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

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : PGS.TS Lê Nguyên Đương

Nguyễn Thế Trung KTTP2 – K56

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 4

CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA. .......... 5

I.1. Tình hình sản xuất bia trên thế giới. .................................................................... 5

I.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam. .................................................... 5

I.3 Định hƣớng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam. .................................... 6

CHƢƠNG II : CHỌN PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ THUYẾT MINH DÂY

CHUYỀN CÔNG NGHỆ. .............................................................................................. 7

II.1.5. Nguyên liệu phụ trợ khác .............................................................................. 9

II.2 : Thuyết minh dây chuyền công nghệ. ............................................................... 10

II.2.1. Nghiền nguyên liệu ...................................................................................... 11

II.2.2. Quá trình hồ hoá và đường hoá .................................................................. 11

II.2.3. Lọc dịch đường ............................................................................................ 12

CHƢƠNG III : LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM

...................................................................................................................................... 18

III.2.1. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia chai. ......................................... 19

III.2.2. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia hơi. .......................................... 21

CHƢƠNG IV : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG LẠNH ............................. 25

IV.1. Thiết bị làm lạnh nhanh. ................................................................................. 25

IV.1.1 Xác định các thông số cơ bản. .................................................................... 26

IV.1.2 Tính toán bố cục và hiệu chỉnh lại giá trị bề mặt trao đổi nhiệt. ............... 29

IV.2. Tank lên men. ................................................................................................... 31

IV.3. Thiết bị nhân men. ........................................................................................... 33

IV.3.1. Thiết bị nhân men giống cấp II. ................................................................. 33

IV.3.2. Thiết bị nhân men giống cấp I. .................................................................. 34

IV.3.3. Thiết bị rửa men sữa kết lắng. ................................................................... 34

IV.4. Thiết bị chứa nƣớc 20C. ................................................................................... 35

IV.5. Tank thành phẩm . ............................................................................................ 36

CHƢƠNG V : TÍNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA NHÀ MÁY BIA NĂNG SUẤT 50

TRIỆU LÍT/NĂM. ........................................................................................................ 38

V.1 Tính nhiệt lƣợng QI. ........................................................................................... 38



V.2 Tính nhiệt lƣợng QII. .......................................................................................... 39

V.2.1 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính. ................. 39

V.2.2 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn hạ nhiệt độ dịch. .............. 43

V.2.3 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men phụ. .................... 44

V.3 Tính nhiệt lƣợng QIII ......................................................................................... 45

V.4 Tính nhiệt lƣợng QIV .......................................................................................... 49

V.5 Tính nhiệt lƣợng QV ........................................................................................... 50

V.5.1 Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng nước 20C. ...................................... 50

V.5.2 Tổn thất lạnh qua bình bay hơi tách lỏng. .................................................. 51

V.5.3 Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng glycol. ........................................ 51

CHƢƠNG VI : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH .................................. 55

VI.1 Thiết kế chu trình lạnh và chọn máy nén. ......................................................... 55

VI.2 Thiết kế thiết bị ngƣng tụ. ................................................................................. 58

VI.2.1 : Thông số khí hậu tại nơi đặt máy. ............................................................ 58

VI.2.2 : Nhiệt độ nước tuần hoàn trong tháp......................................................... 58

VI.2.3 : Nhiệt độ ngưng tụ. .................................................................................... 58

VI.2.4 : Bề mặt trao đổi nhiệt. ............................................................................... 59

VI.2.5 : Giới hạn làm lạnh. .................................................................................... 59

VI.2.6 : Lưu lượng không khí qua thiết bị ngưng tụ. ............................................. 59

VI.2.7 : Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị. .................................................... 59

VI.2.8 : Hệ số tỏa nhiệt phía ngoài. ....................................................................... 60

VI.2.9 : Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. ................................................. 60

VI.2.10 : Lượng nước phun. ................................................................................... 64

VI.2.11 : Lượng nước bay hơi và bị cuốn theo gió. ............................................... 64

VI.2.12 : Các kích thước cơ bản của tháp ngưng. ................................................. 65

VI.3 : Thiết kế thiết bị bay hơi. ................................................................................. 66

VI.3.1 : Để tính toán bình bay hởi ống vỏ nằm ngang NH3 làm lạnh etylen glycol

cho công nghệ sản xuất bia ta chọn : .................................................................... 66

VI.3.2 : Hiệu nhiệt độ trung bình logarit : ............................................................ 66

VI.3.3 : Thông số vật lý của etylen glycol 35% ở nhiệt độ trung bình : ................ 66

VI.3.4 : Xác định kích thước cơ bản bề mặt truyền nhiệt bình bay hơi. ................ 67



VI.3.5 : Xác định số ống trong một lối. ................................................................. 67

VI.3.6 : Xác định chuẩn số reynolds. ..................................................................... 67

VI.3.7 : Xác định tiêu chuẩn Nusselt. .................................................................... 67

VI.3.8 : Xác định hế số tỏa nhiệt về phía dung dịch glycol tính theo bề mặt trong

của ống. ..................................................................................................................... 68

VI.3.9 : Xác định mật độ dòng nhiệt về phía chất tải lạnh là dung dịch etylen

glycol theo diện tích bề mặt trong của ống............................................................ 68

VI.3.10 : Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất NH3 sôi tính theo diện tích bề mặt

trong của ống. ........................................................................................................ 69

VI.3.11 : Xác định mật độ dòng nhiệt bằng phương pháp đồ thị từ hệ phương

trình. ....................................................................................................................... 69

VI.3.12 : Xác đinh diện tích truyền nhiệt tính theo bề mặt trong ống trao đổi nhiệt.

