Ta sử dụng hơi quá nhiệt để đun nóng huyền phù trong nồi đường hoá.
Hơi sử dụng là hơi ngưng tụ hoàn toàn và phần nước ngưng trong vỏ bọc thiết
bị được đưa ra ngoài nhờ bộ phận tháo nước ngưng, đặc điểm của thiết bị tháo
nước ngưng là nước qua bộ phận này được tháo ra còn hơi thì bị giữ lại. Thiết
bị đường hoá không cho phép làm việc với hơi ngưng tụ không hoàn toàn vì
khi đó sẽ tháo ra khỏi hỗn hợp hơi nước ngưng tụ và hơi do đó lượng hơi tiêu
hao để đun nóng sản phẩm tăng lên đột ngột.
37 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 6099 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Tính toán thiết kế nồi đường hoá sản xuất bia, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1
Luận văn
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
NỒI ĐƯỜNG HOÁ SẢN
XUẤT BIA
2
PHẦN 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
CHƯƠNG 1
NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA
1.1 Malt đại mạch, nguyên liệu chính trong sản xuất bia
1.1.1 Đặc tính thực vật
Đại mạch thuộc nhóm thực vật có hạt, thuộc họ lúa mì. Đại mạch có hai
loại là đại mạch mùa đông và đại mạch mùa xuân, chu kỳ sinh trưởng của đại
mạch là khoảng 100-120 ngày, tất cả các giống đại mạch chia ra làm hai
nhóm chính là đại mạch hai hàng và đại mạch nhiều hàng. Trong công nghiệp
sản xuất bia nghười ta chủ yếu dùng đại mạch hai hàng vì loại đại mạch này
cho chất lượng bia cao, vị bia thơm ngon hơn loại bia được sản xuất từ đại
mạch nhiều hàng.
1.1.1 Thành phần hoá học của đại mạch
Thành phần hoá học của đại mạch rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào
giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu từng vùng, kỹ thuật canh tác và
điều kiện bảo quản. Các chỉ số về thành phần hoá học của đại mạch là nhân tố
quyết định đến chất lượng bia và để kiểm tra xem đại mạch có đủ yêu cầu về
sản xuất bia không ta kiểm tra một số thành phần sau:
1.1.2.a Thành phần nước trong đại mạch
Nước của đại mạch có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình vận chuyển và
bảo quản hạt. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình tự hô hấp và tự nóng lên
của hạt. Hai quá trình này là nhân tố quan trọng nhất làm hao tổn chất khô.
Bên cạnh đó thủy phần cao quá mức sẽ cho phép vi sinh vật phát triển mạnh
đặc biệt là các loại sinh vật gây thối rửa hạt.Vì vậy để dễ dàng có các biện
pháp bảo quản tốt đại mạch tránh bị vi sinh vật xâm nhập thì ta cần phân loại
đại mạch theo hàm ẩm như sau:
Đại mạch khô: hàm ẩm W<14%
Đại mạch trung bình: hàm ẩm W=14,5%-15%
3
Đại mạch ẩm: hàm ẩm W=15,5%-17%
Đại mạch ướt: hàm ẩm W>=17%
Để tránh hiện tượng thối rửa hạt do hàm ẩm quá cao gây nên trước khi
nhập kho đại mạch cần sấy sơ bộ bằng cách thổi luồng khí nóng với nhiệt độ
khoảng 380C - 400C. Cần lưu ý không để nhiệt độ lên quá cao vì vậy sẽ hạn
chế khả năng nảy mầm của hạt đại mạch.
1.1.2.b Thành phần tinh bột trong đại mạch
Tinh bột là thành phần chiếm vị trí số một về khối lượng cũng như về
tầm quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Hơn một nửa lượng chất khô
của đại mạch là tinh bột. Trong sản xuất bia tinh bột có hai chức năng là :
-Là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi
-Là nguồn cung cấp chất hoà tan cho dịch đường trước khi lên men
Tinh bột có các kích thước khác nhau và chia ra làm hai loại, loại hạt có
kích thước to, chúng có đường kính 20-30 m , cònloại hạt bé có kích thước
khoảng 2-10 m . Trọng lượng riêng tinh bột khá cao khoảng 1,5-1,6; nhiệt
lượng khoảng 0,27Kcal/kg.0C. Vì vậy trong dung dịch chúng lắng xuống rất
nhanh. Tính chất này rất quan trọng trong quá trình chế biến dịch đường. Một
đặc điểm khác của tinh bột là khi hòa vào nước và nâng nhiệt độ lên thì tinh
bột sẽ hút nước và nở ra vì vậy thể tích tinh bột tăng lên rất nhanh đến một
thời điểm nhất định hạt tinh bột bị phá vỡ ra và bắt đầu hình thành dung dịch
keo, hiện tượng này gọi là hiện tượng hồ hoá tinh bột. Tinh bột sau khi hồ hoá
thì sẽ đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn.
1.1.2.c Thành phần Xenlulo trong đại mạch
Xenlulo chủ yếu nằm trong vỏ trấu của đại mạch và chiếm khoảng 20%
chất khô của vỏ. Phân tử xenlulo bao gồm 2000-10000 gốc đường đơn
glucoza xếp thành mạch dài xoắn lại từng chùm. Do cấu trúc như vậy nên
xenluloza đóng vai trò đặc biệt quan trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ
trấu sẽ tạo lớp màng lọc lý tưởng.
1.1.2.d Thành phần Polyphenol và chất đắng
4
Polyphenol và chất đắng tập trung chủ yếu trong lớp vỏ đại mạch. Phần
lớn những hợp chất hoà tan trong bia đều là những dẫn xuất của Catechin.
Những hợp chất này có những tính chất có lợi cho sản xuất bia vì nó dễ dàng
kết hợp với Protit cao phân tử để tạo thành phức chất có khả năng dễ kết lắng
làm tăng độ bền của keo sản phẩm. Mặt khác sự hoà tan của Polyphenol vào
dung dịch đường lại là nhân tố không tốt làm xấu đi hương vị của bia. Để loại
bỏ các chất chát Polyphenol thì ta ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ.
1.1.2.e Thành phần Vitamin và chất khoáng
Đại mạch chứa trong thành phần của nó các loại Vitamin B1,B2,B6,C và
các tiền vị Vitamin khác. Tuy hàm lượng Vitamin rất ít nhưng hệ Vitamin
trong đại mạch đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất bia vì
Vitamin đóng vai trò là nhân tố điều hoà sinh trưởng của mầm.
Ngoài ra trong đại mạch còn có rất nhiều các chất khoáng như
P2O5,SiO2, MgO, CaO, Na2O, Fe2O3....chất khoáng đóng vai trò quan trọng
trong quá trình sản xuất bia đặc biệt là nguyên tố Phốt pho đóng vai trò chủ
yếu trong hệ hống đệm của dịch đường.
1.1.2.f Thành phần Enzim
Enzim là hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân
tử rất phức tạp và giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất
bia, trong giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của nhóm Enzim rất cao, đến giai
đoạn hạt chín hoạt lực của Enzim giảm một cách đáng kể và đến lúc sấy hạt
đến hàm ẩm 13% thì hầu hết các hệ Enzim trở thành trạng thái liên kết, đến
giai đoạn ngâm hạt thì hạt hút nước lúc này hệ Enzim được giải phóng khỏi
trạng thái liên kết và chuyển thành trạng thái tự do, đến giai đoạn ươm mầm
thì hoạt lực của Enzim đạt đến mức tối đa nhờ đó mà đến lúc đường hóa
chúng có khả năng thuỷ phần hầu như toàn bộ các hợp chất cao phân tử trong
nội nhũ của hạt thành chất chiết của dịch đường.
5
Ngoài ra trong đại mạch còn có chứa rất nhiều chất khác có ảnh hưởng
đến công nghệ sản xuất bia cũng như chất lượng bia như các hợp chất của
Fitin, các hợp chất không có chứa N2 và các hợp chất có chứa N2.
