Đồ án Phân xưởng sản xuất bia

tn)/2= 55,75 o C Từ đó tính đƣợc: 2393215 7 1000 55,75 Q F m K t      Diện tích áo hơi bao đáy thiết bị= 3,76 m2. Do đó chiều cao áo hơi trên thân là: 7-3,76 h = = 0,6m 3,14.1,8 126,25 o C 65 o C t d 76 o C t c Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 36 III. NỒI ĐUN HOA. III.1. Tính các kích thƣớc cơ bản của thiết bị. Theo phần tính cân bằng sản phẩm, lƣợng dịch đƣa vào nồi đun hoa tính cho 1000 lít bia thành phẩm là: 1284,03 kg. Do đó khối lƣợng dịch của 1 mẻ nấu là: 5. 1284,03= 6420,15 kg Tỉ trọng dịch: bột= 1,08 kg/lít. Do đó thể tích dịch là: V= 6420,15/1,08= 5945 lít= 5,945 m 3 . Hệ số sử dụng của nồi là 0,75. Do đó thể tích của nồi hồ hoá là: V=5,945/0,75= 7,93 m 3 . Với thể tích này ta chọn đƣờng kính trong của thiết bị là: Dt= 2 m III.1.1. Đáy và nắp thiết bị. Chọn đáy và nắp elíp có gờ. Với Dt= 2 m ta tra đƣợc: [2-383] ht=40 mm h= 500 mm S= 4,6 m 2 V= 1,173 m 3 III.1.2. Thân thiết bị.            t n d t 4 2 4 7,93 2 1,173V V V H 4 1,8m .D 3,14 2 Chiều cao mức dịch trong thân:          dich d dich 4 2 4 5,945 1,173V V H 4 1,52m .D 3,14 2 III.2. Tính bề mặt truyền nhiệt. III.2.1. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 30 o C lên 76 o C trong 30 phút:     1 c dQ G C t t      1Q 6420,15 0,98 76 30 289420kcal Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 37 Q = 289420. 60/30= 578840 kcal/h Áp dụng phƣơng trình cân bằng nhiệt tính lƣợng hơi nƣớc cần dùng: 578840 1460 / 0,05 0,995 522,55 0,98 126,25           Q D kg h C   III.2.2. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 76 o C lên 100 o C trong 30 phút. Ta tính đƣợc: Q1= 151002 kcal. Q = 302004 kcal/h. D= 762,23 kg/h III.2.3. Quá trình đun sôi dịch ở 100 o C trong 70 phút. Vì thực hiện quá trình đun sôi nên Q1 đƣợc tính theo công thức: Q1= 540. W , kcal Trong đó: 540 kcal/kg : Nhiệt hàm của hơi nƣớc bão hoà ở 2,5 at W: khối lƣợng nƣớc bay hơi. W= 0,1. 6420,15= 642,02 kg Thay số tính đƣợc: Q1= 345611 kcal. Q = 296238 kcal/h. III.2.4. Tính bề mặt truyền nhiệt. Lƣợng nhiệt đƣợc xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 65oC đến 76 o C. Q= 393215 kcal/h Ta có: Q=K.F.t Trong đó: K= 1000 kcal/m 2 .h.độ. F: Bề mặt truyền nhiệt, m2. Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 38 t: hiệu số nhiệt độ trung bình. tl: 126,25- 76= 50,25 o C tn: 126,25- 100= 26,25 o C Vì : tl/tn= 50,25/26,25= 1,91 o C < 2 o C Do đó: t= (tl+ tn)/2= 38,25 o C Từ đó tính đƣợc: 393215 7,82 1000 38,25 Q F K t      m 2 I. THIẾT BỊ LÊN MEN. Theo kết quả tính toán ở phần IV tổng thể tích dịch đƣờng và men đƣa vào thiết bị lên men là 1073,58. 1,1= 1180,94 lít. Chọn phƣơng án 1 ngày nấu 5 mẻ nhƣ nhau, toàn bộ lƣợng dịch đƣờng đó đƣa vào lên men trong 1 thùng, lƣợng bia thu đƣợc từ thùng này sau quá trình lên men đúng bằng năng suất của nhà máy 25000 lít/ngày Với phƣơng án này thì tổng thể tích của dịch đƣa vào lên men là: 1180,94. 5. 5 = 29523,5 lít Thiết bị lên men đƣợc thiết kế kiểu thân trụ, đáy côn có gờ, nắp elip có gờ. Để đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ, thiết bị phải thoả mãn một số thông số kỹ thuật sau: Áp lực lớn nhất trên mặt dịch là: 1,7 kg/cm3 126,25 o C 76 o C t d 100 o C t c Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 39 Nhiệt độ cao nhất của dịch trong bồn là: 140C Nhiệt độ thấp nhất của dịch trong bồn là: 00C Góc đáy thích hợp để men tự lắng xuống đáy là: 2 = 700 Để đảm bảo nhiệt độ lên men ổn định, xung quanh thiết bị có lớp áo làm lạnh và lớp áo bảo ôn chống thất thoát lạnh. Ngoài ra trên thiết bị còn bố trí một cửa vệ sinh hình elip kích thƣớc 350x450 mm , ống xả đáy, ống lấy mẫu, ống đặt nhiệt kế, ống thoát khí. Dự kiến hệ số sử dụng thiết bị là 85% thể tích. Nhƣ vậy, tổng thể tích của thiết bị là: V = 29523,5.(100/85).10 -3 = 34,73 m 3 Với thể tích đó ta chọn đƣờng kính trong của thiết bị là: Dt = 2,6 m I.1. Tính các kích thƣớc cơ bản của thiết bị. I.1.1. Đáy thiết bị. Đáy thiết bị đƣợc thiết kế theo kiểu đáy nón có gờ, chiều cao gờ là 40mm và góc ở đáy 2 = 700. Ở dƣới cùng giữa đáy có lắp một ống xả đáy đƣờng kính 50mm và bán kính uốn gờ đáy là Rg = 0,255m Dt h H H d 35° Tính một số kích thƣớc chính nhƣ sau: 0 01 2.6 55 55 1,86 2 2 D H tg tg m     Hd = H + h = 1,86 + 0,04 = 1,9 m Diện tích xung quanh đáy: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 40 02 4 sin35 t t d D D S h          2 0 2,6 2,6 3,14 0,04 4,79 2 4 sin55 S m           Thể tích đáy: 2 055 4 6 t t d D D V h tg           2 0 32,6 2,63,14 0,04 55 3,5 4 6 dV tg m            I.1.2. Nắp thiết bị. Nắp thiết bị đƣợc thiết kế theo kiểu elip có gờ, chiều cao gờ là 40 mm, trên đỉnh nắp có đặt ống thoát khí và đo áp suất khí trong thiết bị, đƣờng kính ống là d=30mm. h h t s Dt Ta có: [2 - 370] Chiều cao gờ: h = 40 mm = 0,4 m Chiều cao phần lồi: ht = 0,65 m Bề mặt trong nắp: Sn = 7,67 m 2 Thể tích nắp: Vn = 2,515m 3 Chiều cao nắp: Hn = ht+h = 0,65 + 0,04 = 0,69 m I.1.3. Thân thiết bị. Thân thiết bị đƣợc thiết kế theo kiểu thân trụ hàn. Trên thân có cửa vệ sinh, kích thƣớc 350x450mm và có 2 ống: Một để lấy mẫu (d=30mm) và một để đặt ống nhiệt kế (d=10mm). Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 41 Thể tích của thân thiết bị là: Vt = V - Vđ - Vn = 34,73- 3,5- 2,515 = 28,72 m 3 Chiều cao thân thiết bị là: 2 2 4 4 28,72 5,4 3,14 2,6 tVH m D        I.2. Tính bền cho thiết bị. Chọn vật liệu chế tạo thiết bị là thép không gỉ X18H10T. Vật liệu này có: Tính chất vật lý của thép không gỉ X18H10T : [2-299] Hệ số dẫn nhiệt:  = 16,3 W/m. độ Giới hạn bền kéo: k = 550.10 6 N/m 2 Giới hạn bền chảy: ch = 220.10 6 N/m 2 Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk = 2,6 Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch = 1,5 Theo quy ƣớc phân loại: [2-345] Thiết bị lên men thuộc nhóm 2 loại II nên hệ số hiệu chỉnh  = 1,0 [2-346]  Tính ứng suất cho phép: Ứng suất cho phép khi kéo:   6 6550 101 1 211,538 10 2,6 k k kn          Ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy:   6 6220 101 1 146,667 10 1,5 c k cn          Vậy ứng suất cho phép của vật liệu X18H10T là: [] = 146,667.106 N/m2 Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 42 I.2.1. Tính chiều dày thân thiết bị: Thân hình trụ hàn Kiểu hàn: Hàn giáp mối hai bên Phƣơng pháp hàn: Hàn hồ quang điện Chiều dày thân thiết bị đƣợc tính theo công thức: (2-350)   , 2 t h D P S C m P       Trong đó: h: Hệ số bền theo phƣơng dọc của thân h = 0,95 [2- 352] Hệ số bền dọc của thân tại vị trí có cửa vệ sinh là: 5,4 0,45 0,92 0,95 5,4 t h t H d H          Vậy khi tính toán phải lấy hệ số bền theo phƣơng dọc của thân là h =0,92 P: Áp suất trong thiết bị, N/m2. Đƣơc tính theo công thức: [2-350] P = Pk + Ptt , N/m 2 Trong đó: Pk : Áp suất khí trên bề mặt dịch trong thiết bị, N/m 2 Ptt : Áp suất thuỷ tĩnh của dịch đƣờng tác dụng lên thành thiết bị, N/m 2 Pk = 1,7 kg/m 2 = 16,677.10 4 N/m 2 Ptt = .g.Ht Trong đó:  : khối lƣợng riêng của dịch đƣờng, lấy gần đúng  = 1044,13 kg/m 3 g: gia tốc trọng trƣờng, m/s2 , g=9,81 m/s2 h: chiều cao lớn nhất của mức dịch trong thiết bị, h = Ht + Hn = 5,4+0,69 = 6,09 m Do đó: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 43 Ptt = 1044,13. 9,81. 6,09 = 6,238.10 4 N/m 2 P = Pk + Ptt = 16,677.10 4 + 6,338.10 4 = 22,915.10 4 N/m 2 C: hệ số bổ xung, m C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1 : hệ số bổ xung do ăn mòn, m C2 : hệ số bổ xung do bào mòn, m C1 : hệ số bổ xung do dung sai chiều dày của thép tấm, m Vì thép X18H10T là vật liệu bền và làm việc trong môi trƣờng không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì:   6146,667 10 0,92 589 50 422,905 10P         Nên có thể bỏ qua đại lƣợng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta đƣợc: 4 6 2,6 22,915 10 2 146,667 10 0,92 S C        S = 2,2. 10 -3 + C , m S-C = 2,2.10 -3 , m C = C3 = 0,22.10 -3 , m S = 2,2.10 -3 + 0,22.10 -3 = 2,42 (mm) Quy chuẩn ta có: S=3mm Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-355]     6 0 6220 10 183,33 10 2 1,2 1,2 t c D S C P S C                N/m 2 Trong đó: P0 = Ptt + Pth , N/m 2 Ptt : áp suất thuỷ tĩnh, N/m 2 Ptt = 6,238.10 4 , N/m 2 Pth : áp suất thử thuỷ lực Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 44 Pth = 1,5.P = 1,5. 22,915.10 4 =34,373.10 4 N/m 2 Từ đó suy ra: P0 = 34,373.10 4 + 6,238.10 4 = 40,611.10 4 N/m 2 Thay vào công thức thử:     3 62,6 3 0,18 10 40,611 10 2 3 0,18 0,92             = 203,64. 106 N/m2 > c/2= 183,33. 10 6 N/m 2 Do đó S= 3mm không đáp ứng đƣợc an toàn cho thân. Tăng S=4mm thì C=C3 = 0,4.10 -3 m Thay vào công thức thử:     3 62,6 4 0,4 10 40,611 10 2 4 0,4 0,92             = 159,6. 106 N/m2 < c/2= 183,33. 10 6 N/m 2 Do vậy S = 4mm đáp ứng đƣợc độ bền và an toàn cho thân. I.2.2. Tính chiều dày nắp thiết bị Chiều dày nắp thiết bị đƣợc tính theo công thức: [2-372]   2 2 2 t t h b D P y D S C h         , m Trong đó: Dt = 2,6 m [ ]= 146,667.106 N/m2 hb = 0,65 m h : Hệ số bền của mối hàn hƣớng tâm (mối hàn vòng). Ở đây nắp đƣợc chế tạo từ một tấm phôi liền nên h = 1 k: hệ số không thứ nguyên. khi ở đỉnh nắp có 1 lỗ thoát hơi đƣờng kính 30mm k=1 – d/Dt = 1 – 0,03/2,6 = 0,99 P: áp suất tính toán cho nắp P = 1,7 (kg/cm 2 ) = 16,677 .10 4 N/m 2 Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 45 Thay số : 4 2 6 2,6 16,677 10 2,6 3,8 146,667 10 0,99 1 2 0,69 S C           , m S = 3,85.10 -3 + C , m S- C = 3,85.10 -3 m < 10 mm C3 = (0,4+2).10 -3 = 2,4.10 -3 m Vậy: S = 3,85.10 -3 + 2,4.10 -3 = 6,25.10 -3 m Quy chuẩn, có S = 6 mm Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thuỷ lực bằng công thức: [2-376]     2 0 6 2 2 183,33 10 / 7,6 1,2 t b c b D h S C P N m k h S C                 Trong đó: P0 : áp suất thử thuỷ lực P0 = 1,5. P = 1,5. 221,915.10 4 = 34,373.10 6 N/m 2 Thay số:     2 3 6 3 2,6 2 0,65 6 2,4 10 34,373 10 7,6 0,99 1 0,65 6 2,4 10                   [ ]= 129,6. 106 N/m2 < 183,33.106 N/m2 Vậy S = 6mm đáp ứng đƣợc độ an toàn cho nắp. I.2.3. Tính chiều dày đáy thiết bị. Lấy giá trị lớn trong 2 giá trị S1 và S2 đƣợc tính theo công thức sau: [2-399]  1 2 t h D P y S C        , m    ' 2 2 cos h D P S C P         , m Trong đó: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 46 Dt = 2,6 m D’ : Đƣờng kính đƣợc xác định theo công thức: [2-399] D’ = Dt – 2. [Rg. (1- cos) + 10. S1. sin] , m Nhƣng D’ không đƣợc nhỏ hơn 0,5. [Dt – 2. Rg. (1- cos) + D] , m Rg : Bán kính uốn gờ; Rg = 0,39 m [2-386] d: đƣờng kính lỗ ở đáy; d = 0,05 m [] = 146,667.106 , N/m2 h : hệ số bền của mối hàn hƣớng tâm; h = 1  = 350 y: yếu tố hình dạng đáy. Ta có: [2-400] Với tỉ số Rg/ Dt = 0,15 thì y = 1,1 h : hệ số bền theo phƣơng dọc của đáy, chính là hệ số bền của mối hàn dọc h = 0,95 P: Áp suất tính cho đáy thiết bị. Để đảm bảo an toàn thì đó chính là tổng áp suất khí và áp suất thuỷ tĩnh trong thiết bị, N/m2 P = Pk + Ptt , N/m 2 Trong đó: Pk : áp suất khí trên bề mặt dịch trong thiết bị Pk = 1,7 kg/cm 2 = 16,677.10 4 N/m 2 Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của dịch đƣờng lên thành thiết bị, Ptt = . g. h h = Hd + Ht + Hn = 1,9 + 5,4 + 0,69 = 7,99 m Ptt = 1044,13. 9,81. 7,99 = 8,184. 10 4 N/m 2 Suy ra: P = 16,677.10 4 + 8,184.10 4 = 24,861.10 4 N/m 2  Thay số tính S1: 4 1 6 2,6 24,861 10 1,1 2 146,667 10 0,95 S C         S1 = 2,6.10 3 + C , m Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 47 C = C3 = (2+ 0,22).10 -3 m Vậy: S1 = 2,6.10 3 + 2,22.10 -3 = 4,82.10 -3 , m Quy chuẩn S1 = 5 mm  Tính S2: Ta có: 0,5. [2,6- 2. 0,39. (1- cos35 0 )+ 0,05] = 1,25 m D’ = 2,6 - 2. [0,39. (1- cos350) + 10. 5. 10-3. sin350] = 2,4 m Vì:   4 4 146,667 10 0,95 560,5 50 24,861 10P         Nên có thể bỏ qua đại lƣợng P ở mẫu số, do đó: 4 0 4 2,4 24,861 10 2 cos35 146,667 10 0,95 S C         S = 2,6. 10 -3 + C C= C3= 2. 10 -3 + 0,22. 10 -3 Suy ra: S = 4,82. 