................................................................................................................................ 70

VI.3.13 : Xác định tổng chiều dài ống truyền nhiệt. .............................................. 71

VI.3.14 : Bố trí ống trong bình bay hơi. ................................................................ 71

VI.3.15 : Đường kính trong của bình bay hơi........................................................ 71

VI.3.16 : Chiều dài ống trao đổi nhiệt. .................................................................. 72

VI.3.17 : Xác đinh thể tích không gian giữa các ống. ........................................... 72

VI.3.18 : Kết cấu sơ bộ của bình bay hơi. ............................................................. 72

VI.4 : Tính chọn thiết bị phụ. .................................................................................... 73

VI.4.1 : Bình chứa cao áp. ..................................................................................... 73

VI.4.2 : Bình tách dầu. ........................................................................................... 74

VI.4.3 : Bình chứa dầu. .......................................................................................... 74

VI.5 Quy trình vận hành hệ thống lạnh. .................................................................... 75

VI.5.1 Khởi động. ................................................................................................... 75

VI.5.2 Ngừng máy. ................................................................................................. 76

VI.5.3 Kỹ thuật vận hành thiết bị. ............................................................................. 77

VI.5.4 Thiết bị ngưng tụ. ........................................................................................ 78

VI.5.5 Thiết bị bay hơi. .......................................................................................... 78

VI.5.6 Bình chứa cao áp. ....................................................................................... 78

KẾT LUẬN ................................................................................................................. 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .............................................................................. 80



LỜI NÓI ĐẦU

Bia là một loại đồ uống giải khát hiện rất đƣợc ƣa chuộng ở nƣớc ta cũng nhƣ

trên thế giới. Bia có màu sắc, hƣơng vị đặc trƣng, dễ dàng phân biệt với các loại đồ

ống khác. Đƣợc sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hublon… bia

đem lại giá trị dinh dƣỡng cao, một lít bia cung cấp 400 – 450 kcal, bia có khả năng

kích thích tiêu hóa, giúp cơ thể khỏe mạnh khi dùng với liều lƣợng thích hợp và đặc

biệt còn có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của ngƣời uống nhờ đặc tính của CO2.

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, bia ra đời từ khoảng 7000 năm trƣớc

công nguyên, bắt nguồn từ các bộ lạc cƣ trú trên bờ sông Lƣỡng Hà, sau đó đƣợc

truyền sang các châu lục khác thông qua quá trình trao đổi, buôn bán giữa các bộ lạc.

Trong quá trình tìm kiếm nguyên liệu phụ để tăng chất lƣợng cho bia, ngƣời ta nhận

thấy hoa hublon mang lại cho bia hƣơng vị đặc biệt và nhiều đặc tính quý giá. Hiện

nay, hoa hublon vẫn là nguyên liệu không thể thay thế trong sản xuất bia. Đến thế kỷ

XIX Louis Pasteur xuất bản cuốn sách về bia đã tạo ra ngành công nghiệp sản xuất bia

dƣới ánh sáng khoa học, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác quy trình

công nghệ sản xuất bia đang ngày càng trở nên hoàn thiện. Chính vì vậy, bia đã trở

thành loại đồ uống đƣợc ƣa chuộng nhất hiện nay, đƣợc sản xuất và tiêu thụ ngày càng

nhiều trên phạm vi toàn thế giới. Ở Việt Nam, bia xuất hiện khoảng 100 năm trƣớc,

ngành công nghiệp sản xuất bia ở nƣớc ta ngày càng phát triển. Trong những năm gần

đây, nhu cầu sử dụng bia ở nƣớc ta ngày càng tăng. Rất nhiều nhà máy cũng nhƣ cơ sở

sản xuất bia đƣợc thành lập trên khắp cả nƣớc nhƣng vẫn chƣa đáp ứng hết nhu cầu thị

trƣờng cả trong và ngoài nƣớc về chất lƣợng cũng nhƣ số lƣợng. Hơn nữa bia là một

ngành công nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là

ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả năng thu hồi vốn nhanh, và là nguồn thu

quan trọng cho ngân sách quốc gia. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi

ích của việc phát triển công nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy

bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng các thiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho

ngƣời tiêu dùng các loại bia có chất lƣợng cao, giá thành phù hợp là vô cùng

cần thiết. Trong bản đồ án này em trình bày : “ Thiết kế các hệ thống thiết bị lạnh

trong nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/ năm”. Đây là một nhà máy với năng suất

trung bình, nếu đƣợc trang bị và tổ chức hợp lý sẽ có khả năng thích ứng linh hoạt với

qui mô sản xuất trung bình, tạo hiệu quả cao trong kinh doanh.



CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT

BIA.

I.1. Tình hình sản xuất bia trên thế giới.

Trong các loại đồ uống giải khát hiện nay bia rất đƣợc ƣa chuộng, đƣợc

phổ biến rộng rãi trên thế giới và sản lƣợng tiêu thụ lớn và ngày càng tăng. Ở các

nƣớc phát triển nhƣ Đức, Đan Mạch, Ba Lan, Mỹ... ngành công nghiệp sản xuất bia

rất phát triển, sản lƣợng bia của Đức, Mỹ đã đạt 10 tỷ lít/năm. Công nghệ sản xuất bia

cũng nhƣ sản phẩm bia của các nƣớc này đã thâm nhập vào thâm nhập vào thị trƣờng

của rất nhiều nƣớc trên thế giới trong đó có cả Việt Nam. Mức tiêu thụ bia bình quân

ở các nƣớc này khá cao khoảng 100 lít/ngƣời/năm.

Châu Á là khu vực cơ ngành công nghiệp bia phát triển muộn hơn Châu Âu.

Nhƣng khu vực này có dân số đông và là thị trƣờng còn trẻ nên mức tiêu thụ bia đang

ngày càng tăng. Sản xuất và tiêu thụ hàng năm của một số nƣớc trong khu vực trƣớc

kia thấp, nhƣng đến nay đã tăng trƣởng khá nhanh, bình quân 6,5 %/ năm, ví dụ : Thái

Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/ năm, tiếp đến là philippin 22,2 %/ năm,

malaysia 21,7 %/năm, Indonesia 17,7 %/ năm, Trung Quốc có mức tăng trƣởng trên

20%/ năm.

Theo thống kê, hiên nay trên thế giới có khoảng trên 25 nƣớc sản xuất bia với

khoảng 100 tỷ lít/ năm. Trong đó có một số nƣớc có sản lƣợng cao, chiếm khoảng

10% tổng sản lƣợng của thế giới nhƣ : Mỹ, CHLB Đức mỗi nƣớc sản xuất trên dƣới

10 tỷ lít/ năm và Trung Quốc khoảng 7 tỷ lít/ năm.

I.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam.

Ở Việt Nam bia mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỉ 20, nhƣng là một nƣớc nằm trong

vùng nhiệt đới cận xích đạo đã tạo điều kiện thuận lợi để ngành công nghiệp bia tồn

tại và ngày càng phát triển. Từ ban đầu chỉ có các nhà máy bia nhỏ là nhà máy bia Hà

Nội và nhà máy bia Sài Gòn, hiện nay các nhà máy bia đã xuất hiện ở hầu khắp các

tỉnh trong cả nƣớc, sản lƣợng của các nhà máy cũng ngày càng tăng. Hiện nay năng

suất của nhà máy bia Hà Nội đã đạt trên 100 triệu lít/năm và đang tiếp tục tăng năng

suất tới 200 triệu lít/năm vào năm 2016, năng suất của nhà máy bia Sài Gòn đã đạt

trên 350 triệu lít/năm và dự kiến sẽ là 780 triệu lít/năm vào năm 2016. Bên cạnh đó rất

nhiều thƣơng hiệu bia ngoại đã xuất hiện ở nƣớc ta nhƣ Tiger, Heineken... Mức tiêu

thụ bia bình quân ở Việt Nam hiện còn thấp khoảng 15 lít/ngƣời/năm và sẽ hứa hẹn

nhiều tiềm năng để ngành sản xuất bia phát triển.

Về trình độ công nghệ, thiết bị : những nhà máy có công suất trên 100 triệu lít/ năm

đều có thiết bị hiện đại, tiên tiến, đƣợc nhập từ các nƣớc có nền công nghiệp phát

triển. Các nhà máy có công suất trên 20 triệu lít/ năm hiện đang đƣợc đầu tƣ chiều sâu

đổi mới thiết bị, tiếp thu công nghệ tiên tiến vào sản xuất. Điều đáng mừng là hiện nay



chúng ta đã xây đựng, lắp đặt hoàn chỉnh một nhà máy bia coong suất lên tới 50 triệu

lít/ năm, sản xuất bia có chất lƣợng cao hoàn toàn bằng nội lực Việt Nam.

I.3 Định hƣớng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam.

Do mức sông của ngƣời dân ngày càng tăng, vì thế ngƣời dân ngày càng chú ý đến

việc ăn uống hơn. Bia là một lựa chọn hàng đầu đƣợc đa số ngƣời tiêu dùng tìm đến

đối với một mặt hàng đồ uống. Nó mang lại giá trị dinh dƣỡng cao cũng nhƣ cảm giác

giải khát khi uống, do đó mức tiêu thụ bia ngày càng tăng.

Trong hoạt động công nghiệp, ngành bia - rƣợu - nƣớc giải khát đƣợc đánh giá là

có hiệu quả kinh tế cao so với các ngành khác. Từ năm 2001-2015, lợi nhuận ngành

này đã tăng gấp 4 lần với tốc độ tăng trung bình đạt 32,12%/năm. Trong đó, tính theo

chuyên ngành thì sản xuất bia có lợi nhuận cao nhất.

