15.D H = 0,6.D Tính đường kính Thể tích nồi được tính theo công thức V= Vậy D ===3,4 (m) Chiều cao phần trụ là H = 0,6.D = 2,04 (m) Chiều cao chóp đỉnh là h1 = 0,2.D = 0,2.3,4 = 0,68(m) Chiều cao đáy côn là h2 = 0,15.D = 0,15.3,4 = 0,51 (m) Phần vỏ dày 0,1m (có một lớp cách nhiệt) nên đường kính ngoài của nồi là Dn= D + 0,1.2 = 3,4 + 0,2 = 3,6 (m) Chọn hệ thống khuấy của nồi đường hoá Đường kính cánh khuấy: 2,6m Mô tơ khuấy có công suất 5,5kW, tốc độ 1450 vòng/phút Hộp giảm tốc với tỉ số truyền 1/54. Vậy tốc độ của cánh khuấy 1450/54 = 27(vòng/phút) Hình 3.Nồi đường hoá 4.Tính chọn nồi lọc bã Dùng nồi lọc để lọc dịch đường, thể tích khối dịch đường đem lọc mỗi mẻ là thể tích dịch sau khi đường hoá. Nồi nấu có hiệu suất sử dụng là 0,8 Vậy thể tích nồi lọc bã là Vn= (m3 ) Chọn Vn =27 m3. Chọn nồi lọc bã có thân hình trụ có đường kính D, đáy bằng, chiều cao phần trụ là H. Chế tạo bằng thép không gỉ. H = 0,4.D Đường kính của nồi lọc bã D === 4,4 (m) Chiều cao phần trụ là H = 0,4.D =1,76 (m) Chọn hệ thống khuấy của nồi lọc bã Đường kính cánh khuấy: 4,1m Mô tơ khuấy có công suất 7,5kW, tốc độ 1450 vòng/phút Hộp giảm tốc với tỉ số truyền 1/54. Vậy tốc độ của cánh khuấy 1450/54 = 27 (vòng/phút) 5.Tính chọn nồi nấu hoa Ta nhận thấy rằng ở nhiệt độ cao dung dịch hoa nở ra rất lớn. Do đó ta chọn thể tích nồi nấu hoa bằng 1,4 thể tích nồi đường hoá Vậy thể tích nồi nấu hoa V = 21.1,4 = 29,4 (m3) Chọn V = 29 m3 Thể tích nồi được tính theo công thức V= Vậy đường kính trụ của nồi nấu hoa D===3,8 (m) Chiều cao phần trụ là H = 0,6.D = 0,6.3,8 = 2,28 (m) Chiều cao chóp đỉnh là h1 = 0,2.D = 0,2.3,8 = 0,76 (m) Chiều cao đáy côn là h2 = 0,15.D = 0,15.3,8 = 0,57 (m) Phần vỏ dày 0,1m (có một lớp cách nhiệt) nên đường kính ngoài của nồi là Dn= D + 0,1.2 = 3,8 + 0,2 = 4 (m) Hình 4: Nồi nấu hoa 6.Tính chọn thùng lắng xoáy Chọn thùng lắng xoáy có thể tích bằng thể tích thùng lọc bã Vậy thể tích nồi lắng xoáy là Vn =27 m3. Chọn nồi lắng xoáy có thân hình trụ có đường kính D, đáy bằng, chiều cao phần trụ là H. Chế tạo bằng thép không gỉ. H = 0,4.D Đường kính của nồi lắng xoáy D=== 4,4 (m) Chiều cao phần trụ là H = 0,4.D =1,76 (m) 7.Tính chọn hệ thống CIP Hệ thống CIP của nhà máy bao gồm thùng CIP nóng và thùng CIP lạnh, hai thùng này có kích thước bằng nhau, do đó ta chỉ cần tính cho một thùng CIP nóng. Sau mỗi mẻ nấu ta cần vệ sinh bằng nước nóng, mỗi nồi cần 300 lít. Vậy 5 nồi cần 1500 lít. Nước nóng cần vệ sinh và rửa máy lọc là 500 lít, 200 lít vệ sinh các thiết bị khác Như vậy dung tích nước nóng trong CIP 1500 + 500 + 200 = 2200 (lít) = 2,2(m3) Lấy hệ số sử dụng của CIP là 0,8 VCIP=(m3) Chọn VCIP = 2,7 (m3) Tính đường kính của thùng CIP là VCIP= Vậy D=(m) Kích thước của CIP H = 1,1.D = 1,1.1,44 = 1,58 (m) h1= 0,15.D = 0,15.1,44 = 0,21 (m) 8.Chọn thiết bị làm nguội dịch đường. Chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (máy lạnh nhanh) một khoang chất tải lạnh là nước có nhiệt độ 20C để làm lạnh dịch đường. Các thông số kỹ thuật Nhiệt độ dịch đường vào: từ 900C đến 950C . Nhiệt độ dịch đường ra: 50C Nhiệt độ nước làm lạnh vào: 20C Nhiệt độ nước làm lạnh ra: 750C Công suất 240 hl/h Bơm và các phụ lion kèm theo. 9.Thiết bị làm lạnh nước (thiết bị trao đổi nhiệt ). Chọn thiết bị dạng tấm, một khoang (máy làm lạnh nhanh) chất tải lạnh (dung dịch cồn 30%) Các thông số kỹ thuật: Nhiệt độ nước vào: từ 250C đến 300C . Nhiệt độ nước ra: 20C Công suất 100 hl/h. Bơm và các phụ kiện kèm theo. 10.Tank chứa nước lạnh 200C. Gồm một tank chứa nước đã được làm lạnh xuống 20C Thể tích của thùng 50 m3 Đường kính trong Dt = 3,6 (m) Đường kính ngoài Dn = 3,7 (m) 11.Tank chứa nước nóng. Gồm một tank chứa nước nóng 750C á 850C Thể tích của thùng 50 m3 Đường kính trong Dt = 3,6 (m) Đường kính ngoài Dn = 3,7(m) 12. Thiết bị sục khí vào nước nha lạnh Bao gồm Bộ lọc vô trùng không khí Bộ phận sục khí vào dịch đường lạnh. Các phụ kiện kèm theo 13.Thiết bị định lượng men vào dịch nha. Bao gồm Thiết bị chứa men 5 hl Bơm định lượng men: 1,5 m3 /h Các phụ kiện kèm theo. 14.Thiết bị lên men Lượng dịch đường lên men cho một mẻ (m3). Ta chọn tank lên men sao cho lượng dịch đường sản suất trong 6 mẻ/tank Vậy thể tích hữu ích của tank lên men là: Vt = 16,26.6 = 97,5 (m3 ). Hệ số sử dụng của tank là 0,85 Vậy thể tích tổng thể của tank Vt= (m3). Ta lấy thể tích của tank là 116 m3 Ta chọn tank lên men có thân hình trụ Toàn bộ các phần của tank được chế tạo bằng inox, các phần tiếp xúc với dịch bia được chế tạo bằng inox của Averta-Thuỵ Điển Tank làm việc ở chế độ áp suất Ê1,5 at áp suất thử bền là 3 bar Thể tích của tank được tính theo công thức Vt= Với a = 600 ta có h1= 0,5.D.tg600 = 0,866.D h2 = 0,15.D ;H = 3D Vt= Vậy D=(m). H = 3.D = 3.3,5 = 10,5 (m). h1=0,866.D = 0,866.3,5 = 3,03 (m ). h2= 0,15.D = 0,15.3,5 = 0,5 (m) Chiều dày đáy tank S = 5,5 (mm). Số lượng của tank được tính theo công thức = 11,89 (tank). Chọn 12 tank lên men loại 116 m3 Hình 5: Tank lên men Trong đó 32.106 : Thể tích dịch cần lên men/năm. 300 : Số ngày nấu trong một năm. 11 : Thời gian lên men tank và vệ sinh tank. 116000 Thể tích