10 -3 m Lấy tròn: S2 = 5 mm. Vì S1= S2 do đó chiều dày của đáy đƣợc lấy theo S1.  Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thuỷ lực theo công thức: [2-399]   6 20 1 183,33 10 / 2 1,2 t c h D P y N m S C            Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5. 24,861.10 4 = 37,29.10 4 N/m 2 Thay vào công thức thử:   4 6 2 6 2 3 2,6 37,29 10 1,1 128,6 10 / 183,33 10 / 2 5 0,4 10 0,95 1,2 cN m N m                 Vậy S = 4 mm đáp ứng đƣợc độ bền và độ an toàn cho đáy. Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 48 I.2.4. Tính chiều dày lớp bảo ôn. Coi toàn bộ thiết bị nhƣ một buồng lạnh có nhiệt độ 00C Lớp bảo ôn có kết cấu nhƣ sau: a. Chọn lớp bảo vệ là lớp tôn dày 0,5mm. Vật liệu này có: hệ số dẫn nhiệt  = 50 W/m.độ khối lƣợng riêng  = 7850 kg/m3 b. Chọn vật liệu cách ẩm là lớp bitum dày 2,5mm [8-61]. Vật liệu này có: hệ số dẫn nhiệt  = 0,18 W/m.độ khối lƣợng riêng  = 700 kg/m3 c, Chọn vật liệu cách nhiệt là Polystirol [8-61]. Vật liệu này có: hệ số dẫn nhiệt  = 0,047 W/m.độ khối lƣợng riêng  = 40 kg/m3 d. Chọn lớp kết dính là lớp bitum dày 1 mm [8-61]. Vật liệu này có: hệ số dẫn nhiệt  = 0,18 W/m.độ khối lƣợng riêng  = 700 kg/m3 Chiều dày lớp bảo ôn đƣợc tính theo công thức: [8-63] 1 2 3 4 5 1. Lớp bảo vệ 2. Lớp cách ẩm 3. Lớp cách nhiệt 4. Lớp kết dính 5. Thành thùng lên men Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 49 11 2 1 1 1n i cn cn i iK                    Trong đó: cn: Chiều dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m. cn: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/m.độ. K: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bảo ôn. Theo [8-63] lấy K=0,3 W/m 2 .độ i : Hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ) i : Chiều dày của lớp thứ i trong kết cấu bảo ôn không kể lớp cách nhiệt, m. 1, 2: Hệ số cấp nhiệt phía không khí và phía dịch bia, W/m 2 .độ.  Tính 1, 2: Để tính 1, 2 giả thiết rằng chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài và bề mặt lớp bảo vệ là t1= 3,797 0 C và chênh lệch nhiệt độ giữa thành thiết bị và bia là t2= 0,18 0 C. Với giả thiết này ta có hệ số cấp nhiệt đƣợc tính theo công thức: [2-23] 1 = 1,98. (t1) 0,25 , W/m 2 .độ 1 = 1,98. (3,797) 0,25 = 2,7639, W/m 2 .độ Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt lớp bảo vệ là: q1 = 1. t1 = 2,7639. 3,797 = 10,495 W/m 2  Với dịch bia ta có: Chuẩn số Gratkov đƣợc tính theo công thức: [2-13] 3 2 2 2 g.l . . . t rG      Chuẩn số Pran đƣợc tính theo công thức: [2-12] p r C P     Trong đó: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 50 g: gia tốc trọng trƣờng, g = 9,81 m/s2 l : kích thƣớc chủ yếu, chính là chiều cao của thân thiết bị, l = 5,4 m  : khối lƣợng riêng của bia,  = 1044,13 kg/m3  : hệ số dãn nở thể tích của bia,  = 7.10-5 độ-1  : độ nhớt động lực của bia,  = 2,652.10-3 NS/m2  : hệ số dẫn nhiệt của bia,  = 0,5745 W/m.độ Cp : nhiệt dung riêng của bia, Cp = 4220,42 J/kg.độ Chuẩn số Gratkov:   3 2 -5 9 2 3 9,81.5,4 .1044,13 .7 10 . 0,18 3,1 10 2,652 10 rG       Chuẩn số Pran: 34220,42 2,652 10 19,482 0,5745 rP     Gr. Pr = 3,1.10 9 . 19,482 = 6,041.10 10 > 10 9 Chuẩn số Nuyxen đƣợc tính theo công thức: [2-24] Nu = 0,15. (Gr. Pr) 0,33 . (Pr/Prt) 0,25 Trong đó: Prt : là chuẩn số Pran tính ở nhiệt độ thành thiết bị tiếp xúc bia. Vì t2 nhỏ nên Pr/Prt  1. Do đó: Nu = 0,15. (Gr. Pr) 0,33 = 0,15. (6,041. 10 10 ) 0,33 = 541,826 Hệ số cấp nhiệt phía bia là: 2 2 541,826 0,5745 57,6442 / 5,4 uN W m l        ®é Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt thành thiết bị tiếp xúc với dịch bia là: q2 = 2. t2 = 57,6442. 0,18 = 10,283 W/m 2 Sai số: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 51 1 2 1 100 2,02 10,495 q q q          do đó chấp nhận giả thiết t1= 3,797 0 C Thay 1 , 2 vào công thức tính chiều dày lớp cách nhiệt: 3 3 3 31 1 0,5.10 2,5.10 1.10 4.10 1 0,047. 0,3 2,78 50 0.18 0,18 16,3 57,61 cn                   cn= 0,138 m Thử lại: Chênh lệch nhiệt độ giữa thành thiết bị và dịch bia là: t2 ’ = 35- t2- t1- q1.r 3 2 0,5 2,5 138 1 4 35 3,886 10,803 10 50 0,18 0,047 0,18 16,3 t                 t2= 0,182 0 C  0,180C Vậy giả thiết t1=3,797 0 C và t2= 0,18 0 C là phù hợp song để đảm bảo an toàn ta lấy cn=0,14 m= 14 cm.  Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu là: [ 2-3] 1 3 3 3 31 0,5.10 2,5.10 0,14 1.10 4.10 1 2,78 50 0.18 0,047 0,18 16,3 57,61 K                 K = 0,296 W/m 2 .độ Kiểm tra đọng sƣơng của kết cấu bảo ôn bằng công thức: [ 8-66] 1 1 1 2 0,95 0,296ss t t K K t t         W/m 2 .độ Trong đó: 1= 2,7639 W/m 2 .độ t1: Nhiệt độ không khí ngoài trời, t1= 35 0 C t2: Nhiệt độ trong thiết bị, t2= 0 0 C. ts: Nhiệt độ đọng sƣơng của không khí. Khi nhiệt độ không khí ngoài trời là 350C, độ ẩm 83% thì nhiệt độ đọng sƣơng của không khí là: [- 178] Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 52 ts= 31 0 C. Thay số tính đƣợc: 2 235 310,95 2,7639 0,3 /m . 0,296 /m . 35 0 sK K         ®é ®éw w Vậy bề mặt thiết bị không bị đọng sƣơng. I.3. Tính nhiệt tổn thất ra môi trƣờng xung quanh trong giai đoạn lên men phụ. Ta coi rằng trong tổng diện tích bề mặt thiết bị có 0,5 m2 không đƣợc bảo ôn. với giả thiết này ta có: Diện tích đƣợc bảo ôn là: 56,568- 0,5= 56,068 m2 I.3.1. Tính lượng nhiệt tổn thất qua phần thiết bị được bảo ôn: [2-3] QTT1= K. F. t , W Trong đó: K: Hệ số truyền nhiệt, K= 0,296 W/m2.độ F: Bề mặt truyền nhiệt, F= 56,068. 2,67/2,6= 57,62 m2 t: Hiệu số nhiệt độ giữa hai môi trƣờng, t= 35- 0= 350C Thay số tính đƣợc: QTT1= 0,296. 57,62. 35= 596,94 W I.3.2. Lượng nhiệt tổn thất qua phần thiết bị không được bảo ôn. QTT2= K. F. t , W Trong đó: K: Hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ F= 0,5 m 2 t= 35- 0= 350C  Tính hệ số truyền nhiệt K: [2-3] 1 11 2 1 1n i i i K                Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 53 Trong đó: Để tính K ta phải tính đƣợc 1, 2. Ta giả thiết rằng chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài và bề mặt lớp bảo vệ là t1= 33,55 0 C. Khi đó: 1 = 1,98. (t1) 0,25 , W/m 2 .