Vào những thời điểm kinh tế khó khăn, doanh số bán hàng của các hãng bia danh

tiếng tại các thị trƣờng trên thế giới đều giảm, riêng tại thị trƣờng Việt Nam thì vẫn

tăng. Điều này cho thấy nhu cầu tiêu dùng bia của Việt Nam rất khủng khiếp.

Rất nhiều ƣu đãi đƣợc nhà nƣớc mở ra đối với ngành hàng sản xuất bia. Với những

lý do trên là điều kiện hứa hẹn một ngành công nghiệp sản xuất bia sẽ phát triển mạnh

mẽ không chỉ trong những năm sắp tới mà còn trong tƣơng lai xa tại đất nƣớc Việt

Nam nói riêng và Thế Giới nói chung.



CHƢƠNG II : CHỌN PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ THUYẾT MINH

DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ.

II.1. Chọn nguyên liệu

Nguyên liệu chính đầu tiên dùng cho sản xuất bia trong nhà máy là

malt đại mạch, và nguyên liệu dùng để thay thế cho malt là gạo với tỷ lệ 20% nhằm

giảm giá thành sản phẩm, hoa houblon tạo hƣơng vị đặc trƣng cho bia, và nƣớc cũng

là một thành phần không thể thiếu để sản xuất bia.

II.1.1. Malt đại mạch

Malt đại mạch là nguyên liệu chính số một dùng để sản xuất bia. Khoảng 1/3 đại

mạch trên thế giới đƣợc trồng để sản xuất bia. Đại mạch thuộc họ Hordeum Sativum,

có một số ít thuộc họ H.Muvirum, H.Jubatum. Đại mạch thƣờng đƣợc gieo trồng vào

mùa đông hay mùa xuân, đƣợc trồng nhiều ở Nga, Mỹ, Canada, Pháp, Nga… Đại

mạch có giống 2 hàng và đại mạch đa hàng, trong đại mạch đa hàng lại gồm có đại

mạch 4 hàng và đại mạch 6 hàng. Tuy nhiên chỉ có đại mạch hai hàng đƣợc dùng

trong sản xuất bia. Còn đại mạch đa hàng chỉ dùng trong chăn nuôi và các mục đích

khác. Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ƣơm mầm sẽ trở thành hạt malt tƣơi; hạt

malt tƣơi lại tiếp tục qua quá trình sấy, tách rễ và đánh bóng sẽ trở thành hạt malt khô

tiêu chuẩn có thể bảo quản dài ngày trong điều kiện khô, mát và đƣợc sử dụng để sản

xuất bia. Trong quá trình xử lí hạt đại mạch để trở thành hạt malt hoàn thiện hệ

enzyme trong hạt đã đƣợc hoạt hóa và tăng cƣờng hoạt lực, đặc biệt là hệ enzyme thủy

phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo ra chất chiết của dịch

đƣờng. Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nƣớc ta thƣờng sử dụng loại malt có nguồn

gốc từ đại mạch hai hàng, chủ yếu đƣợc nhập từ Úc hoặc một số nƣớc châu Âu nhƣ:

Đức, Đan Mạch... Malt dùng trong sản xuất bia cần đảm bảo một số yêu cầu:

Chỉ tiêu cảm quan:

- Màu sắc: hạt malt vàng có màu vàng rơm, sáng óng ánh, màu chuẩn là 0,3

Mùi vị: mùi vị đặc trƣng cho malt vàng là vị ngọt nhẹ hay ngọt dịu, có hƣơng thơm

đặc trƣng, không đƣợc có mùi vị lạ.

- Độ sạch của malt cho phép là 0,5% hạt gãy vỡ, 1% các tạp chất khác.

Chỉ số cơ lý:

- Trọng lƣợng khô tuyệt đối: 28 – 38g/1000hạt

- Dung trọng: 530 – 560g/l

- Độ ẩm: 5 – 8%

- Độ hoà tan: 70 – 80%

- Thời gian đƣờng hoá: 10 – 20phút ở 70˚C

- Đƣờng maltose chiếm từ 65 – 70% tổng chất hoà tan, tỷ lệ:

đƣờng maltose/đƣờng phi maltose = 1/0,4 – 1/0,51



TT Thành phần hoá học của malt % chất khô

1 Tinh bột 58 – 65

2 Đƣờng khử 4

3 Saccarose 5

4 Pentose 1

5 Nitơ formol 0,7 – 1

6 Chất khoáng 2,5

7 Pentozan không hoà tan và Hexozan 9

8 Cellulose 6

9 Các chất chứa nitơ 10

10 Các chất chứa nitơ không đông tụ 2,5

11 Chất béo 2,5

II.1.2. Gạo

Gạo là nguyên liệu dạng hạt đƣợc dùng để thay thế một phần malt

nhằm mục đích giảm giá thành sản phẩm.