Trong công nghiệp sản xuất bia, đại mạch dùng để sản xuất Malt phải
có tỷ lệ nảy mầm và cường độ nảy mầm cao (thường tỷ lệ này chiếm khoảng
90%-95%). Malt đại mạch là hạt đại mạch được nảy mầm trong những điều
kiện nhân tạo có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. Nhiệm vụ của qúa trình nảy
mầm là tích luỹ và làm giàu hệ Enzim trong đại mạch mà không làm tiêu hao
nhiều tinh bột. Sau quá trình nảy mầm, trong những điều kiện tiêu chuẩn của
công nghệ, hạt đại mạch có nhiều thay đổi về thành phần hoá học. Dưới tác
dụng của Enzim, Hemilluloza, một số Polisacarit bị thuỷ phân tạo nên Hexoza
và Pentoza để xây dựng mô và rễ lá mầm. Các Enzim Amilaza phân huỷ tinh
bột (thường có từ 5%-10% tinh bột bị thuỷ phân ở giai đoạn này) tạo nên
Glucoza, Malttoza, Maltodetim và một lượng lớn sacaroza, phần lớn các loại
đường được tạo nên dần dần bị tiêu hao bởi quá trình hô hấp và xây dựng tế
bào mới cho mầm.Số đường còn lại bị giữ trong Malt ở dạng tự do, hàm
lượng loại đường này rất lớn gấp 3-4 lần so với hàm lượng của chúng trong
đại mạch. Vì vậy hạt malt có vị ngọt còn hạt đại mạch không có vị ngọt.
Đồng thời với hoạt động của các Enzim trên, nhóm Enzim Proteinnaza
cũng tăng cường hoạt động, chúng thuỷ phân chất đạm dữ trữ trong hạt, các
chất cao phân tử và các hợp chất thấp phân tử như Pepton, Peptit, các axít
Amin và được chuyển đến mầm dưới dạng chất hoà tan trong nước, song song
với hiện tượng thuỷ phân chất đạm dữ trữ trong hạt còn có hiện tượng ngược
lại là tổng hợp chất đạm mới. Đến cuối giai đoạn nảy mầm trong hạt đại mạch
có khoảng 35%-41% đạm hoà tan, lượng Nitơ Amin sau thời kì nảy mầm có
khi lên tới sáu lần so với lúc ban đầu. Như vậy Malt đại mạch dùng trong sản
xuất bia có nhiều ưu điểm như đã qua quá trình nảy mầm, nên một phần tinh
bột trong đại mạch đã được thuỷ phân và cắt ngắn bớt mạch tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình nấu đường hoá sau này. Đặc biệt là quá trình nảy mầm
6
không chỉ đưa các Enzim có sẵn trong hạt đại mạch từ trạng thái tự do, có
hoạt tính cao mà tạo nên hàng loạt các Enzim mới .
1.2 Tiểu mạch
Hạt tiểu mạch gần giống hạt đại mạch về thành phần chất, chỉ một điều
khác là hạt tiểu mạch không có lớp vỏ trấu. Hạt tiểu mạch chiếm 60%-65%
tinh bột; 2,5%-3% Saccaroza; 2,5% Glucoza; 12%-13%Protein;1,5%-2% chất
béo..., khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nước thì protein của chúng dễ dàng tham
gia vào quá trình Hydrat hoá tạo thành phức chất keo tụ. Phức chất này rất dai
dẻo và có thể chuyển thành dạng sợimột cách dễ dàng.
1.3 Ngô
Trong công nghệ sản xuất bia, ngô dùng để thay thế Malt đại mạch chủ
yếu là loại trắng đục và sử dụng dưới dạng bột đã nghiền nhỏ. Nhưng có một
trở ngại lớn khi đưa ngô vào sản xuất bia là phôi của chúng quá lớn, hàm
lượng chất béo nhiều,nên làm cản trở quá trình lọc và làm giảm độ bền keo
cũng như tăng khả năng tạo bọt của bia, vì vậy để sử dụng loại cốc này một
cách có hiệu quả thì trước lúc đưa vào chế biến dịch đường, ngô phải qua một
giai đoạn tách phôi và vỏ, để làm được việc này ta ngâm ngô vào trong nước
ấm 500C có chứa SO2 ở nồng độ 0,1-0,2%. Thời gian ngâm khoảng 30giờ-
50giờ với mục đích làm hạt ngô mềm ra để khi tách phôi hạt ngô được
nguyên vẹn. Khí SO2 là tác nhân vừa ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật,
vừa có tác dụng làm cho màng Protein bị trương lên, phân rã ra và khuếch tán
vào dung dịch.
1.4 Thóc nguyên lỉệu thay thế chính trong công nghệ sản xuất bia
1.4.1 Đặc trưng chung của thóc
Cây lúa là cây lương thực chính của gần nửa dân số thế giới, đặc biệt
được trồng nhiều ở các nước vùng Đông Nam Á. Sản lượng thóc trên toàn thế
giới tập trung chủ yếu ở Châu Á . Năm 1991 tổng sản lượng thóc trên toàn thế
giới là 521,4 triệu tấn thì sản xuất 478,6 triệu tấn, Châu Phi 12,3 triệu tấn và
châu đại dương 0,8 triệu tấn. Việt nam mấy năm gần đây sản lượng lúa tăng
7
lên đáng kể và sản lượng xuất khẩu ngày càng tăng. Lúa là cây ưa ẩm và ấm
nên trồng nhiều ở châu thổ, các vùng nhiệt đới và ôn đới.
1.4.2 Cấu tạo và tính chất của hạt thóc
Cấu tạo của hạt thóc bao gồm vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt,lớp Alơrông,nội
nhũ và phôi. Tuỳ thuộc vào giống lúa và điều kiện phát triển của cây lương
thực mà vỏ trấu của hạt thóc dao động trong khoảng lớn 10%-33% trọng
lượng toàn hạt. bình thường thành phần vỏ trấu chiếm 17%-22%. Vỏ quả của
hạt thóc rất mỏng gồm nhiều các tế bào vàng đục và nâu hồng. Nội nhũ của
hạt thóc phụ thuộc vào loại giống và điều kiện phát triển mà có màu trắng
hoặc màu đục. Độ trắng trong của hạt không phụ thuộc vào thành phần hoá
học của nó. Hạt thóc có kích thước nhỏ hơn hạt đại mạch, trọng lượng của hạt
thóc khoảng 15-35 g, còn trọng lượng hạt đại mạch 30-35 g. Lớp Alơrông của
hạt thóc chỉ là một lớp tế bào còn lớp Alơrông của đại mạch có 4 lớp tế bào.
1.4.3 Thành phần hoá học của hạt thóc
1.4.3.a Các chất Gluxit
Gluxit ở trong gạo chủ yếu dưới dạng tinh bột và chiếm khoảng70%-
80% trọng lượng gạo. Tinh bột gạo tẻ chứa 17% Amilaza và 83%
amilopectin. Tinh bột gạo có kích thước nhỏ nhất so với các loại tinh bột của
các câykhác.Nhiệt độ hồ hoá tinh bột thay đổi từ 75-850C phụ thuộc vào loại
gạo và điều kiện canh tác.
1.4.3.b Các chất chứa Nitơ
Hàm lượng protein trong gạo là 6%-8%. Thành phần protein của gạo
chủ yếu là Gluxit, Protein, trong gạo chứa 18 axit Amin mà trong đó có nhiều
axit Amin không thay thế.
1.4.3.c Các chất tro, Vitamin và Lipit trong gạo
Chất tro chủ yếu tập trung ở vỏ quả và vỏ hạt và chủ yếu là Phốtpho,
thường ở dạng liên kết của phitin, Nucleprotein. Ở trấu chất tro chủ yếu là
Oxit Silic. Ngoài ra,trong thóc có chứa nhiều Vitamin nhóm B, chủ yếu ở
8
phôi và vỏ. So với các loại ngũ cốc khác thì thì chất béo trong thóc rất ít chỉ
khoảng 1%-2%.
Những đặc tính của gạo khác với đại mạch có tá dụng đến quá trình nấu
bia là tinh bột của gạo bền hơn tinh bột của đại mạch khi bị Amilaza tác dụng.