độ 1 = 1,98. (33,55) 0,25 = 4,7653 W/m 2 .độ Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt lớp bảo vệ là: q1 = 1. t1 = 4,7653. 33,55 = 159,875 W/m 2 Chênh lệch nhiệt độ giữa thành thiết bị và bia là: t2= 35-33,55-159,875. (4. 10 -3 /16,3)= 1,41 0 C Với dịch bia ta có: Chuẩn số Gratkov: [2-13] 3 2 2 2 g.l . . . t rG      Chuẩn số Pran: [2-12] p r C P     Trong đó: g = 9,81 m/s 2 l = 5,4 m  = 1044,13 kg/m3  = 7.10-5 độ-1  = 2,652.10-3 NS/m2  = 0,5745 W/m.độ Cp = 4220,42 J/kg.độ Chuẩn số Gratkov:   3 2 -5 10 2 3 9,81.5,4 .1044,13 .7 10 . 1,41 2,363 10 2,652 10 rG       Chuẩn số Pran: 34220,42 2,652 10 19,482 0,5745 rP     Gr. Pr = 2,363.10 10 . 19,482 = 4,6043.10 11 > 10 9 Chuẩn số Nuyxen đƣợc tính theo công thức: [2-24] Nu = 0,15. (Gr. Pr) 0,33 . (Pr/Prt) 0,25 Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 54 Trong đó: Prt : là chuẩn số Pran tính ở nhiệt độ thành thiết bị tiếp xúc bia. Vì t2 nhỏ nên Pr/Prt  1. Do đó: Nu = 0,15. (Gr. Pr) 0,33 = 0,15. (4,6043. 10 11 ) 0,33 = 1059,095 Hệ số cấp nhiệt phía bia là: 2 2 1059,095 0,5745 112,6760 / 5,4 uN W m l        ®é Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt thành thiết bị tiếp xúc với dịch bia là: q2 = 2. t2 = 112,6760. 1,41 = 158,873 W/m 2 Sai số: 1 2 1 100 0,63 159,875 q q q          Do đó chấp nhận giả thiết t1= 33,55 0 C Thay số vào công thức tính hệ số truyền nhiệt: 1 3 21 4.10 1 4,567 / 4,7653 16,3 112,6760 K W m            ®é K= 4,567 W/m 2 .độ Vậy QTT2= 4,567. 0,5. 35= 80 W I.3.3. Tổng lượng nhiệt tổn thất trong quá trình lên men phụ. QTTP= QTT1+ QTT2= 569,94+ 80= 676,94 W QTTP= 676,94. 3600/ (4,1868. 110 3 )= 582,064 Kcal/h I.4. Tính lƣợng nhiệt tổn thất trong giai đoạn lên men chính. I.4.1. Tính lượng nhiệt tổn thất qua phần thiết bị được bảo ôn: [2-3] QTT1= K. F. t , W Trong đó: K: Hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ F= 57,62 m 2 t= 35- 14= 210C Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 55  Tính K: Dịch đƣờng lên men chính có hàm lƣợng chất tan (tính theo % chất khô) từ 11% xuống 4%. Để tính K, lấy giá trị trung bình là 7,5%. Khi đó dịch đƣờng có: [1-181] CP= 4190- (2514- 7,542. t). x , J/kg.độ CP= 4190- (2514- 7,542. 14). 7,5.10 -2 = 4010,5 J/kg.độ  = 1030 kg/m3  = 15.10-5 độ-1  = 1,171.10-3 NS/m2  = 0,581 W/m.độ Chuẩn số Gratkov:   3 2 -5 112 22 3 9,81.5,4 .1044,13 .7 10 . t 1,676 10 2,652 10 rG t         Chuẩn số Pran: 34010,5 1,171 10 8,083 0,581 rP     Giả thiết rằng chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài và bề mặt lớp bảo vệ là t1= 2,476 0 C Với giả thiết này ta có hệ số cấp nhiệt phía bề mặt lớp bảo vệ đƣợc tính theo công thức: [2-23] 1 = 1,98. (t1) 0,25 , W/m 2 .độ 1 = 1,98. (2,476) 0,25 = 2,4837 W/m 2 .độ Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt lớp bảo vệ là: q1 = 1. t1 = 2,4837. 2,476 = 6,15 W/m 2 Chênh lệch nhiệt độ giữa thành thiết bị và dịch bia là: t2= 35- t2- t1- q1. r 3 2 0,5 2,5 0,14 1 4 35 14 2,476 6,15 10 50 0,18 0,047 0,18 16,3 t                  t2= 0,085 0 C Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 56 Gr.Pr = 1,676.10 11 . 0,085.8,083 = 8,0807. 10 10 > 10 9 Chuẩn số Nuyxen đƣợc tính theo công thức: [2-24] Nu = 0,15. (Gr.Pr) 0,33 . (Pr/Prt) 0,25 Trong đó: Pr : là chuẩn số Pran tính ở nhiệt độ thành thiết bị tiếp xúc bia. Vì t2 nhỏ nên Pr/Prt  1. Do đó: Nu = 0,15. (Gr. Pr) 0,33 = 0,15. (8,0807.10 10 ) 0,33 = 596,4169 Hệ số cấp nhiệt phía bia là: 2 2 596,4169 0,5745 72,0601 / 5,4 uN W m l        ®é Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt thành thiết bị tiếp xúc với dịch bia là: q2 = 2. t2 = 72,0601. 0,085 = 6,125 W/m 2 Sai số: 1 2 1 100 0,4 6,15 q q q          Chấp nhận giả thiết t1=2,476 0 C Thay số vào công thức tính hệ số truyền nhiệt: 1 1 1 2,9984 2,4837 72,0601 K          K= 0,293 W/m 2 .độ Vậy QTT1= 0,293. 57,62. 21= 354,34 W I.4.2. Lượng nhiệt tổn thất qua phần thiết bị không được bảo ôn: QTT2= K. F. t , W Trong đó: F = 0,5 m 2 t = 35- 14= 210C  Tính K: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 57 Để tính K ta phải tính 1, 2. Giả thiết rằng chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài và bề mặt lớp bảo vệ là t1= 20,37 0 C. Khi đó: 1 = 1,98. (t1) 0,25 , W/m 2 .độ 1 = 1,98. (20,37) 0,25 = 4,064 W/m 2 .độ Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt lớp bảo vệ là: q1 = 1. t1 = 4,064. 20,37 = 85,685 W/m 2 Chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong thiết bị và dịch đƣờng là: t2= 21- 20,37- 85,685. 4. 10 -3 /16,3= 0,609 0 C Gr. Pr = 1,676.10 11 . 0,609. 8,083 = 8,25. 10 11 > 10 9 Chuẩn số Nuyxen đƣợc tính Nu = 0,15. (Gr.Pr) 0,33 = 0,15. (8,25. 10 11 ) 0,33 = 1283,896 Hệ số cấp nhiệt phía bia là: 2 2 1283,896 0,5745 138,1377 / 5,4 uN W m l        ®é Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt thành thiết bị tiếp xúc với dịch bia là: q2 = 2. t2 = 138,1377. 0,609 = 84,126 W/m 2 Sai số: 1 2 1 100 1,8 85,685 q q q          Chấp nhận giả thiết t1=20,37 0 C Thay số vào công thức tính hệ số truyền nhiệt: 1 31 4.10 1 4,2064 16,3 138,1377 K          K= 4,078 W/m 2 .độ Vậy QTT2= 4,078. 0,5. 21 = 42,82 W I.4.3. Tổng lượng nhiệt tổn thất trong quá trình lên men chính. QTTC= QTT1+ QTT2= 354,34+ 42,82 = 397,16 W Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 58 QTTC= 397,16. 3600/(4,1868.10 3 )= 341,5 Kcal/h I.5. Tính lƣợng nhiệt toả ra do lên men. Quá trình lên men từ đƣờng Hexoza thành rƣợu êtylíc và CO2 đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình tổng quát sau: Theo lý thuyết cứ lên men 1kg đƣờng Hexoza thì toả ra môi trƣờng xung quanh một lƣợng nhiệt là 146,6 Kcal. Mặt khác, khi kết thúc giai đoạn lên men chính, tốc độ lên men giảm, khi đó hàm lƣợng chất khô chỉ giảm khoảng 0,15%/ngày. Vậy lƣợng nhiệt toả ra do lên men trong giai đoạn hạ nhiệt độ dịch đƣờng từ nhiệt độ lên men chính 160C xuống 40C trong 24 giờ là: QP1 = 25. 