II.1.3. Hoa houblon

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản có tầm quan trọng thứ hai sau malt trong sản

xuất bia, hiện chƣa có nguyên liệu nào có thể thay thế đƣợc. Hoa houblon góp phần

quan trọng tạo ra mùi vị đặc trƣng của bia và tăng độ bền sinh học của bia. Các hợp

chất có giá trị trong hoa phải kể đến chất đắng, polyphenol và tinh dầu thơm ngoài ra

còn một số hợp phần khác nhƣng không mang nhiều ý nghĩa trong công nghệ sản xuất

bia. Hoa houblon thƣờng đƣợc sử dụng dƣới 3 dạng: hoa cánh, hoa viên và cao hoa.

- Hoa cánh: hoa houblon tƣơi, nguyên cánh đƣợc sấy khô đến hàm ẩm ≈11%,

sau đó đƣợc phân loại rồi xông hơi (SO2) để hạn chế sự oxy hóa và sự phát triển của

vi sinh vật.

- Hoa viên: hoa houblon sau khi xử lý sơ bộ, đƣợc nghiền và ép thành các viên nhỏ,

xếp vào các túi polyetylen hàn kín miệng để tiện cho việc bảo quản cũng nhƣ vận

chuyển.

- Cao hoa: trích ly các tinh chất trong hoa bằng các dung môi hữu cơ (toluen, benzen...

), sau đó cô đặc để thu lấy chế phẩm ở dạng cao.

1 kg hoa viên = 1,3 – 1,5 kg hoa cánh

1 kg cao hoa = 7 – 10 kg hoa cánh

Các chỉ tiêu kĩ thuật của hoa:

- Hoa cánh có màu vàng hơi xanh, hoa viên có màu xanh, cao hoa có màu đen

hoặc vàng. Hoa cánh sử dụng là hoa cái chƣa thụ phấn, nghiền còn dính.

- Hoa có mùi thơm đặc trƣng, không lẫn các tạp chất.



STT Thành phần % chất khô

1 Độ ẩm 11 – 13

2 Chất đắng 15 – 21

3 Polyphenol 2,5 – 6

4 Tinh dầu thơm 0,3 – 1

5 Cellulose 12 – 14

6 Chất khoáng 5 – 8

7 Protein 15 – 21

8 Các hợp chất khác 26 – 28

II.1.4. Nước

Trong quá trình sản xuất bia, nƣớc đƣợc sử dụng rộng rãi trong mọi

khâu, từ các công đoạn chính nhƣ nấu, lọc ... đến các khâu vệ sinh. Trong

thành phần bia, nƣớc cũng chiếm một lƣợng lớn (80 – 90%), gƣóp phần hình thành

nên hƣơng vị của bia. Bởi vậy, nƣớc dùng trong sản xuất bia phải có chất lƣợng tốt,

đáp ứng đƣợc các chỉ tiêu quan trọng:

- Nƣớc uống phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm.

- Nƣớc trong suốt, không màu, không mùi, không vị, không có tạp chất cơ

học.

- Độ cứng <10˚H.

- Hàm lƣợng các ion: Ca2+: < 250mg/lít; Mg2+: < 100mg/lít; Na+: 15 – 20

mg/lít; Fe2+: 0,2 – 0,5mg/lít; SO42-: < 250 mg/lít; muối cacbonat < 50mg/l;

muối clorua < 50mg/l; muối phospho < 5000mg/l; không có đồng, kẽm;

amoniac và muối nitrit < 0,1mg/l.

- pH ≈ 6,5 – 7,0.

- Chỉ số coli < 3.

II.1.5. Nguyên liệu phụ trợ khác

Nguyên liệu phụ trợ dùng trong sản xuất bia chủ yếu là: acid , bột trợ lọc,

chất tẩy rửa, chất sát trùng, ...



II.2 : Thuyết minh dây chuyền công nghệ.

Hình 1 : Sơ đồ dây chuyền công nghệ



II.2.1. Nghiền nguyên liệu

II2.1a. Nghiền malt

Mục đích: Phá vỡ màng tinh bột để quá trình đƣờng hoá đƣợc tốt hơn. Yêu cầu

của quá trình nghiền malt là vỏ còn nguyên vẹn và tách ra khỏi nội nhũ, lƣợng tấm thô

nhỏ. Độ mịn và bản chất bột nghiền phụ thuộc vào máy lọc, nguyên liệu thay thế và

chất lƣợng malt. Trong dây chuyền sản xuất này, chọn thiết bị lọc là thùng lọc đáy

bằng, nghiền theo phƣơng pháp nghiền ƣớt, sử dụng máy nghiền có 2 cặp rulô. Malt

đƣợc đổ vào phễu hứng ở chân gầu tải thứ nhất, đƣợc gầu tải này đƣa lên thiết bị cân

malt, sau đó đổ xuống phễu hứng của gầu tải thứ hai và đƣợc đƣa lên đổ vào thùng

chứa. Từ đây malt đƣợc chuyển dần xuống máy nghiền đồng thời đƣợc phun nƣớc

65˚C, nghiền xong lại bổ sung thêm nƣớc để hỗn dịch đạt nhiệt độ 45˚C và đạt tỉ lệ:

bột malt/nƣớc = 1/4, dịch sữa malt này đƣợc bơm chuyển vào các nồi nấu.