Trong thời gian thuỷ phân 4 giờ ở nhiệt độ 650C dưới tác dụng của Amilaza
tinh bột gạo thuỷ phân 31,3% còn tinh bột đại mạch thuỷ phân 96,3%. Để
thuỷ phân được tốt thì tinh bột gạo cần được hồ hoá và đường hoá tốt. Về
thành phần hoá học, gạo có hàm lượng tinh bột lớn nên dịch chiết nhiều.
Nhưng trong gạo hàm lượng hợp chất Nitơri nhiều nên trong nấu bia cần có
những biện pháp thích hợp.
1.5 Hoa Hublông
Hoa Hublông là nguyên liệu cơ bản, rất quan trọng trong công nghệ sản
xuất bia. Hoa Hublông làm bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm
tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và làm ổn định độ bền
sinh học của sản phẩm, do những đặc tính đặc biệt như vậy nên hoa Hublông
luôn giữ vai trò duy nhất về tạo mùi cho bia trong công sản xuất bia.
Thành phần hoá học của hoa Hublông phụ thuộc vào chủng loại giống ,
điều kiện khí hậu, đất gieo trồng, kỹ thuật canh tác.... Thành phần hoá học của
hoa Hublông bao gồm:
Nước : 11%-13%;
Protêin: 15%-21%;
Xenlulôza: 12%-14%;
Chất khoáng: 5%-8%;
Tinh dầu thơm: 0,3%0-1%;
Hợp chất khác: 26%-28%;
Trong các phành phần chính được nêu ra ở trên có trị nhất là chất đắng và
tiếp theo là tinh dầu thơm.
9
CHƯƠNG 2
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, là sản
phẩm của quá trình lên men rượu ở nhiệt độ thấp dịch đường lấy từ Malt, gạo
và các loại hạt giàu tinh bột và protein... như Ngô, Tiểu mạch. Bia có hàm
lượng cồn từ 1,7%-7% và khoảng 0,3%-0,5% khí CO2 tính theo trọng lượng,
đây là hai sản phẩm thường trực của hai quá trình lên men dịch đường đã
Hublông hoá.
Công đoạn sản bia nói chung đi theo những bước chính sau:
Hình 1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia
Quy trình sản xuất bia
Ban đầu Malt đem đi nghiền nhằm tạo những điều kiện thuận lợi cho sự
tiến triển các biến đổi lí, sinh hoá trong quá trình đường hoá, nhằm làm thế
nào để thu được lượng chất hoà tan lớn nhất. Vì thế thiết lập một diều kiện
thích hợp về mối quan hệ giữa nước và những thành phần của hạt Malt là một
điều rất quan trọng và thực hiện được quá trình này thì sẽ giúp cho quá trình
lên men xảy ra tốt hơn đồng thời quá trình hình thành chất hoà tan có hiệu quả
nhất.Với ý nghĩa như vậy Malt cần thiết phải nghiền mịn. Mức độ nghiền
Malt
NÊu dÞch Malt(§êng ho¸)
Läc
NÊu dÞch Malt víi hoa hul«ng
Läc
Lªn men vµ tµng tr÷
Läc
ChiÕt chai
Thanh trïng
Bia chai thµnh phÈm
Hoa hu l«ng
Bia h¬i
10
thích hợp của Malt phụ thuộc vào cấu trúc của nó tức là phụ thuộc vào độ
nhuyễn của hạt. Nếu Malt kém nhuyễn thì chế độ nghiền mịn với nội nhũ là
cần thiết để thu nhận được hàm lượng chất chiết lớn nhất. Còn nếu Malt có độ
nhuyễn tốt thì mức độ nghiền có thể thô hơn. Mức độ nghiền còn phụ thuộc
vào thiết bị và phương pháp lọc bã. Nếu lọc bã bằng phương pháp dùng máy
lọc ép khung bản thì ta có thể nghiền ở mức độ mịn hơn, còn nếu lọc bã bằng
thùng lọc đáy bằng thì mức độ nghiền Malt phải thô hơn.
Malt sau khi được nghiền được chuyển đến công đoạn đường hoá
nguyên liệu nghiền. Mục đích của quá trình đường hoá là nhằm chuyển về
dạng hoà tan tất cả những chất có phân tử lượng cao nằm dưới dạng không
hoà tan của bột Malt, chúng sẽ cùng với chất hoà tan trong tinh bột tạo thành
chất chiết của dịch đường. Trong trong Malt thường có sẵn 15% chất không
hoà tan điều này nói lên rằng phần lớn chất trong Malt ở dạng không hoà tan.
Thông thường hiệu suất chất hoà tan trong dịch đường là từ 75%- 78% chất
khô của Malt, nghĩa là trong quá trình đường hoá hàm lượng chất hoà tan sẽ
tăng từ 60%-63%. Sự phân cắt các chất hữu cơ phức tạp trong Malt là kết quả
của sự tác dụng của hệ thống men sẵn có trong Malt. Thực chất của các quá
trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử dưới xúc tác
của Enzim, trong thành phần sản phẩm thuỷ phân chiếm nhiều nhất về khối
lượng là là đường và Dextrim. Vì lý do này mà ta gọi toàn bộ quá trình thuỷ
phân ở giai đoạn này là bằng tên gọi đơn giản là quá trình đường hoá. Cháo
Malt sau khi nấu xong được đưa sang công đoạn lọc dịch đường.
Cháo Malt sau khi đường hoá xong gồm hai phần: Phần đặc và phần
loãng. Phần đặc bao gồm tất cả những phần tử nhỏ không hoà tan của bột và
phần loãng là dung dịch nước chức năng tất cả những chất hoà tan của Malt,
ta gọi là dịch đường. Mục đích của quá trình lọc là nhằm tách phần lỏng riêng
ra khỏi phần đặc. Đặc trưng của cháo Malt là trong đó có rất nhiều phần tử
rắn.Trong quá trình lọc những phần tử rắn này sẽ tạo thành một lớp nguyên
liệu lọc phụ. điều này có ý nghĩa khá lớn trong khi lọc.
11
Quá trình lọc cháo Malt tiến triển theo hai giai đoạn. Giai đoạn tách phần
dịch đường ra khỏi phần đặc, và giai đoạn thu hồi những phần hoà tan còn
bám ở phần bã lọc bằng nước rửa bã. Lúc đầu lớp màng lọc không giữ lại
được tất cả những phần tử rắn rất nhỏ nằm trong dung dịch đường, những
phần tử này đi qua lớp màng lọc và làm cho dịch đường ban đường bị đục,
nhưng sau đó những phần tử rắn rất nhỏ này dần dần tụ lại trên màng lọc, tạo
lên một lớp màng lọc phụ, do vậy càng về sau dịch đường lọc được càng
trong.
Tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiền Malt, mức độ phân huỷ Malt,
cấu tạo màng lọc,đồng thời phụ thuộc vào một số yếu tố lý học như nhiệt độ,
áp suất v..v...Để đảm bảo tốc độ lọc điều hoà và nhanh ta cần phải tạo điều
kiện cho sự phân bố đều các phần tử rắn trên toàn bộ bề mặt của lớp màng
lọc. Muốn vậy trong khi lọc ta phải liên tục khuấy trộn lớp cháo Malt. Nếu ta
dùng máy lọc ép thì cháo Malt được khuấy trộn đều bằng một máy khuấy đặc
biệt trước khi vào máy lọc.Nếu dùng thùng lọc thì có cánh khuấy đặt ngay
trong thùng. Nhiệt độ thích hợp của quá trình lọc là 70-750C. Người ta đã
chứng minh rằng nồng độ axit cũng gây ảnh hưởng đến tốc độ lọc, ví dụ nếu
rửa bã bằng nước lã sau 5 phút thì thu được 190ml nước lọc, nhưng nếu rửa
bã bằng nước lã đã được axit hoá thì lượng nước lọc thu được là 355 ml,
ngược lại nếu rửa bằng nước đã kiềm hoá-chỉ thu được 90 ml nước lọc. độ
axit thích hợp của cháo Malt trong khi lọc là PH=5,5.
Trong khi lọc có thể xảy ra hiện tượng oxy hoá chất Tamin của vỏ
Malt, muốn tránh hiện tượng này cần giữ cho bã Malt luôn luôn ngập dưới
nước, Thành phần muối của nước dùng để rửa bã cũng gây ảnh hưởng nhiều
đến thành phần và tính chất cuả dịch đường sau khi lọc và của bia sau này.