1073,58. 1044,13. 10 -3 . 0,15%. 146,6/24= 256,77 Kcal/h Trong giai đoạn lên men chính, lúc lên men mạnh nhất thì hàm lƣợng chất hoà tan giảm với tốc độ khoảng 1,8%/ ngày. với tốc độ này thì lƣợng nhiệt toả ra tron 24h là: QP = 25. 1073,58. 1044,13. 10 -3 . 1,8%. 146,6/24= 3081,23 Kcal/h I.6. Tính lƣợng nhiệt cần lấy để hạ nhiệt độ dịch đƣờng từ 14 0 C xuống 2 0 C: 1 Q m C t     , Kcal/h Trong đó: : là thời gian hạ nhiệt độ, = 24h m: Khối lƣợng dịch bia non cần hạ nhiệt độ, kg m= 25. 1073,58. 1044,13. 10 -3 = 28023,93 kg t: Hiệu nhiệt độ trƣớc và sau khi hạ t= 14- 2= 120C CP= 4190- (2514- 7,542. t). x CP= 4190- (2514- 7,542. 12). 0,04= 4093,06 J/kg. độ Thay số tính đƣợc: Xúc tác 2C2H5OH+ 2CO2+ Q C6H12O6 Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 59 3 4093,06 1 28023,93 12 13698,24 4,1868 10 24 hQ      , Kcal/h. I.7. Tính kết cấu áo nƣớc muối làm lạnh. Để duy trì nhiệt độ của dịch ổn định ở nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men và làm lạnh dịch bia non từ nhiệt độ lên men chính 140C đến khi kết thúc quá trình lên men chính ở nhiệt độ 20C ta sử dụng nƣớc muối lạnh –50C chạy trong các khoang áo muối xung quanh thân thùng lên men để bù tổn thất lạnh và lấy đi lƣợng nhiệt cần theo yêu cầu công nghệ. Lƣợng nhiệt cần cấp là: Q = QTTP+ QP+ Qh Q = 582,064+ 3081,23+ 13698,24 Q = 17361,54 W Chọn phƣơng án sử dụng nƣớc muối 20% ở nhiệt dộ –50C để làm lạnh và sau khi ra khỏi áo muối, nƣớc muối có nhiệt độ là: -30C. Trong khoảng -50C đến -30C nƣớc muối có: CP= 2940 J/kg.độ= 0,702 Kcal/kg.độ [1-207]  = 1160 kg/m3 [1-52] Vậy lƣợng nƣớc muối cần dùng là: 17361,54 12365,77 . 0,702.2p Q m C t     , Kg/h Thể tích nƣớc muối tƣơng ứng là: 12365,77 10,66 1160 m V     , m 3 /h. Bề mặt truyền nhiệt cần thiết đƣợc tính theo công thức: [2-11] . Q F K t    , m 2 Trong đó: Q là lƣợng nhiệt trao đổi trong thời gian  Q = 17361,54 Kcal/h = 17361,54. 4,1868.10 3 . 24 = 1,7445.10 9 J  : Thời gian hạ nhiệt độ, s  = 24. 3600 = 86400 s Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 60 t : Hiệu suất nhiệt độ trung bình giữa nƣớc muối và dịch bia, 0 C K: hệ số truyền nhiệt W/m2.độ  Tính t: [2-29] 1 2 1 1 2 1 ln ln T T A t T t A A T t        2 1 2 2 T t A T t    Trong đó: T1, T2: Nhiệt độ đầu và cuối của dịch bia, 0 C T1 = 14 0 C, T2 = 0 0 C t1, t2: Nhiệt độ của nƣớc muối vào, ra, 0 C t1 = -5 0 C, t2 = -3 0 C     2 5 1,4 2 3 A       Suy ra:     14 2 1,4 10,205 14 5 1,4 ln1,4 ln 2 5 t           0 C Nhiệt độ ra trung bình của nƣớc muối: [2-11] T2= t1+ t. lnA= -5+ 10,205. ln1,4= -1,566 0 C  Tính K:[2-3] 1 1 2 1 1 K r            , W/m 2 .độ Trong đó: 1 : Hệ số cấp nhiệt phía nƣớc muối, W/m 2 .độ 2: Hệ số cấp nhiệt phía dịch bia, W/m 2 .độ r : Nhiệt trở của thành thiết bị, m2.độ/W 1 2r r r      , m 2 .độ/W Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 61 r1: Nhiệt trở cặn bẩn phía nƣớc muối, m 2 .độ/W r1 = 0,232.10 -3 m 2 .độ/W [2-4] r2: Nhiệt trở cặn bẩn phía dịch bia, m 2 .độ/W r2 = 0,725.10 -3 m 2 .độ/W [2-4]  = 4.10-3 m  = 16,3 W/m.độ Thay số: 3 3 3 34.100,232.10 0,725.10 1,2.10 16,3 r        , m 2 .độ/W Nhiệt độ trung bình của dịch bia là: 01 2 14 2 8 2 2 T T T C      Ở nhiệt độ 8,0C dịch bia non có:  = 1044,13 kg/m3 [1-65] Cp = 4092 J/kg.độ [1-181]  = 1,386.10-3 N.S/m2 [1-105]  = W/m2.độ = 0,552 W/m2.độ [1-155]  = 7.10-5 độ-1 [1-340] Nhiệt độ trung bình của nƣớc muối:   2 1 1,566 5 1,717 2 2 ot tT C       Ở nhiệt độ này nƣớc muối có:  = 1160 kg/m3 Cp = 3349 J/kg.độ [1-181]  = 3,013.10-3 N.S/m2 [1-112]  = 0,54 W/m2.độ [1-157]  = 3,549.10-5độ-1 [1-337] Ở nhiệt độ 80C dịch bia có: Chuẩn số Gratkov: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 62 3 2 2 2 . . . . r g l t G      Với t2 là chênh lệch nhiệt độ giữa bia non và tƣờng tiếp xúc với nó, 0 C   3 2 5 10 2 22 3 9,81.5,4 .1015,67 .7.10 5,978.10 1,366.10 rG t t       Chuẩn số Pran: Pr C P    10,126 0,552 rP    Ta có: Gr. Pr = 5,978.10 10 . t2.10,126= 6,054.10 10 . t2 Chọn khoang áo muối có kích thƣớc 100x18mm. Với kích thƣớc này thì đƣờng kính tƣơng đƣơng của nó là: 4. td f l U    6 3 4.200.18.10 0,0330 2 200 18 10 tdl      Trong đó: F: Tiết diện dòng chảy, m2 U: Chu vi thấm ƣớt, m Chọn 3 áo làm lạnh: 2 trên thân thiết bị + 1 ở đáy Vận tốc nƣớc muối chảy trong khoang: 6 10,66 / 3600 0,274 3. 3.200.18.10 V w F     m/s 3 . . 0,033.0,274.1160 3481 2300 3,013.10 td e l R         Nhƣ vậy, nƣớc muối chảy trong khoang ở chế độ chảy Do đó chuẩn số Nuyxen đƣợc tính theo công thức: [2-16] Nu = K0.1.Pr 0,43 .( Pr/ Prt) 0,25 Trong đó: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 63 1: hệ số kể đến ảnh hƣởng của chiều dài ống tới hệ số toả nhiệt 1=1 [2-15] K0 hệ số phụ thuộc vào Re . K0 = 10,33 [2-16] Pr : chuẩn số Pran của nƣớc muối 3. 3349.3,013.10 18,6886 0,54 p r C P       Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa nƣớc muối và thành thiết bị tiếp xúc với nó là: t1 =1,48 0 C Nu= 10,33. 1,48. 18,6886 0,43 .1= 53,8443 Do vậy, ta có hệ số cấp nhiệt: 1 0,54 . 53,8443 881,0892 0,033 u td N l       W/m 2 . độ Mật độ dòng nhiệt qua bề mặt tƣờng tiếp xúc với nƣớc muối là: q1 = 1. t1 = 881,0892. 1,48 = 1304,012 W/m 2 Chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong và bia non là: t2 = [8- (-1,566)]- t1- q1. r = 9,566 - 1,48 - 1304,012. 1,2.10 -3 = 6,521 0 C Nhiệt độ của tƣờng tiếp xúc với dịch bia non là: 8- 6,521= 1,4790C Ở nhiệt độ này bia non có: Cp = 4090 J/kg.độ [1-181]  = 1,731.10-3 N.S/m2 [1-105]  = 0,551 W/m2.độ [1-155] Chuẩn số Pran của dịch bia non ở nhiệt độ 1,4790C là: 3. 4090.1,731.10 12,7794 0,554 p rt C P       Suy ra: 10,024 0,9317 12,7994 r rt P P   Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 64 Với t2 = 6,521 0 C ta có: Gr. Pr= 6,054. 10 11 . 6,521= 4. 