II.2.1b. Nghiền gạo

Đặc điểm chung của các loại nguyên liệu chƣa đƣợc ƣơm mầm nhƣ gạo là chƣa

trải qua quá trình đồ hoá, chƣa chịu tác động bởi hệ enzym sitase. Cấu trúc thành tế

bào và các hạt tinh bột của chúng còn rất chắc, khó bị thuỷ phân. Do đó yêu cần

nghiền thật nhỏ và hồ hoá ở nhiệt độ cao để thu đƣợc nhiều chất chiết. Gạo đƣợc đổ

vào phễu hứng và đƣợc gầu tải đƣa lên đổ xuống máy nghiền búa, bột gạo sau nghiền

đƣợc quạt gió đƣa vào phễu hứng của gầu tải tiếp theo và đƣợc đƣa lên cao, đƣợc vít

tải đƣa qua thiết bị phối trộn với nƣớc ấm rồi đổ vào nồi hồ hoá. Bột gạo trong quá

trình đƣợc quạt gió thổi và gầu tải vận chuyển sinh ra nhiều bụi nên ở những vị trí này

có bố trí đƣờng ống thông với túi lọc và xyclon tách bụi.

II.2.2. Quá trình hồ hoá và đường hoá

II.2.2a. Hồ hoá

Mục đích: Do sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ 20% nên cần tiến hành

hồ hoá và dịch hoá gạo trong thiết bị riêng trƣớc khi đƣờng hoá chung với malt. Vì

gạo chƣa trải qua quá trình đồ sinh học nên thành tế bào chƣa bị phá vỡ rất khó cho

việc giải phóng tinh bột để đƣờng hoá. Do đó ta sử dụng lƣợng malt lót với tỉ lệ 20%

so với lƣợng gạo thay thế nhằm mục đích giảm độ nhớt của dịch cháo giúp cho quá

trình nấu dễ dàng hơn, tăng hiệu suất chất chiết và cũng thuận lợi hơn cho quá trình

đƣờng hoá sau này.

Tiến hành nấu gạo:

Trƣớc khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nƣớc nóng. Bột gạo đƣợc phối trộn

với nƣớc ấm để đạt nhiệt độ dịch khoảng 45˚C trƣớc khi bơm vào nồi với tỉ lệ:

bột/nƣớc = 1/5. Bật cánh khuấy, bổ sung axít lactics để hạ pH của hỗn dịch xuống

khoảng 5,4 – 5,6. Cho malt lót vào nồi với lƣợng bằng 20% gạo và bổ sung thêm nƣớc

để tỉ lệ: bột/nƣớc = 1/5. Nhiệt độ của khối dịch giảm xuống khoảng 42 -43˚C. Bột

đƣợc trộn đều và giữ ở nhiệt độ 42 –45˚C trong khoảng 15 phút để tinh bột hút nƣớc



trƣơng nở, đồng thời hệ enzyme trong malt đặc biệt là peptidase thực hiện quá trình

đạm hoá. Cấp hơi để nâng từ từ nhiệt độ của khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng

10 phút. Tiếp tục nâng nhiệt của khối dịch lên 83˚C và giữ trong 30 phút để thực hiện

quá trình hồ hoá tinh bột gạo. Cuối cùng cấp hơi đun sôi khối dịch trong khoảng 30

phút trƣớc khi bơm sang nồi malt. Thời gian nấu một mẻ khoảng 150 phút.

II.2.2b. Đường hoá.

Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp thông qua điều chỉnh nhiệt độ, pH môi

trƣờng để hệ enzyme của malt hoạt động, đặc biệt là hệ enzyme thuỷ phân phân cắt

các hợp chất cao phân tử trong dịch cháo thành các hợp chất thấp phân tử dễ hoà tan

tạo thành chất chiết của dịch đƣờng. Yêu cầu của quá trình đƣờng hoá là dịch đƣờng

thu đƣợc chứa hàm lƣợng chất chiết tối đa và tỉ lệ giữa các thành phần là 80% đƣờng

có khả năng lên men. Trong quá trình đƣờng hoá, tinh bột đƣợc thuỷ phân thành các

đƣờng đơn giản và dextrin bậc thấp dễ tan; protein đƣợc thuỷ phân thành các hợp chất

chứa nitơ chủ yếu là có khối lƣợng phân tử trung bình: peptide, polypeptide,

albumose; các hợp chất chứa phospho nhƣ Fitin bị thuỷ phân giải phóng axit

phosphoric làm tăng độ chua và lực đệm của dịch đƣờng. Ngoài các quá trình thuỷ

phân bởi enzyme, trong quá trình đƣờng hóa còn có thể xảy ra các phản ứng phi

enzyme nhƣ phản ứng caramel hoá, phản ứng melanoid, sự biến tính protein kém bền

nhiệt, hoà tan các chất trong vỏ malt vào dịch đƣờng...