tank. 0,85 Hệ số đồng đều. 15.Tank thành phẩm Tank thành phẩm có thông số sau: Đường kính tank D = 2,5 m. Chiều cao phần trụ H =7,5 m. Chiều cao chóp elip h2 =0,37 m. Chiều cao đáy nón h1 = 2,1 m. Số lượng tank 3 chiếc có các thông số kỹ thuật. Thể tích tổng cộng 45 m3/tank Tank thành phẩm có tác dụng là dùng để chứa bia sau khi đã lên men, hạ và duy trì nhiệt độ của bia. chương III: Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy bia công suất 5o triệu lít/năm A.Cân bằng nhiệt và cân bằng lạnh A.1. Cân bằng nhiệt Nhiệt là nguồn năng lượng rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Nó được sử dụng trong các nồi nấu, vệ sinh các thiêt bị bia, làm sạch chai và thanh trùng bia trước khi tiêu thụ. A.1.1.Tính nhiệt cho các thiết bị nhà nấu A.1.1.1. Quá trình nấu 1. Quá trình nấu trong nồi hồ hoá. a. Quá trình nấu Bơm nước ấm vào nồi hồ hoá theo tỷ lệ thích hợp. Cho cánh khuấy hoạt động, cho bột gạo và 5 % malt lót vào để khuấy hoà trộn đều bột gạo malt lót vào nước và giữ nhiệt độ hỗn hợp khoảng 32 á 350C trong 15 phút để hoạt hoá engim có trong malt lót và để bột gạo ngấm đều vào nước. Việc cho malt lót vào có tác dụng tăng khả năng dịch hoá và hồ hoá của bột gạo, vì chúng có tác dụng làm giảm bề dày của màng bột, tránh hiện tượng vón cục và làm sống tinh bột ở lõi, tránh hiện tượng tích tụ nhiệt gây ra hiện tượng cháy khét ở nồi cháo khi nhiệt độ cao. Tiếp đó nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 720 C (nhiệt độ dịch hoá) dừng 20 phút để các hạt bột gạo to dịch hoá hoàn toàn. Sau khi kết thúc giai đoạn dịch hoá, tiếp tục nâng từ từ nhiệt độ hỗn hợp lên 860C và giữ nhiệt độ này khoảng 10 phút. Lúc này phần lớn tinh bột gạo đã được hồ hoá. Sau đó hạ nhiệt độ xuống còn 750C bằng cách cho nước lạnh với tỷ lệ thích hợp vào. Thêm 5% malt lót còn lại vào để tinh bột dịch hoá tiếp làm dịch cháo loãng ra, quá trình truyền nhiệt dễ dàng, dừng ở nhiệt độ này khoản 20 phút. Nâng nhiệt độ lên 100 0C trong khoảng thời gian 20 phút và giữ nhiệt độ này 55 phút để dịch cháo chìm hết, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hoá. Trong khi bơm dịch cháo sang nồi malt bật cách khuấy của nồi malt hoạt động đến mức tối đa, bơm làm hai lần, mỗi lần một nửa lượng cháo. b.Đồ thi nhiệt của nồi hồ hoá Hình 6: Đồ thi nhiệt của nồi hồ hoá 2.Quá trình nấu trong nồi đường hóa a. Quá trình nấu Khi nồi cháo bắt đầu sôi trộn lượng malt còn lại với nước theo tỷ lệ thích hợp để khi nhiệt độ hồn hợp đạt 300C đến 350C, ngâm trong khoảng 20 phút để hoạt hoá enzim trong malt. Trong lúc này cánh khuấy hoạt động liên tục. Khi nồi sôi được 30 phút thì bơm một nửa sang nồi malt để đạt nhiệt độ 520C, giữ khoảng 30 phút để enzim proteaza phân cách các phần tử protit có phân tử lượng cao thành các phân tử lượng protit hoà tan có phân tử lượng thấp peptid, pepton đặc biệt là các axit amin. Mặt khác khối lượng phân tử protit sẽ làm tăng lượng chất hoà tan và tránh cho bia bị đục Bơm nốt nửa cháo còn lại sang nồi malt để nhiệt độ hỗ hợp đạt 650C, giữa khoảng 30 phút. Tại nhiệt độ này dưới tác dụng của bamiloga, các phân tử amiloga và amilopectin sẽ phân huỷ thành đường maltoza và các dextrin khác nhau. Các dextim bậc cao sẽ chuyển thành các dextrim bậc thấp, đồng thời tạo ra một lượng đường glucoza, khi đạt nhiệt độ 750C được 10 phút thì cứ 5 phút ta thử đường bằng dung dịch iốt. Tiến hành thử bằng cách nhỏ dung dịch đường vào dung dịch iốt không thấy đổi màu, để thêm 15 phút thì kết thúc quá trình đường hoá và tiến hành lọc b.Đồ thị nhiệt của nồi đường hoá 135 55 30 15 0 110 95 65 t(s) 50 35 65 75 Hình 7: Đồ thị nhiệt của nồi đường hoá 3.Quá trình nấu trong nồi hoa a.Quá trình nấu Dịch đường sau khi nấu có nhiệt độ 750C được đưa vào nồi lọc. Sau khi lọc xong dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn với nhau trong thiết bị đun hoa. Một yêu cầu luôn luôn được đảm bảo là không để nhiệt độ của dịch (dịch đường ban đầu và nước rửa bã) hạ xuống dưới 700C. Để đảm bảo yêu cầu này ngay từ lít dịch đường đầu tiên chảy vào nồi đun hoa là phải cấp hơi vào và nâng nhiệt độ chúng lên, nâng toàn bộ khối dịch này lên từ 700C đến 1000C trong thời gian 45 phút. Ta phải đưa dịch đường đã lọc vào sao cho vừa hết dịch thì dịch đường cũng sôi. Sau đó đun sôi dịch đường với hoa trong 1,5h á2 h Quá trình này nhằm mục đích trích ly chất đắng, tăng mùi thơm tăng các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đườn._.g ngọt để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa, làm tăng độ bền keo của dịch đường và làm thành phần hoá học của nó được ổn định, tăng khả năng giữ bọt và tạo bọt cho bia b.Đồ thị nhiệt của nồi hoa 0 45 t(s) 185 100 70 Hình 8: Đồ thị nhiệt của nồi hoa A.1.1.2.Tính nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nồi nấu. A.1.1.2.1.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hồ hoá Nồi hồ hoá phải nâng nhiệt độ của dịch cháo từ 75 0C lên 1000C. Nhiệt lượng cần được cung cấp tính theo công thức: Qhh=(Q1 + Q2) Qhh:là nhiệt lượng cần cung cấp trong một giờ, kcal/h Q1:là nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ dịch cháo từ 750C lên 1000C Q2:là nhiệt truyền qua vỏ nồi ra ngoài. 