10 12 Chuẩn số Nuyxen đƣợc tính theo công thức: [2-24]   0,25 0,33 0,15. . . ru r r rt P N G P P        Nu = 0,15. ( 4.10 12 ) 0,33 . 0,9317 = 2005,2527 Hệ số cấp nhiệt phía dịch bia non: 2 0,552 . 2005,2527 204,9814 5,4 uN l       W/m 2 . độ Nhiệt tải riêng phía dịch bia non: q2 = 2. t2 = 204,9814. 6,521 = 1336,684 W/m 2 Sai số: 2 1 2 1336,684 1304,012 .100% .100% 2,4% 1336,684 q q q     Vậy chấp nhận giả thiết t1 = 1,62 0 C và ta có: 1 31 11,2.10 138,645 881,0892 204,9814 K          Từ đó tính đƣợc bề mặt truyền nhiệt: 91,7445.10 14,2 138,645.10,205.864003. . . Q F K t      m 2 Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 65 PHẦN VI: TÍNH VÀ CHỌN MỘT SỐ THIẾT BỊ THIẾT BỊ KHÁC I. CÔNG ĐOẠN NẤU. I.1. Cân nguyên liệu. Nguyên liệu đƣợc cân cho từng mẻ nấu:  Với lƣợng malt: 614,5 kg. Do đó ta chọn cân đồng hồ mã 1000kg  Với lƣợng gạo : 263,4kg. Do đó ta chọn cân đồng hồ mã500kg Thời gian cân nguyên liệu cho một mẻ nấu là: 10 phút I.2. Máy nghiền Malt. Lƣợng malt cần nghiền trong 1 ngày: 614,5. 5 = 3072,5 kg Máy làm việc 2 ca/ngày, mỗi ca 3 giờ Vậy lƣợng malt cần nghiền trong 1h là: 3072,5 512 2.3  kg/h Hệ số sử dụng máy 0,7. Vậy năng suất của máy nghiền: 512 732 0,7  kg/h Chọn máy nghiền trục (4 trục): Năng suất 1000 kg/h I.3. Máy nghiền gạo. Lƣợng gạo cần nghiền trong 1 ngày là: 263,6. 5 = 1318 kg Máy làm việc 2 ca 1 ngày, mỗi ca 3 giờ Vậy lƣợng gạo cần nghiền trong 1 giờ là: 1318 220 2.3  kg/h Hệ số sử dụng máy là 0,7. Vậy năng suất của máy nghiền: 220 314 0,7  kg/h Chọn máy nghiền búa có năng suất 500 kg/h I.4. Máy lọc ép khung bản. Chọn thiết bị lọc là máy lọc ép khung bản, thiết bị này có ƣu điểm là:  Năng suất lớn, trong một ngày đêm có thể lọc 5 đến 6 mẻ.  Chất lƣợng dịch đƣờng cao, ít hao tổn về nƣớc rửa bã hơn. Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 66  Dễ vận hành và dễ thay thế. Tính số khung: Lƣợng bã ƣớt thu đƣợc mỗi mẻ là: 160,13. 5 = 800,65 kg Tỉ trọng của bã gần bằng tỉ trọng của dịch đƣờng = 1,044.103 kg/m3 Vậy thể tích của bã: 3 3 800,65 0,767 1,044.10 V m  Chọn khung có kích thƣớc: 800x800x60 mm , bề dày 6mm Thể tích khoảng trống của khung: 795. 795. 6. 10 -9 = 0,038 m 3 Với hệ số sử dụng là 0,7 thể tích khung thì số khung cần dùng là: 0,767 29 0,038.0,7  cái Số bản = số khung - 1 = 28 cái I.5. Thiết bị xoáy lốc: Thiết bị có thân hình trụ, đáy côn. Coi lƣợng bã bia có kích thƣớc không đáng kể so với lƣợng dịch đƣờng. Lƣợng nƣớc bay hơi trong quá trình nấu hoa là 10%, tổn thất bơm nhỏ, Lƣợng dịch còn lại vào thùng: 3 3 1106,78.5 5,3 1,044.10 m Áp dụng công thức tính kích thƣớc cho hình trụ: 2 4 D V H     chọn H = D Tính đƣợc: 3 3 4 4 5,3 1,8 3,14 V D       m Vậy H = D = 1,8 m I.6. Bơm. Dùng bơm vận chuyển dịch từ nồi cháo sang nồi đƣờng hoá, sang thiết bị lọc, sang nồi nấu hoa sang thùng lắng và lạnh nhanh, cuối cùng bơm sang Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 67 hệ thống lên men. Tính công suất bơm quy chuẩn cho toàn hệ thống phân xƣởng nấu Thể tích dịch đƣờng một mẻ nấu: 4763 lit Hệ số sử dụng: 0,75 Thời gian bơm: 30 phút Năng suất bơm: 3 4763 60 . 12,7 / 0,75 30 m h Dùng bơm ly tâm có năng suất 12,7 m3/h I.7. Máy lạnh nhanh. 1. Tính kích thước. Trong quá trình lắng hao tổn dịch 0,8%. Vậy lƣợng dịch vào máy lạnh: 3 1106,78.5.0,992 5,5 1000 m Thời gian làm việc tối đa 90 phút Hệ số sử dụng máy: 0,7 Vậy thể tích thiết bị cần dùng: 3 5,5.60 5,2 / 0,7.90 V m h  Máy lạnh là giàn làm lạnh tấm bản có năng suất 5,2 m3/h 2. Bề mặt truyền nhiệt. a. Vùng nƣớc lã: Nhiệt độ dịch vào: 900C Nhiệt độ dịch ra: 550C Nhiệt độ nƣớc vào: 250C Nhiệt độ nƣớc ra: 450C Nồng độ dịch đƣờng 110Bx, có tỉ trọng 1,044.103 kg/m3 Lƣợng dịch đƣờng G = 4,763.1,044.103 = 4,97.103 kg Nhiệt dung riêng (chất hoà tan: 0,34) C = 0,34.0,11+1.0,89 = 0,93 kcal/kg.độ Q = G.C (tc – tđ) = 4,97.10 3 .0,93(90-55) = 161321 kcal Với thiết bị làm lạnh kiểu tƣới có hệ số truyền nhiệt là: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 68 k = 1100 kcal/m 3 .h.độ Hiệu số nhiệt độ: 0 65 10 29,4 65 2,3.lg2,3.lg 10 l n l n t t t c t t          3 161321 5 . 1100.29,4 Q F m k t     b. Vùng nƣớc muối: Nhiệt độ dịch vào: 550C Nhiệt độ dịch ra: 140C Nhiệt độ nƣớc muối vào: -50C Nhiệt độ nƣớc muối ra: 50C Lƣợng nƣớc muối cần dùng: Q = G. C. (tc-tđ) = 4,97. 10 3 . 0,93. (55-14) = 189506 kcal 0 60 9 26,9 60 2,3.lg 9 t c     Hệ số truyền nhiệt đối với nƣớc muối: K = 650 kcal/m 3 .h.độ Vậy bề mặt truyền nhiệt: 3189506 10,8 . 650.26,9 Q F m k t     II. CÔNG ĐOẠN LÊN MEN. II.1. Thiết bị gây men giống. II.1.1. Thùng nhân giống cần dùng cho 1000 lit bia thành phẩm là: 107,358 lit Vậy lƣợng men giống cần dùng cho 1 mẻ nấu là: 107,358. 5 = 536,79 lit  0,54 m3 Vì 5 mẻ nấu cho vào một thùng lên men nên tính thiết bị cho 5 mẻ: Hệ số đổ đầy thùng là 0,75 nên thể tích thực của thùng là: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 69 3 0,54.5 3,6 0,75 m Thiết bị là thùng hình trụ 2 vỏ, đáy nón làm bằng thép không gỉ: Chọn H = 1,2 D, h = 0,15D, 2 2 . . 4 4 D D V H h     Tính đƣợc: 3 3 4 4.3,6 .1,35 3,14.1,35 V D    D = 1,4m H = 1,68m h = 0,25m I.1.2. Thùng nhân giống cấp 1: Thể tích bằng 1/5 thể tích của thùng nhân giống cấp 2: 3 1 .3,6 0,72 5 V m  Thiết bị là thùng hình trụ 2 vỏ, đáy nóng, làm bằng thép không gỉ: 2 2 . . 4 4 D D V H h     Với H = 1,2 D, h = 0,15D Tính đƣợc: 3 3 4 4.0,72 0,8 .1,35 3,14.1,35 V D m     Với H = 1,2D = 0,96m H = 0,15D = 0,12m II.1.3. Thùng rửa men: Lƣợng dịch đƣờng 5 mẻ nấu: 5. 