Tiến hành đường hoá:

Trong khi nồi cháo nấu thì vệ sinh nồi malt, khi cháo sôi đƣợc khoảng 15 phút thì

bơm dịch sữa malt vào nồi đƣờng hoá. Bật cánh khuấy để đảo trộn đều dịch sữa malt.

Bổ sung NaCl với nồng độ 200mg/l để tạo cho bia vị đậm đà dễ chịu, bổ sung axit

lactics hạ pH của hỗn dịch xuống 5,4 – 5,5 thuận lợi cho hoạt động của hệ enzyme

thuỷ phân và cũng có tác dụng khử độ cứng của nƣớc còn lại. Bơm dịch cháo sang nồi

malt hoà trộn với dịch bột malt, khi đó nhiệt độ của hỗn dịch sẽ vào khoảng 54-55˚C,

thời gian bơm cháo khoảng 5 phút. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 63˚C và giữ trong

khoảng 40 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 30

phút. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 76˚C và giữ trong khoảng 20 phút, rồi bơm sang

thùng lọc. Thời gian đƣờng hoá một mẻ khoảng 130 phút.

II.2.3. Lọc dịch đường

Mục đích: Tách dịch đƣờng ra khỏi bã với hiệu suất thu hồi lớn nhất, đồng

thời hạn chế tối đa sự oxy hoá dịch đƣờng. Lọc dịch đƣờng có 2 giai đoạn: giai đoạn

thứ nhất là lọc để tách dịch đƣờng ra khỏi bã, giai đoạn 2 là rửa bã để rút nốt phần

chất hoà tan còn sót lại trong bã.

Tiến hành lọc:

Trƣớc khi tiến hành lọc, thùng lọc cần đƣợc vệ sinh kỹ bằng nƣớc, các mảnh các

mảnh của đáy giả phải đƣợc ghép thật khít và chặt với nhau. Lỗ tháo bã và các van xả



dịch phải đóng chặt. Bơm nƣớc nóng vào các ống dẫn dịch để đuổi không khí đồng

thời bơm tới đầy khoảng không giữa hai đáy của thùng lọc. Dịch đƣờng từ nồi đƣờng

hoá sau khi đƣợc trộn đều, đƣợc bơm một lần sang thùng lọc, đồng thời hệ thống cào

bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả. Sau khi hết dịch đƣờng hệ thống

cánh đảo bã đƣợc nâng lên cao. Dịch đƣờng đƣợc để yên 20 phút để bã kết lắng tạo

thành lớp lọc. Có thể chia lớp bã thành 3 lớp: lớp dƣới cùng gồm các phần tử nặng

nhất và lớn nhất, dày khoảng 1cm; lớp giữa gồm vỏ và các phần tử nặng khác; lớp trên

cùng là các phần tử mịn và nhẹ, xám, dày khoảng 1cm. Sau đó mở van thu dịch

đƣờng, ban đầu dịch đƣờng còn đục nên ta cho hồi lƣu trở lại thùng lọc trong khoảng

15 phút đầu. Khi dịch đƣờng bắt đầu trong thì khoá van hồi lƣu, dịch đƣờng đƣợc đƣa

ngay sang nồi nấu hoa. Nếu nồi hoa chƣa sẵn sàng thì dịch đƣờng đƣợc đƣa sang nồi

trung gian có vỏ bảo ôn chứa tạm. Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm

dần do màng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống

cào bã tạo lại lớp màng lọc. Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc. Thời gian ép dịch lọc

khoảng 90 phút. Sau đó tiến hành rửa bã.

Tiến hành rửa bã gián đoạn làm 3 lần, nƣớc rửa bã có nhiệt độ 78˚C. Sau khi thu hết

dịch đƣờng, khoá van xả dịch, cấp 1/3 lƣợng nƣớc rửa bã, cho cánh khuấy quay để

làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lƣu trong bã vào dịch. Để yên 10 phút thì tháo

dịch, dịch này cũng đƣợc bơm sang nồi hoa với dịch lọc trƣớc đó. Kết thúc quá trình

rửa bã hàm lƣợng đƣờng trong bã còn 0,5 – 1˚Bx. Thời gian rửa bã khoảng 60 phút.

Tổng thời gian lọc khoảng 160 phút.

II.2.4. Nấu hoa

Mục đích: Quá trình nấu hoa có mục đích chính: diệt enzyme của malt, diệt vi

sinh vật; kết lắng các phần tử khó tan phân tán trong dịch đƣờng; trích ly các chất

đắng và tinh dầu thơm trong hoa houblon để đem lại hƣơng vị đặc trƣng cho bia thành

phẩm. Trong quá trình đun hoa xảy ra một số biến đổi: sự đồng phân hoá các

α-axit đắng thành izo α-axit đắng có độ hoà tan cao hơn và lực đắng mạnh hơn, vị

đắng dịu hơn; trích ly tinh dầu thơm của hoa tạo hƣơng thơm đặc trƣng cho bia vàng;

tạo phức tanin-protein cao phân tử tạo màng kéo theo nhiều phần tử khác kết lắng theo

làm trong dịch đƣờng, tạo độ ổn định keo cho dịch; vô hoạt các protein enzyme của

malt và diệt vi sinh vật tạp làm tăng tính ổn định sinh học của dịch đƣờng đảm bảo

quá trình lên men sau này dịch đƣờng chỉ chuyển hoá bởi hệ enzyme của nấm men.