Bicacbonat và cacbonat thường gây ra ảnh hưởng xấu đến chất lượng của dịch
đường, ngược lại độ cứng cacbonat không bé hơn 2,1 thì kết quả vẫn tốt. Ta
cần chú ý rằng khi rửa bã không nên tránh tổn thất chất hoà tan mà rửa quá
lâu, như vậy lượng Tamin hoà tan sẽ tăng lên gây cho bia đắng. Mặt khác
12
nhiệt độ trong khi lọc được quá 780C vì trong quá trình lọc bia vẫn còn một
lượng tinh bột không hoà tan,ở nhiệt độ cao này có thể xảy ra hiện tượng hồ
hoá tinh bột nhưng không đường hoá kịp và do đó làm cho bia đục.
Cháo Malt sau khi đường hoá xong được chuyển sang công đoạn đun
sôi với hoa Hublông. Mục đích của quá trình đun sôi dịch đường với hoa
Hublông là nhằm làm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm, vị đắng
đặc trưng của hoa Hublông. Đồng thời trong lúc này cũng xảy ra một số quá
trình khác như sự khử hay độ nhớt hạ xuống... Một số trong những quá trình
ấy đã làm thoả mãn những yêu cầu về kỹ thuật song bên cạnh đó có một số
quá trình lại gây tác dụng ngược lại mà ta không mong muốn. Nước đường
sau khi lọc cùng với nước rửa bã thường bị đục và trong nước thường có chứa
một số chất keo không ổn định hoặc các vi sinh vật còn sót vì thế qua quá
trình đun sôi này ta loại trừ được những yếu điểm trên, làm ổn định thành
phần hoá học của dịch đường và tạo điều kiện cho bia có thành phần và chất
lượng đạt yêu cầu. Ngoài ra quá trình đun sôi dịch đường với hoa Hublông
còn giúp cho bia có độ bền sinh học và khả năng tạo bọt tốt. Một trong những
biện pháp thông dụng nhất hiện nay là đun sôi trực tiếp dịch đường với ha
Hublông.
Toàn bộ sản phẩm của quá trình nấu dịch đường với hoa Hulbông
chuyển sang công đoạn làm lạnh và lắng trong dịch đường. Dịch đường sau
khi đun sôi với hoa Hublông cần làm nguội đến nhiệt độ thích hợp cho từng
loại bia trước khi lên men. Đồng thời quá trình này sẽ tạo thuận lợi cho quá
trình bão hoà thêm một lượng Oxi đối với nước đường và trên cơ sở đó có
những phương án làm nguội dịch lên men. Trong quá trình đun sôi nước
đường với hoa Hublông lượng oxi trong nước đường bị giải phóng hầu hết và
để bảo đảm mức độ bảo hoà Oxi thích hợp với nước đường thì ta phải có
những phương án làm nguội dịch lên men thích hợp. Mức độ trong của dịch
đường trước khi cho lên men là một trong những yếu tố quan trọng để thu
được bia có chất lượng cao. Trong quá trình làm lạnh thì một số chất hoà tan
13
sẽ dần sần bị lắng xuống và bị kết tủa hiện tượng này gọi là kết tủa lạnh.
Thành phần của kết tủa lạnh bao gồm những phức chất của protit, chất chát và
chất đắng của hoa Hublông và vì thế khi thực hiện quá trình làm lạnh dịch
đường đạt yêu cầu về kỹ thuật thì bia sẽ có mùi vị dễ chịu, mặt khác, kết tủa
lạnh trong rất nhiều trường hợp sẽ làm hạn chế một số loại nấm men không có
lợi cho quá trình lên men sau này
Sau công đoạn làm lạnh thì đến công đoạn lên men dịch đường. Trong
quá trình lên men chính phần lớn các chất đường dưới tác dụng của nấm men
chúng chuyển thành rượu Etilíc, CO2 và một số loại sản phẩm phụ khác.
Ngoài các Gluxit ra, một số thành phần quan trọng của nước đường cũng chịu
tác dụng của nấm men và tạo ra những thành phần mới. Trong quá trình lên
men một số chất không bay hơi như các axit hữu cơ, Glixerin trở thành chất
hoà tan trong bia. Qua đó ta nhận thấy rằng hàm lượng chất hoà tan của bia
nhỏ hơn của dịch đường. Nguyên nhân của sự khác nhau này là do quá trình
sinh hoá và do cả quá trình kết tủa và lắng. Độ lên men của bia phụ thuộc vào
một số yếu tố như tỷ lệ khối lượng giữa thành phần chất hoà tan, điều kiện lên
men. Như vậy công đoạn len men đã kết thúc quá trình sản xuất bia tuy nhiên
còn một số công đoạn phụ khác như tàng trữ bia và vận chuyển bia mà ta
không đề cập đến.
14
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI ĐƯỜNG HOÁ
3.1 Quá trình đường hoá
Nguyên liệu sau khi nghiền nhỏ sẽ được hoà trộn với nước trong thiết
bị đường hoá. Nước sẽ được cung cấp vào nồi đường hoá với một lượng vừa
đủ tuỳ thuộc vào chủng loại bia và đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Trong môi
trường giàu nước các hợp chất thấp phân tử có sẵn trong nguyên liệu sẽ hoà
tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường sau này. Các hợp chất
chứa Phốtpho sẽ bị tác động bởi nhóm enzim và khi nhiệt độ của khối dịch
tăng lên đến nhiệt độ thích hợp thì dưới sự tác động của hệ enzim thuỷ phân
các hợp chất cao phân tử bị phân cắt thành sản phẩm thấp phân tử và hoà tan
vào nước để trở thành chất chiết của dịch đường, thực chất các quá trình ở
giai đoạn này là sự thuỷ phân các hợp chất cao phân tử dưới sự xúc tác của
enzim
3.2 Thiết bị đường hoá
Chức năng của nồi đường hoá là để đường hoá và đun sôi từng phần
khối cháo Malt, kết cấu của nồi đường hoá không phức tạp, nồi đường hoá là
một nồi hình trụ đáy lồi , bên ngoài có sử dụng áo hơi để gia nhiệt, áp suất hơi
trong lớp áo hơi thường phải đạt 2,5-3 kg/cm2 . Hệ thống truyền động và cánh
khuấy của nồi được sử dụng là cánh khuấy hình mỏ neo vì phù hợp với yêu
cầu làm việc của nồi. Tất cả các chi tiết thiết bị phụ kiện như van an toàn áp
kế, chuông báo mức,ký đồ nhiệt đều trang bị đầy đủ trong nồi đường hoá.
3.3 Các phương pháp đường hoá
15
Có nhiều phương pháp đường hoá nhưng chia thành hai phương pháp
chính sau:
Phương pháp đun sôi từng phần.
Phương pháp ngâm.
Trong đó phương pháp đun sôi từng phần là phương pháp cổ điển
nhưng vẫn hay được sử dụng hơn cả, và đến nay một số nước ở Trung Âu có
truyền thống nấu bia vẫn sử phương pháp này. Phụ thuộc vào thành phần của
hồ malt chia ra để đường hoá người ta chia ra làm ba phương pháp khác nhau
là:
1. Phương pháp đun sôi ba phần .
2. Phương pháp đun sôi hai phần.
3. Phương pháp đun sôi một phần.
3.3.1 Phương pháp đun sôi ba phần
Phương pháp tiến hành như sau:
Khoảng 1/3 lượng nước cần thiết đổ vào nồi hồ hoá, còn lại 2/3 thì trộn
với bột Malt ở thùng trộn sơ bộ sau đó đưa vào nồi hồ hoá. Nhiệt độ nước
dùng trộn bột Malt khoảng 38-400C. Nhiệt độ nước cần phải điều chỉnh sao
cho khi trộn thì một hỗn hợp có nhiệt độ 35-370C . Sau khi trộn đều toàn bộ
bột Malt với nước ta để như vậy một thời gian ngắn để cho các thành phần rắn
lắng xuống dưới. Sau đó khoảng 1/3 khối lượng hồ Malt bơm sang nồi đường
hoá, phần hồ Malt này ta gọi là thứ 1. Ta bắt đầu từ từ tăng nhiệt độ lên đến
50-550C và ta giữ ở nhiệt độ này khoảng 5-10 phút. Khoảng thời gian nghỉ
này người ta gọi là thời gian nghỉ Protit bởi vì trong thời gian này men
protaza sẽ hoạt động và tạo thành sản phẩm protit có phân tử lượng thấp. Sau
khi nghỉ nhiệt độ tăng lên đến 70-730C ở nhiệt độ này sẽ kết thúc sự đường
hoá của Malt. Bình thường phần hồ Malt thứ nhất sẽ đường hoá trong 15-20
phút sau đó tăng nhiệt độ lên để đun sôi cháo malt trong khoảng 20 phút, do
đun sôi mà các hạt tinh bột còn lại sẽ bị nát ra và bắt đầu tạo thành hồ tinh
bột. Cả quá trình nấu phần thứ một mất khoảng 2 giờ. Sau khi cháo Malt của
16
phần 1 được đun sôi, ta bơm ngược vào nồi hồ hoá lúc này cánh khuấy trong
nồi hoạt động với tốc độ lớn nhất, đồng thời bơm từ từ như vậy sẽ hạ thấp
nhiệt độ của cháo Malt xuống, nếu không làm như vậy men sẽ bị phá huỷ hay
ngừng hoạt động. Sau khi trộn đều phần Malt thứ 1 đã đun sôi với toàn bộ hồ
Malt ta có được hỗn hợp có nhiệt độ từ 50-520 ta để yên hỗn hợp này trong
một thơì gian ngắn và sau đó tiếp tục bơm 1/3 khối lượng hỗn hợp này sang
nồi đường hoá. Phần này ta gọi là phần hồ Malt thứ hai. Nhiệt độ phần hồ
Malt thứ hai tăng lên đến 70-72 0C. Sau khi đường hoá ta lại tăng nhanh nhiệt
độ và đun sôi nếu malt phân hủy tốt ta không cần nghỉ ở 70-720C. Đun sôi
khoảng 20 phút, sau đó cháo Malt lại bơm ngược trở về nồi hồ hoá, ta cần giữ
đúng yêu cầu như lần bơm trước. Sau khi trộn đều phần thứ hai với toàn bộ
khối hồ Malt nhiệt độ hỗn hợp tăng lên đến 62-630C. Cả quá trình nấu phần
thứ hai mất khoảng 1giờ 30phút. Sau đó bơm phần thứ ba sang nồi hồ hoá và
tăng nhiệt độ lên đến 75-770C nhằm đường hoá lần cuối cùng, cả quá trình
nấu phần thứ ba hết khoảng 1 giờ.Lúc này toàn bộ nhiệt độ phần cháo Malt hạ
xuống 750Cvà toàn bộ phần cháo Malt sẽ bị đường hoá và bơm sang bộ phận
lọc. Nhiệt độ cuối cùng của cháo Malt không được tăng lên quá 770C,vì ở
nhiệt độ cao hơn nhịêt độ này sẽ gây ra hiện tượng hồ hoá tinh bột của những
phần tinh bột không bị phân huỷ. Toàn bộ thời gian nấu của phương pháp này
mất khoảng 5giờ.
17
Hình 2: Đồ thị phương pháp đun sôi ba phần
1. Nhiệt độ từng phần cháo Malt
2. Nhiệt độ những phần còn lại trong nồi hồ hoá
3.3.2 Phương pháp đun sôi hai phần
Đây là phương pháp thông dụng nhất đặc biệt là đối với sản xuất bia
vàng. Phương pháp này tiến hành như sau: Hoà lẫn bột malt với nước ở nhệt
độ 50-520C và để yên trong khoảng 30 phút cho các phần tử rắn lắng xuống.
Trong khoảng thời gian này các men protoza có điều kiện thuận lợi để hoạt
động. Sau đó khoảng 2/3 hồ malt được bơm vào nồi đường hoá và bắt đầu
đun nóng để nâng nhiệt độ lên đến 70-720C. Quá trình đường hoá sau 15-20
phút lại tiếp tục được đun nóng đến nhiệt độ sôi. Cháo Malt được đun sôi
trong 15-30 phút. Thời gian đun sôi phụ thuộc vào mức độ phân huỷ Malt và
loại bia cần sản xuất .nếu Malt phân huỷ kém và bia sản xuất là loại bia đen
thì thời gian đun sôi dài. Sau khi trộn phần thứ một đã đun sôi với phần còn
lại trong nồi hồ hoá ta điều chỉnh nhiệt độ này khoảng 650C và giữ ở nhiệt độ
này 15-20 phút trong thời gian này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho men
Amilaza hoạt động. Sau đó ta bơm tất cả sang nồi đường hoá và nâng nhiệt độ
lên đến 70-720C. sau khi đường hoá xong ta đun sôi trong khoảng 15-20 phút.
Toàn bộ quá trình này mất khoảng 4 giờ.
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
1 2 3 4 5 6 7 8 h
2
1
18
Hình 3: Đồ thị phương pháp đun sôi hai phần
1, Nhiệt độ từng phần cháo Malt
2, Nhiệt độ từng phần còn lại trong nồi hồ hoá
3.3.3 Phương pháp đun sôi một phần
Phương pháp này ứng dụng khi chế biến dịch đường có hàm lượng hoà
tan thấp. Phương án này tiến hành như sau: toàn bộ bột Malt được hoà lẫn với
nước và bơm toàn bộ vào nồi đường hoá, đun nóng và nâng nhiệt độ lên đến
700C để cho Malt đường hoá. Sau khi đường hoá xong ta bơm dịch đường
hoá này sang vào bộ phận lọc dịch đường.Toàn bộ phương pháp này mất
khoảng 3 giờ. Chú ý trong quá trình đường hoá các cánh khuấy phải hoạt
động liên tục để tránh sự quá nhiệt cục bộ và làm cho bột Malt và gạo không
bị bám dính vào đáy nồi gây khê cháy.
Ngoài ra còn có rất nhiều phương pháp khác nhưng ứng dụng thực tế rất ít
như:
Phương pháp đường hoá rút ngắn thời gian.
Phương pháp đường hoá với sự gia tăng nhiệt độ.
Phương pháp đường hoá với sự giảm nhiệt độ.
Trên đây là các phương pháp đường hoá mỗi một phương pháp đều có
những ưu nhược điểm khác nhau nên vì thế chọn phương án thiết kế ta cần
2
30
20
10
1 3 4 65 7
100
80
70
60
50
40
110
90
8 h
1
2
19
quan tâm đến yêu cầu về sản phẩm, nguyên liệu đầu vào và môi trường sản
xuất. Hiện nay ở nước ta do nhu cầu về bia và thu nhập bình quân đầu người
còn thấp nên trong sản xuất bia người ta chú ý nhiều đến giảm giá thành sản
phẩm nhằm thu hút khách hàng; chính vì vậy việc ứng dụng một phương pháp
sản xuất đơn giản , ít tốn kém mà chất lượng bia vẫn đạt yêu cầu là phương
pháp cần phải thực hiện để đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng. Chính vì thế
trong từng công đoạn sản xuất cần phải chú ý lựa chọn thiết bị và phương
pháp tiến hành phù hợp .Trong công đoạn đường hoá này ta chọn phương
pháp đường hoá theo phương pháp đun sôi một phần. Phương pháp này tiến
hành đơn giản và ít tốn kém mà hiệu quả khá cao, chính vì thế nó đáp ứng
được yêu cầu của nhà sản xuất.
3.4 Tính toán thông số công nghệ quá trình đường hoá
Thành phần tinh bột chiếm khoảng 75% trong malt và chiếm khoảng 80%
trong gạo về khối lượng. Trong quá trình thuỷ phân gạo và Malt hoà tan hoàn
toàn vào nước tạo thành huyền phù. Phần còn lại ở dạng không hoà tan trở
thành bã lọc trong quá trình lọc dịch đường.