1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch cháo từ 750C lên 1000C Theo sách [1] ta có: Q1 = G.C.(t2 - t1) G: khối lượng dịch cháo; G = 5467 (kg) C: nhiệt dung riêng của dịch cháo theo sách[2]: C C1= 0,34 kcal/kg.K: Nhiệt dung riêng của chất hoà tan C2 = 1 kcal/kg.K Nhiệt dung riêng của nước Do độ ẩm của malt là 8% của gạo là 13% nên lượng chất khô trong dung dịch là = 876,3 (kg) Với 91,1 :Lượng malt lót (kg) 911 :Lượng gạo (kg) Lượng nước có trong dung dịch 6012,6 – 876,3 = 5136,2 (kg) Hàm lượng ẩm của dịch w = = 0,854 Nhiệt dung riêng của khối dịch C= = 0,9036 (kcal/kg.K) Vậy nhiệt lượng cần cung cấp để nâng dịch cháo từ 750C lên 1000C Q1 = G.C.(t2-t1) = 6012,6.0,9036.(100 – 75) = 135824,6 (kcal) 2.Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường của bề mật ngoài nồi gạo được tính theo trao đổi nhiệt đôí lưu Theo công thức (8-1) sách [3] ta có phương trình trao đổi nhiệt Q = a.F.(tw – tf) Q: nhiệt lượng trao đổi trong thời gian 1 giây F: diện tích trao đổi nhiệt tw: Nhiệt độ trung bình của bề mật vật rắn tf: nhiệt độ trung bình của môi trường (nhiệt độ môi trường ở đây là tính theo mùa đông với tf = 170C ) Xác định hệ số trao đổi nhiệt a 1: Lớp inox dày 5 mm 2: Lớp bông thuỷ tinh cách nhiệt dày 100 mm 3: Lớp inox dày 0,5 mm Bề mặt trao đổi nhiệt được chia làm 2 phần: một phần tính theo vách trụ, một phần có dạng hình chóp nên ta tính tương đối theo vách phẳng. Tính cho bề mặt vách trụ Vách trụ có 3 lớp Hình 9: Vách trụ của nồi hồ hoá Lớp một được làm bằng inox dày 5 mm có hệ số dẫn nhiệt l = 50 W/m.K Lớp 3 cũng được làm bằng Inox và dày 1 mm có hệ dẫn nhiệt l =50 W/mK. Vì 2 lớp Inox này rất mỏng và có hệ số dẫn nhiệt rất lớn nên khi tính toán có thể bỏ qua ảnh hưởng của hai lớp inox này. Lớp 2 là lớp bông thuỷ tinh có độ dày 100 mm và có hệ số dẫn nhiệt l = 0,04 + 0,00015.t Vì dịch cháo được tăng nghiệt độ từ 750C đến 1000C nên khi tính toán nhiệt thì hệ số dẫn nhiệt của bông thuỷ tinh được lấy trung bình của dịch cháo khi tăng nhiệt độ. t = 0,5.(100 + 75) = 87,50C l = 0,04 + 0,00015.87,5 = 0,0531 (W/m.K) Ta có thể xách định nhiệt độ dòng nhiệt tính ứng với một đơn vị chiều dày vách trụ như sau (với một lớp): q= (1) q = a2.p.d2.(tw2 - tf2) (2) Từ phương trình (1) và (2) ta suy ra tw1 = Vì quá trình trao đổi nhiệt ở đây là toả nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian vô hạn nên theo công thức (8.2) sách [3] ta xác định Nu bằng phương trình tiêu chuẩn Num = c.(Gr.Pr)nm Với nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình tm = 0,5.(tw2 +tf2 ) Nu = Tiêu chuẩn Nusselt Gr = Tiêu chuẩn Grashof a: Hệ số toả nhiệt W/m2.K l: Hệ số dẫn nhiệt W/m.K n: Độ nhớt động học m2 /s b: Hệ số dãn nở thể tích 1/K tw2: Nhiệt độ bề mặt ngoài vách (Để xác định tw2, đồng thời xác định hệ số a ta phải lập phương trình Pascal để tính) Program tinh_nhiet ; uses crt; Var D,h,x,y,z,b,tw,G,GT,n,an,tw1,tv,tm : Real ; L,td,tc,xd,xc,yd,yc,zd,zc,d1,d2,tf : Real ; v,i:integer ; { 1: vach nam ngang, 2: vach dung} Begin Writeln('***Kieu vach 1: vach nam ngang,2: vach dung***'); Write('Nhap kieu vach v ='); readln(v); Write('Nhap nhiet do be mat ngoai cua vach tw =');readln(tw); Write('Nhap chieu cao noi h=');readln(h); Write('Nhap nhiet do moi truong tf =');readln(tf); Write('Nhap nhiet do be mat trong cua vach tv =');readln(tv); Write('Nhap nhiet do dau td =');readln(td); Write('Nhap nhiet do cuoi tc =');readln(tc); Write('Nhap he so dan nhiet dau xd =');readln(xd); Write('Nhap he so dan nhiet cuoi xc =');readln(xc); Write('Nhap do nhot dong hoc dau yd =');readln(yd); Write('Nhap do nhot dong hoc cuoi yc =');readln(yc); Write('Nhap tieu chuan Prandtl dau zd =');readln(zd); Write('Nhap tieu chuan Prandtl cuoi zc =');readln(zc); Write('Nhap duong kinh ngoai d2 =');readln(d2); Write('Nhap duong kinh trong d1 =');readln(d1); Write('Nhap be rong vach d =');readln(d); L:=0.04+0.00015*(td+tc)*0.5; i:= 0; if v= 1 then Repeat tw:= tw + 0.005; tv:= tv + 0.005; begin tm:= 0.5*(tw+tf); x:= xd+(xc-xd)*(tm-td)/(tc-td); y:= yd+(yc-yd)*(tm-td)/(tc-td); z:= zd- (zc-zd)*(tm-td)/(tc-td); b:= 1/(273 +tm); G:= 9.81*b*exp(3*ln(d))*(tw-tf)/sqr(y); GT:= G*z; if GT<20000000 then n:= 0.54*exp((1/4)*ln(GT)) Else n:= 0.135*exp((1/3)*ln(GT)); an:= n*x/d; tw1:= an*0.1*(tw-tf)/L+tw; end; i:= i+1; until (tv-tw1) <0.01 ; if v=2 then repeat tw:=tw + 0.005; tv:=tv + 0.005; Begin tm:=0.5*(tw+tf); x:= xd+(xc-xd)*(tm-td)/(tc-td); y:= yd+(yc-yd)*(tm-td)/(tc-td); z:= zd- (zc-zd)*(tm-td)/(tc-td); b:= 1/(273+tm); G:= 9.81*b*exp(3*ln(h))*(tw-tf)/sqr(y); GT:= G*z; if GT<20000000 then n:= 0.54*exp((1/4)*ln(GT)) Else n:= 0.135*exp((1/3)*ln(GT)); an:= n*x/h; tw1:= an*0.5*d2*(tw-tf)*ln(d2/d1)/L+tw; end; i:=i +1; until (tv-tw1)<0.01; clrscr; Writeln('So lan lap i= ', i); Writeln('Nhiet do be mat ngoai cua vach tw =', tw:3:2); Writeln('Nhiet do trung binh tinh tm =', tm:3:2); Writeln('He so dan nhiet cua bong thuy tinh L =',L:3:5); Writeln('He so dan nhiet x =',x:12:5); Writeln('Do nhot dong hoc y =',y:12:5); Writeln('Tieu chuan Prandtl z=',z:12:5); Writeln('He so dan no the tich b =',b:12:5); Writeln('Tieu chuan Grashof G =',G:12:2); Writeln('Gia tri GT =',GT:10:2); Writeln('Tieu chuan Nusselt n=',n:5:2); Writeln('He so toa nhiet an=',an:5:2); Readln; End. Với vách trụ có các thông số Chiều cao nồi H = 1,43 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt =2,39 m ;Dn =2,59 m Và lặp cho ta được kết quả Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 26,130C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =21,560C Hệ số dẫn nhiệt lbtt =0,05311 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,02709 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,2.