1078,58 = 5367,9 lit Cứ 1000 lit thu đƣợc 8lit men. Vậy lƣợng men đem đi rửa: 5367,9.8 43 1000 lit Hệ số sử dụng thùng: 0,8 Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 70 Vậy thể tích thùng: 43/0,8 = 54 lit =0,054 m3 2 4 D V H   Chọn D = 1,5H. Tính đƣợc: 3 3 2 2 4 4.0,54 0,3 .1,5 3,14.1,5 V D m     D = 1,5H = 0,45m Thể tích chỏm cầu không đáng kể II.1.4. Thùng hoạt hoá men: Nấm men sau khi rửa cần đƣợc bảo quản ở 0 – 40C. Việc hoạt hoá nấm men đƣợc tiến hành trƣớc khi sử dụng từ 10 đến 20 giờ để nấm men thích nghi dần với môi trƣờng sẽ lên men, để rút ngắn thời gian trong thùng lên men. Men tái sử dụng cần dùng: 5.10,736 = 53,68 lit Lƣợng men cho vào nồi từ 2 đến 3 lit dịch đƣờng lạnh cho 1 lit men sệt. Vậy thể tích dịch đƣờng trong thùng là: 3.53,68 lit = 161,04 lit Tổng thể tích dịch trong thùng là: 161,04 + 53,68 = 214,72 lit Hệ số sử dụng thùng: 0,8 Vậy thể tích thùng là: 3 214,72 268,4 0,27 0,8 V lit m   Thiết bị là thân thùng hình trụ đáy côn, 2 vỏ làm bằng thép không gỉ. áp dụng: 2 2 1 . . 4 4 3 D D V H h     Chọn H = 1,5D h = 0,15D Tính đƣợc: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 71 3 3 4 4.0,27 0,2 .1,65 3,14.1,65 V D m     H = 0,3m h = 0,03m = 30mm II.1.5. Thùng thu hồi men: Cứ 1000 lit dung dịch men thu hồi đƣợc 20 lit tình khối. Vậy 5637,9 lit thu hồi đƣợc 107 lit tinh khối Chọn H = 1,5D ( thiết bị là hình trụ đáy bằng) 2 4 D V H   Chọn H = 1,5D suy ra: 3 3 2 2 4 4.0,107 0,4 .1,5 3,14.1,5 V D m     H = 0,6m II.2. Thiết bị lọc bia. Lƣợng bia cần lọc trong 1 ngày: V = 5. 1030,64. 5 = 25766 lit Mỗi ngày máy làm việc 2 ca, mỗi ca 5 giờ Hệ số sử dụng máy 0,75 Vậy năng suất yêu cầu của máy: 325766.10 3435,5 0,75.2.5 V    lít/h Chọn máy lọc khung bản làm bằng hợp kim nhôm (hoặc thép) dùng bột trợ lọc diatomit, năng suất của máy là 4000 lit/h II.3. Thiết bị tàng trữ bia. Lƣợng bia cần nạp CO2 trong ngày: 5.1015,18.5 = 25380 lit Năng suất máy hấp thụ CO2 với hệ số sử dụng: 0,8 Vậy năng suất của máy: Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 72 25380 3172 / 0,8.2.5 N lit h  Thiết kế với năng suất: 3500 lit/h Thiết bị tàng trữ bia đồng thời cũng là thùng hấp thụ CO2. Coi thể tích thiết bị bằng 1/4 thể tích 1 thùng lên men. Do đó, thể tích thiết bị bão hoà CO2 là: 34,73/4 = 8,7 m 3 Thùng hình trụ kiểu đứng đƣợc chế tạo bằng thép X18H10T, có áo lạnh bằng muối chạy xung quanh, chịu áp lực 4 kg/cm2 Kích thƣớc thùng đƣợc xác định nhờ cồng thức: 2 2 1 . . 4 4 3 D D V H h     Chọn H = 1,2D h = 0,15D Tính đƣợc: 3 3 4 4.8,7 2 .1,25 3,14.1,25 V D     m Suy ra: H = 2,4 m; h = 0,3 m III. PHÂN XƢỞNG HOÀN THIỆN SẢN PHẨM. Bia đƣợc dùng 50% để chiết chai và 50% dùng làm bia hơi III.1. Đối với bia hơi Với lƣợng bia 25000 lit/ngày. Hiện nay thƣờng dùng bock có dung tích 25 lit. Vậy số bock cần dùng trong 1 ngày là: 13500/25 = 1500 chiếc III.1.1. Máy rửa bock. Mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 3h, hệ số sử dụng máy 0,8. Vậy năng suất cần có của máy: 500 104 / 0,8.2.3 bock h Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 73 Chọn 4 máy làm việc song song, mỗi máy có năng suất 26 bock/h III.1.2. Máy chiết bốc. Lƣợng bia chiết bock trong ngày: 13500 lit Mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 6h Hệ số sử dụng máy là: 0,8 Vậy năng suất yêu cầu: 13500 1406,3 / 0,8.2.6 lit h Chọn máy có năng suất 1500 lit/h III.2. Đối với bia chai. Chai qua công đoạn rửa đƣợc sấy khô sang thiết bị chiết chai, kiểm tra độ đầy và dán nhãn. Năng suất của máy chiết chai cần thiết: Lƣợng bia chiết chai trong ngày: 13500 lit Mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 6h Hệ số sử dụng máy là: 0,8 Vậy năng suất yêu cầu: 13500 1406,3 0,8.2.6  lít/h Chọn máy có năng suất 1500 lit/h Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PTS Trần xoa, PTS Nguyễn Trọng Khuông, kỹ sƣ Hồ Lê Viên. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập I. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-1978. 2. PTS Trần xoa, PTS Nguyễn Trọng Khuông, PTS Phạm Xuân Toản. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập II. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-1999. 3. GS.TS Nguyễn Bin. Tính toán quá trình Thiêt bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm tập 1. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-1999. 4. GS.TS Nguyễn Bin. Tính toán quá trình Thiêt bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-1999. 5. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn Huỳnh. Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 1, tập 2. Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội-2000. 6. PGS.TS Hoàng Đình Hoà. Công nghệ sản xuất malt và bia. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-2000. 7. Hồ Sƣởng. Công nghệ sản xuất bia. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-1992. 8. Nguyễn Đức Lợi. Hƣớng dẫn thiết kế hệ thống lạnh. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật- 2002. 9. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ. Kỹ thuật lạnh cơ sở. Nhà xuất bản Giáo dục-1996. 10. Thực Phẩm Đại Cƣơng. Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội-1980. 11. Hoá Sinh Công Nghiệp. 12. Bùi Ái. Kỹ thuật sản xuất malt và bia. Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội-1994. Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 75 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BIA .................................................................................... 2 I. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA BIA. ..................................... 2 I.1. THÀNH PHẦN CỦA BIA. .............................................................. 2 I.2. TÍNH CHẤT CỦA BIA THÀNH PHẨM......................................... 2 II. NGUYÊN LIỆU. .................................................................................. 3 II.1. NGUYÊN LIỆU CHÍNH. ............................................................... 3 II.1.1. MALT ĐẠI MẠCH. ........................................................................... 4 II.1.2. HOA HOUBLON. ............................................................................. 5 II.1.3. NƯỚC. ............................................................................................. 5 II.1.4. NẤM MEN. ....................................................................................... 