BẢNG PHÂN PHỐI LIỆU
Năng suất 3000 lít/ngày
Nguyên liệu Khối lượng(Kg) Trọng lượng(Kg/m3)
Gạo 150 750
Malt 300 650
Đường 10 1130
Nước 2300 974.89
3.4.1 Khối lượng riêng bã khô
20
Khối lượng riêng bã khô là khối lượng của các chất sẽ tạo thành bã
trong quá trình lọc Khối lượng riêng bã khô tính theo công thức:
2
2
1
1
.
1
.11 xx
bk
[Trang5-I]
Trong đó:
x1:Phần trăm Malt không hoà tan.
x2:Phần trăm gạo khônng hoà tan.
1 :Khối lượng riêng của Malt,Kg/m
3.
2 :Khối lượng riêng của gạo,Kg/m
3.
Malt và gạo không hoà tan hoàn toàn trong nước khi tham gia vào quá
trình đường hoá. Trong thực tế có 80% gạo và 75% Malt hoà tan, còn lại là
phần không hoà tan. Từ đó ta tính được khối lượng Malt và gạo không hoà
tan.
Khối lượng Malt không hoà tan:
m1= 75100
25.300
(Kg)
Khối lượng gao không hoà tan.
m2= )(30100
20.150 Kg
Vậy ta suy ra phần trăm Malt không hoà tan.
x1= %4,713075
75
Phần trăm gạo không hoà tan:
X2=100%-71,4%=28,6%
Vậy:
10.8,14
750.100
6,28
650.100
4,711
bk
-3
310.8.14
1
bk =676(kg/m
3)
3.4.2 Khối lượng riêng huyền phù
Khối lượng riêng huyền phù tính theo công thức
21
bkOH
C
hp
C
1
75
2
0
11
Trong đó :
hp :Khối lượng riêng của huyền phù;Kg/m
3.
bk :Khối lượng bã khô;Kg/m
3.
OH
C
2
075 :khối lượng riêng của nước ở 750C;Kg/m3.
C1:Nồng độ pha rắn trong huyền phù.
Nhiệt độ nước lấy ở vì ở nhiệt độ 750C vì ở nhiệt độ này quá trình
đường hoá tinh bột xảy ra với hiệu suất cao nhất .
Tra sổ tay quá trình và thiết bị trong công nghiệp hoá chất ta có:
OH
C
2
075 =974,9(Kg/m3)
Nồng độ pha rắn trong huyền phù:
C1=
hpm
mm 21 .100%=
ícnêngdMaltgao mmmm
mm
21
.100%
C1= %8.3%100.230070150300
3075
Vậy: 410.43.10
676
038.0
9,974
038.011
hp
Suy ra :
)/(959
10.43,10
1 3
4 mKghp .
3.4.3 Tính toán thể tích huyền phù và thể tích nồi đường hoá
Thể tích huyền phù và thể tích nồi đường hoá được tính như sau:
V1=Thể tích Malt+ Thể tích Gạo +Thể tích đường +Thể tích
nước
V1=
uong
duong
gao
gao
Malt
Malt mmm
Thể tích nước.
V1= 3,2009,02,0462,03,21129
10
750
150
650
300
=3(m3)
Ta tính thể tích nồi đường hoá nồi đường hoá :
22
VTb= )(56,0
3
6,0
31 mV
3.4.4 Độ nhớt huyền phù
Độ nhớt huyền phù tính theo công thức:
)5.41(1 X [Trang 34-IV]
Trong đó :
X: Nồng độ pha rắn trong huyền phù tính theo phần thể tích.
1 : Độ nhớt pha liên tục,Ns/m
2.
Ta có:
Thể tích phần Malt không hoà tan :
V1= )(115.0650
75 3m .
Thể tích phần gạo không hoà tan :
V2= )(04.0750
30 3m
Nồng độ pha rắn trong huyền phù tính theo phần thể tích:
Xh= %2,5%100.3
04,0115,0%100.21
hpV
VV
Vậy ta suy ra:
Giá trị độ nhớt của huyền phù:
)/(10.7148,2)
100
2,5.5,41(10.2,2 333 mNs
3.5 Tính cơ khí nồi đường hoá
3.5.1 Tính đáy nồi
Để đảm bảo chất lượng bia và đảm bảo điều kiện vệ sinh an toàn thực
phẩm ta chọn vật liệu làm nồi là thép không rỉ.
Đặc tính của thép không rỉ:
+Giới hạn chảy : [ c ]=240.10
6(N/m2).
23
+Mô đun đàn hồi:E=185.106(N/m2).
Hình 4: Mô hình đáy nồi
Theo kinh nghiệm ta chọn:
r=0.15.Dt=0,15.1,6=0,24(m).
R=0,8.Dt=0,8.1,6=1,28(m).
3.5.1.1 Chiều dày đáy nồi
S=
Ch
D
PKK
P
b
t
nhK
n
.2
.
...8,3
.D
1
t
,(m) IITrang 385
Trong đó
Pn:áp suất hơi giữa hai lớp áo hơi;N/m2.
Theo tài liệu VII thì ta chọn giá trị Pn=2.5-39(at).
Dt:Đường kính thân nồi,m.
:ứng suất cho phép của vạt liệu, N/m2.
K:hệ số không thứ nguyên .
K1:hệ số khi đáy có lỗ tăng cứng.
Theo IITrang 368 ta chọn:
+Hệ số K=0,91.
+Hệ số K1=0,74.
h
ht
r
24
C:Đại lượng bổ xung, phụ thuộc vào độ ăn mòn độ bào mòn và
dung sai chiều dày nồi.
C=C1+C2+C3
Trong đó :
C1: Bổ sung do ăn mòn, với thép không rỉ thì giá trị này thường không
đáng kể nên lấy C1=0;
C2: Giá trị bổ xung cho hao mòn, vì môi trường làm việc không ăn mòn
nên ta cũng bỏ qua giá trị C2.
C3: Dung sai do chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấmvật liệu làm
nồi.
h : Hệ số bền hàn phụ thuộc vào dạng mối hàn, ta chọn phương
pháp hàn hồ quang tay, hệ số bền hàn tương ứng là h =0,95.
hb: hệ số kích thước, phụ thuộc vào đường kính thiết bị .
Chọn hb=400. .[Bảng XIII.13-Trang 388-II]
Vậy
S1= C
4,0.2
62,1.
10.3,095,0.74,0.91,0.10.240.8,3
10.3,0.6,1
66
6
(m)
S1=0,017+C (m)
S1=1,7+C (mm)
Với giá trị này ta tra [Bảng XIII.9-Trang 364-II] ta lấy giá trị về độ dày
S1 theo dãy kích thước tiêu chuẩn :
+Chiều dày của đáy :S1=2(mm).
+Chiều cao gờ:h0=20(mm).
+Chiều cao phần đáy elíp:hb=400(mm).
+Chiều cao đáy:h=h0+hb=420(mm)
Ta chế tạo đáy và nắp cùng kích thước như nhau đễ dễ dàng gia công chế tạo .
3.5.1.2 Kiểm tra bền đáy nồi và nắp nồi
Ta có:
25
).(...6,7
)(.2
11
0
1
2
CShK
PCShD
bh
bt
IITrang 378
Trong đó :
P0:áp suất thử thuỷ lực (Tra bảng XIII.5 ta chọn
P0=0,4.106(N/m2))
Suy ra: 3
632
10).18,02.(4,0.95,0.906,0.6,7
10.4,0.10).18,02.(4,0.26,1
610.196 (N/m2)
Mà 6
6
10.200
2,1
10.240
2,1
C
(N/m2)
Vậy <
2,1
C Nên đáy nồi đạt bền.
Biết kích thước của đáy nồi và nắp nồi ta suy ra thể tích nồi đường hoá:
Thể tích nồi :
V=2Vđáy+VTrụ (m3)
Trong đó
Vđáy:Thể tích phần đáy Elíp.
VTrụ :Thể tích phần hình trụ.
Ta có:
V=
4
..
8
....
3
4 ,3 HDD tt
V= 5.
4
6,1.14,3
8
6,1.14,3.
3
4 23
H
Suy ra chiều cao phần hình trụ : 5,1H
Vậy chiều cao nồi đường hóa : H=H +2.1,6=1,5+3,2=4,7(m)
3.5.2 Tính vỏ nồi
3.5.2.1 Tính chiều dày thân nồi
Chiều dày thân nồi được tính theo công thức:
S2=0,5.Dt.(
1
.73,1.