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,702 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00339 Tiêu chuẩn Grashof G = 36,37.108 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 184,57 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,42 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 20 phút = 1200s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 3,42.p.Dn.H.(tw2 - tf2 ).1200 =3,42.3,14.2,59.1,43.(26,13 – 17).1200 = 98,78 (kcal) Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng Ta có thể tính mật độ dòng nhiệt cho phần đáy qua một vách phẳng q= (1) q=a. (tw2 - tf2 ) (2) Tính cho phần đáy Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh hình chóp sang diện tích hình tròn) Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 5,6 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 2,76 (m) Mặt đáy dưới có các áo trao đổi hơi quá nhiệt di trong các áo này truyền nhiệt cho dịch cháo và cũng bị tổn thất một phần nhiệt ra ngoài môi trường, hơi quá nhiệt đi vào trong có áp suất khoảng 4,5 bar ta có tlv = 147,920C Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu được kết quả như sau: Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 38,620C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =27,810C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0622 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0265W/m.K Độ nhớt động học n = 15,85.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,701 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00332 Tiêu chuẩn Grashof G = 49,325.109 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 307,93 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,14 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 20 phút = 1200s Q22 = a2.F2.(tw - tf ) = 3,42.3,14..(38,62 – 17).1200 = 126,9 (kcal) Tính nhiệt cho đỉnh nồi nấu Do đỉnh nồi nấu không được bọc cách nhiệt và do chịu ảnh hưởng nhiệt độ ở bên trong nồi nên theo thực tế thì nhiệt độ ở bề mặt đỉnh của nồi có nhiệt độ khoảng 400C Xách định Nu Num = c.(Gr.Pr)nm Với nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình tm = 0,5.(tw2 +tf2 ) = 0,5.(40+17) = 28,5 0C Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0265 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,85.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,702 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00332 1/K Tính đường kính tương đương cho cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích Diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích xung quanh của hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 5,6 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 2,6 (m) Tiêu chuẩn Grashof G= Tiêu chuẩn Nusselt Nu=0,135.(Gr.Pr)1/3=0,135.(5,2.1010.0,702)1/3= 447,8 Ta có Nu= Vậy a 2= (W/m2K) Hệ số toả nhiệt a 2=4,57 W/m2K Q23=a 2.F2.(tw-tt)=4,57.p = 4,57.3,14.(kcal) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2 = Q21 + Q22 + Q23 = 98,78 + 126,9 + 119 = 344,67 (kcal) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hồ hoá Qhh= = 408507,8 (kcal/h) A.1.1.2.2.Nhiệt cần cung cấp cho nồi đường hoá. Từ đồ thị nhiệt của nồi đường hoá ta thấy lượng nhiệt lớn nhất cần cung cấp cho nồi đường hoá ở giai đoạn tăng nhiệt độ của dịch cháo từ 650C lên 750C trong thời gian 15 phút Nhiệt cần cung cấp cho nồi đường hoá được tính theo công thức Qdh = Qdh nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi đường hoá tính cho 1 giờ Q1 nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của dịch cháo từ 650C nên 750C Q2 nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường 1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch đường từ 650C lên 750C Theo công thức tính nhiệt (2-4) sách [1] ta có: Q1 = G.C.(t2-t1) G Lượng dịch cháo và malt được nâng nhiệt từ 650C lên 750C G = 19750,2 (kg) C Nhiệt dung riêng của dịch đường t2 Nhiệt độ của dịch đường sau khi nâng nhiệt độ t2 = 750C t1 Nhiệt độ của dịch đường trước khi nâng nhiệt độ t1 = 650C ta có C C1=0,34 kcal/kg.K: nhiệt dung riêng của chất hoà tan C2 = 1 kcal/kg.K: nhiệt dung riêng của nước Do độ ẩm của malt là 8% của gạo là 13% nên lượng chất khô trong dung dịch là = 3116,85 (kg) Lượng nước có trong dung dịch 19749,2 – 3116,85 = 16632,35 (kg) Hàm lượng ẩm của dịch w = = 0,842 Nhiệt dung riêng của khối dịch C= = 0,895 (kcal/kg.K) Vậy nhiệt lượng cần cung cấp để nâng dịch đường từ 650C lên 750C Q1 = G.C.