6 II.2. CÁC CHẤT PHỤ GIA VÀ NGUYÊN LIỆU THAY THẾ. ............ 6 II.2.1. CÁC CHẤT PHỤ GIA. ..................................................................... 6 I.2.2. NGUYÊN LIỆU THAY THẾ. .............................................................. 6 III. GIÁ TRỊ THỰC PHẨM CỦA BIA. .................................................. 7 PHẦN II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA .............................................. 8 I. ĐƢỜNG HOÁ NGUYÊN LIỆU. .......................................................... 8 I.1. PHƢƠNG PHÁP ĐUN SÔI 3 PHẦN. .............................................. 8 I.2. PHƢƠNG PHÁP ĐUN SÔI HAI PHẦN. ......................................... 9 I.3. PHƢƠNG PHÁP ĐUN SÔI MỘT PHẦN. ..................................... 10 II. LÊN MEN. ......................................................................................... 10 PHẦN III: SƠ ĐỒ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA .............. 12 I. SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA. ......................................... 12 II. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN. ................................................... 12 PHẦN IV: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU ................................................................... 16 I. TÍNH LƢỢNG DỊCH ĐƢỜNG TRƢỚC LÚC LÊN MEN. ............. 16 II. TÍNH LƢỢNG GẠO VÀ MALT CẦN DÙNG. ............................... 17 III. TÍNH LƢỢNG HOA HOUPLON SỬ DỤNG. ............................... 17 IV. TÍNH LƢỢNG Bà MALT VÀ Bà HOA. ....................................... 17 IV.1. TÍNH LƢỢNG Bà MALT. ......................................................... 17 IV.2. TÍNH LƢỢNG Bà HOA. ........................................................... 18 V. TÍNH LƢỢNG NƢỚC CẦN DÙNG ĐỂ RỬA Bà MALT. ............ 18 V.1. TÍNH LƢỢNG NƢỚC CẦN DÙNG ĐỂ NẤU CHÁO. .............. 18 V.2. TÍNH LƢỢNG NƢỚC CẦN DÙNG ĐỂ ĐƢỜNG HOÁ NGUYÊN LIỆU. ................................................................................................... 19 V.3. TÍNH LƢỢNG NƢỚC TRONG QUÁ TRÌNH RỬA BÃ. ............ 19 VI. TÍNH LƢỢNG MEN CẦN SỬ DỤNG. .......................................... 20 PHẦN V: TÍNH TOÁN MỘT SỐ THIẾT BỊ CHÍNH................................................. 21 I. NỒI NẤU CHÁO. ............................................................................... 21 I.1. TÍNH CÁC KÍCH THƢỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ. ................. 21 I.2. TÍNH BỀN CHO THIẾT BỊ. .......................................................... 22 Đồ án tốt nghiệp SV: Đặng Trần Nghĩa 76 I.3. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG VÀ BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT.................................................................................................. 29 II. NỒI ĐƢỜNG HOÁ. .......................................................................... 32 I.1. TÍNH CÁC KÍCH THƢỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ. ................. 32 I.2. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT. ................................................ 33 III. NỒI ĐUN HOA. ............................................................................... 36 III.1. TÍNH CÁC KÍCH THƢỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ. .............. 36 III.2. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT. ............................................. 36 I. THIẾT BỊ LÊN MEN. ........................................................................ 38 I.1. TÍNH CÁC KÍCH THƢỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ. ................. 39 I.2. TÍNH BỀN CHO THIẾT BỊ. .......................................................... 41 I.3. TÍNH NHIỆT TỔN THẤT RA MÔI TRƢỜNG XUNG QUANH TRONG GIAI ĐOẠN LÊN MEN PHỤ. .............................................. 52 I.4. TÍNH LƢỢNG NHIỆT TỔN THẤT TRONG GIAI ĐOẠN LÊN MEN CHÍNH. ...................................................................................... 54 I.5. TÍNH LƢỢNG NHIỆT TOẢ RA DO LÊN MEN. ......................... 58 I.6. TÍNH LƢỢNG NHIỆT CẦN LẤY ĐỂ HẠ NHIỆT ĐỘ DỊCH ĐƢỜNG TỪ 140C XUỐNG 20C: ......................................................... 58 I.7. TÍNH KẾT CẤU ÁO NƢỚC MUỐI LÀM LẠNH......................... 59 PHẦN VI: TÍNH VÀ CHỌN MỘT SỐ THIẾT BỊ THIẾT BỊ KHÁC ....................... 65 I. CÔNG ĐOẠN NẤU. ........................................................................... 65 I.1. CÂN NGUYÊN LIỆU. ................................................................... 65 I.2. MÁY NGHIỀN MALT. ................................................................. 65 I.3. MÁY NGHIỀN GẠO. .................................................................... 65 I.4. MÁY LỌC ÉP KHUNG BẢN. ...................................................... 65 I.5. THIẾT BỊ XOÁY LỐC: ................................................................. 66 I.6. BƠM. ............................................................................................. 66 I.7. MÁY LẠNH NHANH. .................................................................. 67 II. CÔNG ĐOẠN LÊN MEN. ................................................................ 68 II.1. THIẾT BỊ GÂY MEN GIỐNG. .................................................... 68 II.2. THIẾT BỊ LỌC BIA. .................................................................... 71 II.3. THIẾT BỊ TÀNG TRỮ BIA. ........................................................ 71 III. PHÂN XƢỞNG HOÀN THIỆN SẢN PHẨM. ............................... 72 III.1. ĐỐI VỚI BIA HƠI ...................................................................... 72 III.2. ĐỐI VỚI BIA CHAI. .................................................................. 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 74