.
nP
)+C [Trang370-II]
Trong đó:
26
:Hệ số bền thành thùng theo phương thẳng đứng, chọn 95,0
Pn:áp suất bên trong áo hơi,at.
Theo VIITrang 286 ta có áp suất trong áo hơi Pn=3(at).
C:Hệ số bổ sung ;ta chọn c=0.18(mm)
Từ trên ta có:
S2=0,5.1,6.( 110.3,0.73,1.10.95,0.240
95,0.10.240
66
6
)+0,18 (mm)
S2=1,2(mm)
3.5.2.2 Kiểm tra bền vỏ nồi
Ta có:
)..(2
.)(
2
02
CS
PCSDt
IITrang 365
3
63
10.95,0).18,02,1.(2
10.4,0.10).18,02,1(6,1
610.2,173 (N/m2)
Mà )/(10.200
2
10.240
2,1
26
6
mNC
Vậy
2,1
C
Nên vỏ nồi đạt bền.
3.6 Tính cơ cấu khuấy
3.6.1 Tính cánh khuấy
Yêu cầu khuấy trộn trong nồi đường hoá là tăng cường khả năng trao
đổi nhiệt giữa thành nồi và huyền phù và hạn chế dính tinh bột vào thành nồi
để đề phòng khê cháy vì thế ta chọn cơ cấu khuấy kiểu mỏ neo.
27
Hình 5: Mô hình cánh khuấy
Theo bảng 2.21-Trang 91- VIII. Ta chọn các giá trị
+dM=0,98.Dt=0,98.1,6=1,5(m)
+hM=0,01.dM=0,01.1,57=0,015(m)
+b=0,07.1,57=0,1(m)
+h=dM=1,57(m)
Theo bảng IVTrang 424.2 . Ta chọn số vòng quay của cánh khuấy:
5,0 (vòng/s)
Theo bảng IVTrang 421.2 . Ta chọn vận tốc vòng thích hợp ở đầu cánh
khuấy là: n=2(m/s)
3.6.2 Tính công suất khuấy trộn
Công suất khuấy trộn phải đảm bảo yêu cầu là tạo ra một hệ huyền phù
đồng nhất, quá trình khuấy trộn phải đảm bảo trao đổi nhiệt giữa vỏ nồi và áo
hơi tốt và không xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ gây ra hiện tượng khê
cháy cháo Malt ở những vùng có nhiệt độ tăng lên quá cao.
Quá trình khuấy trộn được thực hiện không có cánh tăng cường. Công
suất tính theo công thức:
1570
1570
280
AA
70
50
100
4
28
NK=0,736.S.Q.
Kd
h (KW) VTrang 18
Trong đó:
H:Chiều cao cánh khuấy,m.
D:Đường kính cánh khuấy,m.
S:Hệ số công suất khuấy, Kg.m/s.
Q:Hệ số không thứ nguyên.
Ta có :
Hệ số công suất khuấy
S=.n2.d3K [Trang 14-V]
Trong đó :
hp : Độ nhớt huyền phù; ta có hp = 2,17.10
-3 (N.s/m2)
n: Vận tốc quay đầu cánh khuấy; vòng/s.
dK: Đường kính cánh khuấy; m.
Vậy
S=2,175.10-3.0,52.1,57
S=1,066.10-3(Kg.m/s)
Hệ số không thứ nguyên:
Q=1,052.10-1.Re0,77 VTrang 18
Trong đó:
Re: chuẩn số Râynon của hệ huyền phù
Re=
hp
hphp dn
2..
hp
Với:
hp :Khối lượng riêng hệ huyền phù; Kg/m
3.
n:vận tốc vòng cánh khuấy; vòng/s.
dK:Đường kính cánh khuấy; m.
hp :Độ nhớt huyền phù; N.s/m
2.
Vậy:
29
Re= 3
2
10.715,2
57,1.5,0.959
=435.103
Giá trị Re>104 nên ta suy ra dòng chuyển động của hệ huyền phù trong quá
trình khuấy trộn là dòng chảy rối
3.6.3 Chọn hộp giảm tốc và động cơ điện
3.6.3.1 Chọn hộp giảm tốc
Ta chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ răng ngiêng một cấp, vì bộ truyền
động này đảm bảo cho cơ cấu khuấy làm việc ổn định,tuổi thọ và hiệu suất
cao, kết cấu đơn giản, ngoài ra với tỷ số truyền u=4 thì ta chọn hộp giảm tốc
bánh răng trụ một cấp là thích hợp nhất vì kích thước hộp giảm tốc sẽ nhỏ gọn
và chế tạo lấp ráp dễ dàng.
3.6.3.2 Chọn động cơ điện
Ta chọn động cơ ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch vì động cơ này
có ưu điểmlà kết cấu đơn giản, Giá thành hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có
thể mắc trực tiếp vào lưới diện ba pha mà không cần biến đổi dòng điện.
Ngoài ra từ trục động cơ điện đến trục hộp giảm tốc còn thông qua một cấp
đai nên việc lựa chọn động cơ điện ba pha không đồng bộ ngắn mạch là biện
pháp được sử dụng nhiều nhất trong thực tế.
Công suất động cơ điện tính theo công thức:
NĐC=
ctcN VITrang 19
Trong đó:
NCT:Công suất cấn thiết trên trục khuấy; KW.
dC :Hiệu suất truyền động; Ta chọn dC =0,6.
Vậy NĐC= 6,0
8,1 =3(KW)
Với kết quả trên ta tra bảng VITrangP 2373.1 .Ta chọn động cơ có
số hiệu 4A112MA6Y3.
Thông số động cơ:
30
+Công suất động cơ: 3KW
+Vận tốc quay động cơ: 945 vòng/ph
+Hiệu suất động cơ: 81%
+nđb: 1000(vòng/phút)
3.6.4 Tính trục khuấy
Chọn vật liệu làm trục khuấy là thép không rỉ có các thông số kỹ thuật
chính sau:
+ )/(10.220 26 mNch
+ )/(10.540 26 mNb
Ta tính được ứng suất cho phépcủa trục khuấy :
= .
t
ch
n
Trong đó :
nt: Hệ số an toàn; chọn nt=1,5.
:Hệ số hiệu chỉnh; chọn =0,8
Vậy
)/(10.3,117
5,1
8,0.10.220 266 mN
3.6.4 Tính sơ bộ đường kính trục
Đường kính trục tính theo công thức:
d=
3
.
.16
c
M
IVTrang 178
Trong đó:
Mx : công suất động cơ;KW.
Mx=
dcx NC . (N.m)
Với
Nđc:Công suất động cơ; KW.
: Vận tốc góc của trục; rad.
31
Cx: Hệ số dao động tải trọng; chọn Cx=1,5.
Vậy Mx= ).(143314,3
10.3.5,1 3 mN
:x ứng suất cắt cho phép; N/m
2.
2
c = 2
10.3,117 6 =59.106(N/m2)
d= )(05,0
10.59.14,3
1433.16
3
6 m
d=50(mm)
Trục khuấy ta chế tạo dài vì thế ta chế tạo trục rỗng để tiết kiệm vật liệu.
+Đường kính trong của trục rỗng: dt=20(mm)
+Đường kính ngoài của trục rỗng: dn=50(mm)
3.6.5 Tính Mayơ
Để liên kết cánh khuấy vào trục ta sử dụng mayơ. Cánh khuấy được
hàn vào mayơ và mayơ được lắp vào trục bằng then, để đảm bảo điều kiện lắp
ráp đạt yêu cầu thì kích thước mayơ cần đảm bảo:
Chiều dài mayơ:L=(1,02-1,8)d
Trong đó ;
d:Đường kính ở vị trí lắp mayơ; m.
Từ đó ta tính được chiều dài mayơ L=125(mm).
3.6.6 Kích thước then
Mayơ cố định trên trục bằng then, và kích then quy định phụ thuộc vào
đường kính trục. Ta chọn then theo bảng VIITranga 173.1.9 .