(t2 - t1) = 19749,2.0,895.(75 - 65) = 176755,34 (kcal) 2.Nhiệt truyền ra ngoài môi trường Theo cách tính như trước và sử dụng trương trình Pascal để tính Xác định hệ số trao đổi nhiệt a Tính cho mặt trụ Lớp một được làm bằng inox dày 5 mm có hệ số dẫn nhiệt l = 50 W/m.K Lớp 3 cũng được làm bằng inox và dày 1 mm có hệ dẫn nhiệt l=50 w/mK. Vì 2 lớp inox này rất mỏng và có hệ số dẫn nhiệt rất lớn nên khi tính toán có thể bỏ qua ảnh hưởng của hai lớp inox này. Lớp 2 là lớp bông thuỷ tinh có độ dày 100 mm và có hệ số dẫn nhiệt l =0,04 + 0,00015.t Vì hỗn hợp được tăng nhiệt độ từ 650C đến 750C nên khi tính toán nhiệt thì hệ số dẫn nhiệt của bông thuỷ tinh được lấy trung bình của hỗn hợp khi tăng nhiệt độ. t = 0,5.(75+65) = 700C l = 0,04 + 0,00015.70 = 0,0505 (W/m.K ) tw2 Nhiệt độ bề mặt ngoài vách (Để xác định tw2, đồng thời xác định Hệ số a ta phải lập phương trình Pascal để tính) Với vách trụ khi nhập: Chiều cao nồi H = 2,04 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt = 3,4 m; Dn = 3,6 m Và lặp cho ta được kết quả: Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 24,160C Nhiệt độ trung bình đã tính tm = 20,60C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0505 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,022585 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,35.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,703 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,0034 Tiêu chuẩn Grashof G = 49,04.108 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 250,07 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,12 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 3,42.p.D.H.(tw2 - tf2 ).900 = 3,12.3,14.3,6.2,04.(24,19 – 17).900 = 111,38 (kcal) Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 10,87(m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 3,7 (m) Mặt đáy dưới có các áo trao đổi hơi quá nhiệt đi trong các áo này truyền nhiệt cho dịch cháo và cũng bị tổn thất một phần nhiệt ra ngoài môi trường, hơi quá nhiệt đi vào trong có áp suất khoảng 4,5 bar tlv = 147,920C Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu được kết quả như sau: Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 38,610C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =27,810C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0622 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0265W/m.K Độ nhớt động học n = 15,85.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,701 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00332 Tiêu chuẩn Grashof G = 14,46.1010 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 441,73 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,14 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q22 = a2.F2.(tw - tf ) = 3,42.3,14..(38,61 – 17).900 = 171 (kcal) Tính nhiệt cho đỉnh nồi nấu Do đỉnh nồi nấu không được bọc cách nhiệt và do chịu ảnh hưởng nhiệt độ ở bên trong nồi nên theo thực tế thì nhiệt độ ở bề mặt đỉnh của nồi có nhiệt độ khoảng 350C Xách định Nu: Num = c.(Gr.Pr)nm Với nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình tm = 0,5.(tw2 +tf2 ) = 0,5.(35+17) = 26 0C Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0263 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,65.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,7026 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00334 1/K Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 10,87 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 3,72 (m) Tiêu chuẩn Grashof G= Tiêu chuẩn Nusselt Nu = 0,135.(Gr.Pr)1/3 = 0,135.(1,19.1011.0,702)1/3 = 590,2 Nu==>a2= (W/m2K) Hệ số toả nhiệt a2 = 4,23 W/m2K Q23=a2.F2.(tw - tt) = 4,23.p = 4,23.3,14 (kcal) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2 = Q21 + Q22 + Q23 = 111,38 + 171 + 177,9 = 460,28 (kcal) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hồ hoá Qdh = = 708862,48 (kcal/h) A.1.1.2.3.Nhiệt cần cung cấp cho nồi hoa Từ đồ thị nhiệt của nồi hoa ta thấy lượng nhiệt lớn nhất cần cung cấp cho nồi đường hoá ở giai đoạn tăng nhiệt độ của dịch từ 700C lên 1000C trong thời gian 15 phút Nhiệt cần cung cấp cho nồi hoa được tính theo công thức Qh = Qh Nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hoa tính cho 1 giờ Q1 Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của dịch từ 700C nên 1000C Q2 Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường 1.Nhiệt cần cung cấp để nâng dịch đường từ 750C lên 1000C Theo công thức tính nhiệt (2-4) sách (1) ta có Q1 = G.C.(t2-t1) G lượng dịch cháo và malt được nâng nhiệt từ 700C lên 1000C G = 19750,2 (kg) C nhiệt dung riêng của dịch đường t2 nhiệt độ của dịch đường sau khi nâng nhiệt độ t2 = 1000C t1 nhiệt độ của dịch đường trước khi nâng nhiệt độ t1=700C ta có C C1=0,34 kcal/kg.K: Nhiệt dung riêng của chất hoà tan C2 = 1 kcal/kg.K : Nhiệt dung riêng của nước Hàm lượng dịch w=84% Nhiệt dung riêng của khối dịch C= = 0,89 (kcal/kg.K) Vậy nhiệt lượng cần cung cấp để nâng hỗn hợp từ 700C lên 1000C Q1 = G.C.(t2-t1) =19750,2.0,89.(100-70) = 527330 (kcal/h) 2.Nhiệt lượng truyền ra ngoài môi trường Theo cách tính như trước và sử dụng trương trình Pascal để tính, ta tính được Với vách trụ có các thông số Chiều cao nồi H =2,28 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt =3,8 m ;Dn =4 m Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 26 0C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =21,50C Hệ số dẫn nhiệt lbtt =0,0528 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0259 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,41.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,7027 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00339 Tiêu chuẩn Grashof G = 13,25.109 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 284,07 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,36 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 3,36.p.D.H.(tw2 - tf2 ).900 = 3,36.3,14.4.2,28.(26 – 17).900 = 186,45 (kcal) Nhiệt tính cho đáy nồi nấu Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 13,06(m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 4,07 (m) Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu được kết quả như sau Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 28,530C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =22,760C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0528 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0261W/m.K Độ nhớt động học n = 15,32.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,702 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00338 Tiêu chuẩn Grashof G = 99,62.109 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 389,42 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,58 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 15 phút = 900s Q22 = a2.F2.(tw - tf ) = 2,58.3,14..(28,52 – 17).900 = 80,4(kcal) Tính nhiệt cho đỉnh nồi nấu Do đỉnh nồi nấu không được bọc cách nhiệt và do chịu ảnh hưởng nhiệt độ ở bên trong nồi nên theo thực tế thì nhiệt độ ở bề mặt đỉnh của nồi có nhiệt độ khoảng 400C Xác định Nu Num = c.(Gr.Pr)nm Với nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình tm = 0,5.(tw2 +tf2 ) = 0,5.(40+17) = 28,5 0C Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0265 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,85.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,702 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00332 (1/K) Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 13,43 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 4,13 (m) Tiêu chuẩn Grashof G= Tiêu chuẩn Nusselt Nu = 0,135.(Gr.Pr)1/3 = 0,135.(2,1.1011.0,702)1/3= 707 Nu==>a 2= (W/m2K) Hệ số toả nhiệt a 2 = 4,63 W/m2K Q23= a 2.F2.(tw-tt)=4,53.p = 4,53.3,14 (kcal) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2 = Q21 + Q22 + Q23 = 186,45 + 80,4 + 300,5 = 576,3 (kcal) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi hoa Qh= = 2111589 (kcal/h) Tổng nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nhà nấu Qnn = Qhh + Qdh + Qh = 408276,9 + 708862,48 + 2111589 = 3228959,8 (kcal/h) A.1.2.Tính nhiệt cho hệ thống CIP Hệ thống nồi nấu của nhà nấu sau một thời gian nấu thì do các chất dịch trong nồi làm nồi không được sạch. Để đảm bảo cho các chất dịch nấu sau đó được sạch và chất lượng tốt thì cần phải vệ sinh Lượng nước nóng cần để vệ sinh cho nhà nấu khoảng 2,2 m3 và nước được gia nhiệt từ 200C lên khoảng 800C trong hệ thống CIP khoảng 25 phút 1.Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước từ 200C nên 800C Theo phương trình (2-4) sách [1] ta có Q1 = G.C.(t2-t1) Q1:Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước C Nhiệt dung riêng của nước C = 1 kcal/kg.K t2 Nhiệt độ của nước sau khi được gia nhiệt t1 Nhiệt độ của nước trước khi được gia nhiệt Q1= G.C(t2-t1) = 2200.1.(80-20) = 132000 (kcal) 2.Nhiệt lượng toả ra môi trường Tính cho vách trụ Theo cách tính như trước và sử dụng trương trình Pascal để tính, ta tính được Với vách trụ có các thông số Chiều cao nồi H =1,58 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt =1,44 m ;Dn =1,64 m Và lặp cho ta kết quả Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 21,61 0C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =19,30C Hệ số dẫn nhiệt lbtt =0,0475 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0258 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,03.10-6 m2 /s Hình 10: Thùng CIP Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,7028 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00342 Tiêu chuẩn Grashof G = 24,99.108 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 162,92 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,73 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 25 phút = 1500s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 2,73.p.D.H.(tw2 - tf2 ).1500 =2,73.3,14.1,64.1,58.