Thông số về then:
+Chiều rộng then: b=14(mm)
+Chiều cao then: h=9(mm)
+Chiều sâu rãnh then trên trục: t1=5,5(mm)
+Chiều sâu rãnh then trên lỗ: t2=3,8(mm)
32
Chọn kiểu lắp trục vào mayơ là kiểu lắp H7/h6 vì kiểu lắp này cho phép
mayơ có thể di chuyển dọc khi tháo lắp sữa chữa và không quay khi vận hành.
3.7 Tính lực tác dụng lên cơ cấu khuấy
Lực tác dụng lên cơ cấu khuấy bao gồm mô men xoắn Mx sinh ra do trở
lực môi trường và lực hướng kínhFr
3.7.1 Lực hướng kính Fr
Lực hướng kính Fr là lực tác dụng cánh của cơ cấu khuấy và có điểm
đặt lực cách xa trục một đoạn rF
Ta có
Fr=
cF
x
Nr
M
.
IVTrang 182
Trong đó
Mx: Mô men xoắn; Nm.
rF: Bán kính xác định điểm đặt lực
NC: Số cánh; cơ cấu khuấy kiểu mỏ neo không có cánh tăng cường nên
số cánh NC=2
Bán kính xác định điểm đặt lực xác định theo công thức:
RF= )..(.15
)...(52
11
3
2
3
11
4
22
4
rRR
rRrR
VTrang 22
Hình 6: Mô hình tính toán cánh khuấy
R1=0,685(m)
R2=0,785(m)
r 1 r 2
2
R1
33
r1=1,57(m)
r2 =1,47(m)
Vậy rF= )(05,1)47,1.685,057,1.785,0.(14,3.15
)47,1.685,057,1.785,0.(52
33
44
m
rF=1,05(m)
Ta suy ra:
Fr= )(4,682
052,1
1433
N
Trên trục lắp hai ổ bi đỡ chặn giữ ổ và thực hiện chức năng truyền
động.khoảng cách hợp lý giữa hai ổ bi tính theo công thức kinh ngiệm:–
105
td
a
Trong đó
a: khoảng cách giữa hai ổ bi; m.
dt: Đường kính trục tại nơi lắp ổ bi; m.
Vậy a=200-400(mm). Ta chọn khoảng cách trục a=250(mm).
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của quá trình khuấy trộn là tránh
sự lắng đọng cặn ở dưới đáy nồi nên chiều cao hM đáy nồi đến cánh khuấy
phải nhận giá tri nhỏ nhất có trể và ta chọn giá trị hM=0,015(m).
Vậy chiều dài trục khuấy
L=a+H-hM
Trong đó
a: Khoảng cách giữa hai ổ bi; a=0,25.
hM:khoảng cách từ đáy đến trục khuấy; m.
H:Chiều cao nồi; m. H=2,74(m).
34
Vậy L=2,74+0,25-0,15=2,975(m)
Hình7: Mô hình lực tác dụng
Dựa vào sơ đồ lực tác dụng ta có:
Mô men uốn tại gối đỡ B:
MuB=Fr.l=682,4.2,74=1869,8(Nm)
3.7.2 Kiểm tra bền trục
Tại gối đỡ B trục chịu mô men uốn lớn nhất nên tại tiết diện B-B trục
dễ bị hỏng nhất, vậy tiết diện B-B là tiết diện nguy hiểm nhất nên ta kiểm tra
bền trục tại tiết diện này.
Ta có:
Mô men chống uốn tại tiết diện B:
WuB=
4
3
)(1.
32
..
t
nn
d
dd (m3) IVTrang 187
Trong đó:
dn :Đường kính ngoài của trục;m.
dt: Đường kính trong của trục;m.
Vậy:
BFrB
A FrA
MuB=1869,8(Nm)
A A
BB
Fr=682,4(N)
Mx=1433(Nm)
0,25(m)
2,74(m)
35
WuB=
4
3
)
02,0
04,0(1
32
05,0.14,3
WuB=184.10-6(m3)
Mô men chống xoắn tại tiết diện B:
WxB= )()(116
. 343 m
d
dnd
t
n
WxB=2.WxB=2.466.10-6=368.10-6(m3)
Ta suy ra:
ứng suất uốn tsị tiết diện B-B:
)/(10.135,10
10.184
8,1869 36
6 mNW
M
uB
uB
BB
ứng suất cắt tại tiết diện B-B:
6
6 10.9.310.932
1433
uB
xB
BB W
M
ứng suất tương đương tác dụng lên trục tại tiết diện B-B:
xBuBtd
22 .3
622 10.)9,3.3135,10( td
td 12,18.10
6(N/m2)
Ta nhận thấy: )/(10.3,117 66 mNtd
Vậy trục đạt bền.
3.7.3 Tính ổn định trục
Ta xác định vận tốc tới hạn thứ nhất của trục:
Vận tốc tới hạn thứ nhất của trục xác định theo công thức:
)/(..
1
2
2
0 sradm
JE
L
IVTrang 180
Trong đó:
L: Chiều dài chung của trục khuấy; m.
J: Mô men quán tính của tiết diện trục;Kg/m.
36
:Hệ số; Phụ thuộc vào tỷ lệ khối lượng cơ cấu và khối lượng trục k;
ngoài ra còn phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài ;
L
l trong đó k=
Lm
mk
.1
với mk:khối lượng cơ cấu khuấy; Kg.
l: Khoảng cách giữa cánh khuấy và một ổ đỡ;m.
Mô men quán tính của tiết diện trục rỗng :
J = )(
64
44
tn DD
(m4)
J = )(0021,0)02,005,0(
64
14,3 422 m
Khối lượng: m1=V1.
)..(
4
).1.
4
.
1.
4
.( 22
22
tn
tn DD
DD
Vậy m1=0,00165.7900=13(Kg)
mL= )(39.975,2).(4
22 KgDD tn
k= 073,1
13.795,2
39
98,0
795,2
74,2
L
l
Tra đồ thị 123-XII ta có: 7,1
99,0)/(178
13
0021.0.10.185
975,2
7,1 6
2
2
0 srad (vòng/s)
Mà tốc độ làm việc của trục: 5,0lv (vòng/s).
Ta nhận thấy 692,099,0.7,0 lv (vòng/s). Vậy trục làm việc ổn định.
3.8 Chọn kích thước cửa
Trên nắp ta bố trí trên nắp nồi 5 cửa:
+Cửa người: Kích thước cửa người D=400(mm)
+Cửa liệu vào:
+Cửa cắm thiết bị đo nhiệt độ:
3.9 Tính truyền nhiệt đun nóng huyền phù
37
Ta sử dụng hơi quá nhiệt để đun nóng huyền phù trong nồi đường hoá.
Hơi sử dụng là hơi ngưng tụ hoàn toàn và phần nước ngưng trong vỏ bọc thiết
bị được đưa ra ngoài nhờ bộ phận tháo nước ngưng, đặc điểm của thiết bị tháo
nước ngưng là nước qua bộ phận này được tháo ra còn hơi thì bị giữ lại. Thiết
bị đường hoá không cho phép làm việc với hơi ngưng tụ không hoàn toàn vì
khi đó sẽ tháo ra khỏi hỗn hợp hơi nước ngưng tụ và hơi do đó lượng hơi tiêu
hao để đun nóng sản phẩm tăng lên đột ngột.
Trong quá trình tiến hành đun nóng bằng hơi ,gián tiếp qua áo hơi thì
tại thời điểm ban đầu trong áo hơi chứa một lượng khí không ngưng và chủ
yếu là không khí đi vào trong vỏ bọc cùng áo hơi do có không khí trong
không gian chứa áo hơi nên hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ hạ xuống và
lượng hơi tiêu hao tăng. Thực tế cho thấy rằng khi chứa trong áo hơi 1%
không khí thì hệ số cấp nhiệt giảm đi 6%và khi chứa trong áo hơi 3% không
khí thì hệ số cấp nhiệt giảm 8%. Bởi thế trong quá trình đun nóng cần phải
đuổi khí ra khỏi vỏ bọc thiết bị một cách chu kỳ thông qua ống nối đặc biệt.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Luận văn- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI ĐƯỜNG HOÁ SẢN XUẤT BIA.pdf