(21,61 – 17).1500 = 36,7 (kcal) Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng Tính đường kính tương đương cho đường tròn khi ta chuyển từ diện tích xung quanh của hình chóp sang diện tích hình tròn Diện tích hình chóp Sc = p.r.l = 3,14. = 2,1 (m2 ) Diện tích hình tròn tương đương St = Ta có Sc = St Vậy dtd == = 1,64 (m) Dùng chung chương trình Pascal để tính với việc nhập dtd vào ta thu được kết quả như sau Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 23,080C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =20,040C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0475 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,0259W/m.K Độ nhớt động học n = 15,09.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P=0,703 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,00341 Tiêu chuẩn Grashof G = 39,41.108 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 132,72 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,1 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 25 phút = 1500s Q22 =2.a2.F2.(tw - tf ) = 2.2,1.3,14..(23,08 – 17).1500 = 19,4 (kcal) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2 = Q21 + Q22 = 36,7 + 19,4 = 56,1 (kcal) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp : QCIP = = 343345,86 (kcal/h) A.1.3.Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho nước nóng dùng để nấu bia 1.Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của nước Nước lạnh 20C từ tank chứa nước lạnh qua thiết bị làm lạnh dịch bia để làm lạnh dịch bia. Sau khi làm lạnh dịch bia xong thì nước lạnh tăng lên khoảng 750C và được đưa đến tank chứa nươc nóng. Nước nóng ở tank chứa nước nóng trước khi được đưa đến nơi tiêu thụ thì được gia nhiệt lên 800C . Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho nước có lưu lượng G = 22000 lít/h từ 750C lên 800C Q1= G.C.(t2-t1) = 22000.1.(80-75) = 110000 (kcal/h) 2. Nhiệt lượng toả ra môi trường Theo cách tính như trước và sử dụng trương trình Pascal để tính, ta tính được Chiều cao nồi H =4,8 m Nhiệt độ môi trường tf =170C Đường kính của nồi tính đến lớp bông thuỷ tinh Dt =3,6 m ;Dn =3,7 m Và lặp cho ta kết quả Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 24,98 0C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =20,990C Hệ số dẫn nhiệt lbtt =0,0516 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,02598 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,18.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,7028 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,0034 Tiêu chuẩn Grashof G = 12,69.1010 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 603,2 Hệ số toả nhiệt a 2 = 3,03 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 60 phút = 3600s Q21 = a2.F1.(tw - tf ) = 3,03.p.D.H.(tw - tf ).3600 = 3,03.3,14.3,7.4,8.(24,98 – 17).3600 = 1161,3 (kcal/h) Nhiệt tính cho bề mặt vách phẳng Nhiệt độ bề mặt ngoài của nồi tw2 = 27,370C Nhiệt độ trung bình đã tính tm =22,180C Hệ số dẫn nhiệt lbtt = 0,0511 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt l m = 0,02607 W/m.K Độ nhớt động học n = 15,29.10-6 m2 /s Tiêu chuẩn Pranlt P = 0,7026 Hệ số giãn nở thể tích b = 0,0039 Tiêu chuẩn Grashof G = 32.109 Tiêu chuẩn Nussel Nu = 266,33 Hệ số toả nhiệt a 2 = 2,49 W/m2.K Nhiệt toả ra môi trường trong khoảng thời gian 60 phút = 3600s Q22 = 2.a2.F2.(tw - tf ) = 2.2,49.3,14..(27,37 – 17).3600 = 477,9 (kcal/h) Tổng nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường Q2= Q21 + Q22 = 1161,3 + 477,9 = 1639,2 (kcal/h) Tổng nhiệt lượng cần cung cấp: QC = Q1 + Q2 = 110000 + 1639,2 = 111639,2 (kcal/h) A.1.4.Nhiệt lượng cần cho chiết chai Khi chai được đưa vào rửa thì nó được rửa với từng đợt nước khác nhau nhưng trung bình của nước nóng rửa chai khoảng 800C theo số liệu của nhà máy thì nhiệt lượng chiết chai khoảng Qcc = 500000 kcal/h Tổng lượng nhiệt của hệ thống cần lắp đặt để tăng công suất của nhà máy từ 18 triệu lít /năm lên 50 triệu lít /năm là Qmoi = Qnn + QCIP + Qc + Qcc = 3228959,8 + 343345,86 + 111639,2 + 500000 = 4183944 (kcal/h) Nhiệt lượng của hệ thống cũ khoảng là Qcu = 1500000 kcal/h Nhiệt lượng của toàn bộ hệ thống nhà máy bia là Q = Qmoi + Qcu = 4183944 + 1500000 = 5683844 (kcal/h) A.2.Tính cân bằng lạnh Công nghệ sản xuất bia của nhà máy Lên men chính và phụ 11 ngày Làm lạnh nhanh bằng nước lạnh công nghệ 20C Hệ thống lạnh dùng để làm lạnh glycol xuống (-50C) rồi đưa glycol đến các áo lạnh và đến các thiết bị trao đổi nhiệt để sản xuất nước 20C làm lạnh dịch bia Các tank lên men có thể tích 116 m3. Hệ thống nồi nấu có công suất 165 hl dịch nóng/mẻ. Công suất lạnh tính theo Q0 =QI + QII + QIII + QIV +QV QI: Là nhiệt lượng tổn thất bởi dòng nhiệt từ môi trường qua cách nhiệt vào tank lên men, tank thành phẩm, bình chứa nước lạnh, bình bay hơi làm lạnh glyco và trên đường ống. QII: Là lượng nhiệt do sản phẩm thải ra trong quá trình lên men, hạ nhiệt dịch bia sau lọc và bão hoà hoà CO2, hạ nhiệt để bảo quản bia thành phẩm. QIII: Nhiệt phát sinh do quá trình vận hành phòng rửa men, nhiệt bia sau lọc và bão hoà CO2, hạ nhiệt để bảo quản bia thành phẩm. QIV: Nhiệt do thông gió qua các phòng cần khí tươi. QV: Nhiệt lượng của sản phẩm thô, thực chất là Q2. A.2.1.Tính nhiệt lượng QI A.2.1.1.Tổn thất nhiệt với tank 116 m3 Chiều dày lớp cách nhiệt Polyurethane d =150 mm Tank có 3 phần áo lạnh, 2 phần có bề rộng là 4319 mm, 1là phần có bề rộng 1114 mm Lên men chính ở nhiệt độ 160C kéo dài 7 ngày Lên men phụ ở nhiệt độ 40C kéo dài 4 ngày Nhiệt độ glycol vào áo lạnh -50C Nhiệt độ glycol ra khỏi áo lạnh 10C Nhiệt độ trung bình áo lạnh ttb = 0,5.(-5+1) = -20C Xác định diện tích vách cách nhiệt Diện tích hình trụ F1 = .D.H =3,14.(3,5 +2.0,15).10,5 =125,286 (m2 ) Diện tích chỏm elip (ta tính gần đúng như diện tích hình trụ) F2 = .D.h2 = 3,14.(3,5 +2.0,15).(0,5 + 0,15) =7,75 (m2) Diện tích đáy nón F3 = 0,5..D.l = 0,5..D .h1.(1/cos30) = 0,5.3,14.(3,5+2.0,15).(3/cos30) =17,89 (m2 ) Diện tích tổng cộng Ft = F1 + F2 + F3 =125,286 +7,75 +20,68 =153,7 (m2 ) Hình 11: Tank 116m3 *Diện tích phần áo lạnh Diện tích hình trụ F1' = 2.(.D.ha) = 2.(3,14.3,8.4,3) = 102,6 (m2 ) Diện tích phần áo lạnh phần đáy nón F2' =1/2.F3 =1/2.17,89 = 8,94 (m2) Tổng diện tích áo lạnh Ft' = F1' + F2' =102,6 +8,94 =111,545 (m2) *Xác định hệ số truyền nhiệt k Do đường kính tank lớn lên ta coi vỏ ngoài là vách phẳng k = Với a1 =23,3 W/m2.K Hệ số toả nhiệt phía ngoài không khí d = 0,15 m Chiều dày lớp cách nhiệt l = 0,047 W/m.K Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt Các lớp bọc tôn inox có d rất lớn và có hệ số dẫn nhiệt l rất lớn lên có thể bỏ qua a2 Phần có dịch bia lạnh có công suất lớn nên có thể coi 1/a2 ằ 0. l Hệ số dẫn nhiệt của cách nhiệt = 0,047 W/m.K k = = 0,309 (W/m2.K) Tổn thất nhiệt thời kỳ lên men phụ 40C với nhiệt độ không khí ngoài trời 420C QI1 = Q11 + Q12 Q11: Tổn thất nhiệt qua thành áo. Q12 : Tổn thất nhiệt qua bao che còn lại. ta có Q11 = k.F1'.t1 = 0,309.111,545.(42 – (-2)) = 1516,5 (W) hay Q11 = 1304,2 (kcal/h) Q12 = k.(Ft - Ft' ).t1 = 0,309.(153,7 -111,545).(42 - 4) = 427 (kcal/h) Vậy QI1 = Q11 + Q12 =1304,2 + 427 =1731,2 (kcal/h) Tổn thất lạnh khi tính thêm 10% do vận hành do nắp tank không được bảo ôn QI1 =1731,2.110% = 1904,3 (kcal/h) *Tổn thất lạnh thời kỳ lên men chính Tổn thất nhiệt thời kỳ lên men chính 160C với nhiệt độ không khí ngoài trời 420C QI2 = Q21 + Q22 Q21: Tổn thất nhiệt qua thành áo. Ta có Q21 = Q11 = 1304,2 (kcal/h) (Phần này không thay đổi vì giả thiết nhiệt độ glycol vào, ra giống như trong quá trình lên men phụ) Q22: Tổn thất nhiệt qua bao che còn lại. Tổn thất nhiệt qua bao che còn lại là Q22 = k.(Ft - Ft' ).t2 = 0,309.(153,7 -111,545).(42 -16) = 339,76 (W ) Vậy QI2 = Q21 + Q22 = 1304,2 + 339,76 = 1856,26 (W) Tổn thất lạnh khi tính thêm 10% do vận hành do nắp tank không được bảo ôn QI2 =1856,26.110% = 2041,8 (W) = 1756(kcal/h) A.2.1.2.Tổn thất lạnh ở tank thành phẩm Tank thành phẩm có thông số sau Đường kính tank D = 2,5 m Chiều cao phần trụ H =7,5 m Chiều cao chóp elip h2 =0,37 m Chiều cao đáy nón h1 = 2,1 m *Tổn thất lạnh Diện tích hình trụ F1 = .D.H =3,14.(2,5 +2.0,15).7,5 = 65,94 (m2) Diện tích chóp elip F2 = .D.h2 =3,14.2,5. 0,37 = 2,9 (m2) Diện tích đáy nón F3 = 0,5..D.l = 0,5..D. h1.(1/cos30) = 0,5.3,14.2,5. 2,1.(1/cos30) = 9,5 (m2 ) Diện tích tổng cộng Ft = F1 +F2 +F3 = 65,94 + 2,9 + 9,5 =78 (m2 ) Chiều dài áo lạnh là 3 m Diện tích áo lạnh là Ft' =.D.h.2 =2.3,14.2,5.3 = 47 (m2 ) Hệ số truyền nhiệt k = 0,309 W/m2.K Nhiệt độ bảo quản là 00C Tổn thất lạnh ở tank thành phẩm QI3 = Q31 + Q32 Q31 :tổn thất nhiệt qua thành áo. Q32 :tổn thất nhiệt qua bao che còn lại. ta có Q31 = k.F1'. t = 0,309.47.(42 – (-2)) = 639 W =549,55 (kcal/h ) Nhiệt truyền qua phần còn lại của tank Q32 = k.(Ft - Ft' ).t = 0,309.(78 - 47).(42 - 0) = 389,34 (W) hay Q32 =334,8 (kcal/h) Vậy QI3 = Q31 + Q32 = 549,55 + 334,8 = 884,35 (kcal/h ) Tổn thất lạnh khi tính thêm 10% do vận hành do nắp tank không được bảo ôn QI3 = 884,35.110% = 972,78 (kcal/h ) Số tank của lên men chính là 4 tank Số tank của lên men phụ là 8 tank Số tank của tank thành phẩm là 3 tank Vậy tổng tổn thất nhiệt từ các tank là QI123 = 4.QI1 + 8.QI2 + 3.QI3 = 4.1904,3 + 8.1756 +3.972,78 = 24583,5 (kcal/h) A.2.1.3.Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng nước 2 0C Thùng nước 20C có kích thước sau : Thể tích thùng 50 m3 Đường kính trong D =3,7 m Chiều cao trụ H = 5 m Chiều cao chóp đỉnh h = 0,48 m Diện tích hình trụ F1 =.D.H =3,14.(3,7 +2.0,15).(5 +0,15) = 64,68 (m2 ) Diện tích chóp nón F2=0,5..D.l= 0,5..D.h2. (1/cos75) = 0,5.3,14.(3,7 + 0,3).0,48/cos75 = 11,64(m2) (Với l = h2. (1/cos75) vì chóp nón có góc ở đỉnh 750) Diện tích đáy F3 = 3,14.3,72.(1/4) =10,74 (m2 ) Diện tích tổng cộng Ft = F1 +F2 +F3 = 64,68 +11,64 +10,74 = 87 (m2 ) Hình 12: Thùng chứa nước lạnh Vậy tổn thất lạnh cho thùng nước 20C là QI4 = k.Ft.t = 0,309.87.(42 - 2) = 1075 W = 925 (kcal/h) A.2.1.4.Tổn thất nhiệt qua thành thùng glycol Thùng glycol có 2 hình trụ thông nhau mỗi bình có dung tích 22m3 . Một bình cấp một bình hồi. Đặc tính kỹ thuật : Chiều cao phần trụ H = 7 m Đường kính thùng D = 2 m Nhiệt độ trong thùng -50C Cách nhiệt Polytstirol dày 100 mm Diện tích phần trụ F1 = p.D.H = 3,14.2.7 = 43,9 (m2 ) Diện tích phần đáy F2 = p.D2.(1/4) = 3,14.22.1/4 = 3,14 (m2 ) Diện tích đỉnh F3 = 4 (m2) Diện tích tổng cộng của hai thùng Ft = 2(F1 + F2 + F3 ) = 2.(43,9 + 3,14 + 4) = 102 (m2) Hình 13: Thùng chứa glycol Nhiệt độ môi trường t = 370C (Do phần lớn diện tích b._.