Ngoài ra trong quá trình nấu hoa do nhiệt độ cao xảy ra các phản ứng melanoid, phản

ứng caramel hoá làm thay đổi tính chất cảm quan của dịch đƣờng đặc biệt là độ màu

của dịch đƣờng. Đun hoa còn có tác dụng làm bay hơi một số chất không mong muốn

nhƣ dimethyl sulfua và các dẫn xuất; cô đặc dịch đƣờng nhờ quá trình bay hơinƣớc;

pH dịch đƣờng cũng giảm từ 0,2 – 0,3.



Tiến hành đun hoa:

Thiết bị đun hoa đƣợc vệ sinh sạch sẽ trƣớc mỗi mẻ nấu. Ngay từ khi dịch lọc đƣa

sang nồi hoa thì mở van cấp hơi nhƣng ở mức vừa phải để duy trì nhiệt độ dịch lọc

trên 75˚C. Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tới khi toàn bộ dịch lọc và nƣớc rửa bã

đƣợc bơm sang nồi hoa thì dịch đƣờng trong nồi cũng vừa sôi. Khi dịch sôi đƣợc

khoảng 15 phút thì cho toàn bộ lƣợng hoa cao vào nồi. Sau khi dịch sôi đƣợc khoảng

60 phút thì cho 1/2 lƣợng hoa viên vào nồi. Trƣớc khi kết thúc đun hoa 15 phút thì bổ

sung nốt 1/2 lƣợng hoa viên vào nồi. Tỷ lệ: cao hoa/hoa viên = 1/4. Thời gian đun hoa

khoảng 90 phút.

II.2.5. Lắng xoáy

Mục đích: Quá trình lắng trong cũng đồng thời làm lạnh sơ bộ dịch đƣờng

nhằm mục đích tách bỏ các phần tử rắn hay cặn, bã hoa ra khỏi dịch đƣờng, tránh bia

không bị đục. Đặc biệt là cặn nóng đƣợc tạo thành từ nhiệt độ trên 60˚C và cần đƣợc

tách bỏ hoàn toàn vì chúng ảnh hƣởng xấu tới quá trình lên men, làm bia kém chất

lƣợng, sinh ra một số axít có hại cho độ bền của bia.

Tiến hành lắng xoáy:

Dịch đƣờng ra khỏi nồi hoa đƣợc bơm vào thùng lắng xoáy theo phƣơng tiếp

tuyến với vận tốc 12 – 14m/s, dƣới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực các cặn lắng

và bã hoa tách ra tập trung ở giữa thùng và lắng xuống đáy. Dịch ra khỏi thùng có

nhiệt độ khoảng 90˚C đƣợc bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh. Cặn tập trung ở đáy

thùng khi bơm hết dịch đƣợc xối nƣớc xả bã ra ngoài. Thời gian lắng xoáy khoảng 30

phút.

II.2.6. Lạnh nhanh

Mục đích: Quá trình làm lạnh nhanh nhằm mục đích hạ nhiệt độ của dịch

đƣờng tới nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men đồng thời hạn chế tối đa sự nhiễm

tạp vi sinh vật, ảnh hƣởng tới lên men và chất lƣợng bia thành phẩm.

Tiến hành làm lạnh nhanh:

Sau khi ra khỏi thùng lắng xoáy, dịch đƣờng có nhiệt độ 90˚C, đƣợc dẫn vào máy

lạnh nhanh kiểu tấm bản. Máy đƣợc cấu tạo từ những tấm bản gấp sóng chế tạo từ

thép hay hợp kim Cr – Ni. Các tấm bản có hình chữ nhật, có 4 tai ở 4 góc, trên mỗi tai

có đục lỗ tròn. Kết hợp xen kẽ các tấm bản với các gioăng cao su tạo nên 4 mƣơng

dẫn: dịch đƣờng vào máy, dịch đƣờng ra khỏi máy, chất tải lạnh vào máy, chất tải lạnh

ra khỏi máy. Dịch đƣờng nóng đƣợc bơm vào một trong hai mƣơng dẫn phía trên,

chảy thành màng ziczac trên bề mặt các tấm bản trong khoảng trống giữa 2 tấm bản

liền kề, dịch đƣờng chảy các khoảng trống cách nhau 1 khoảng trống xen kẽ bởi chất

tải lạnh, cuối cùng ra khỏi máy ở mƣơng dẫn dƣới ngƣợc phía. Nƣớc lạnh 2˚C đƣợc đi

theo chiều ngƣợc lại từ mƣơng dẫn vào ở phía dƣới qua các khoảng trống mà dịch

đƣờng không đi qua rồi ra ở mƣơng dẫn phía trên đối diện. Nƣớc lạnh qua trao đổi

nhiệt với dịch đƣờng trở thành nƣớc nóng 70 – 80˚C đƣợc thu hồi về thùng nƣớc nóng



đƣa đi phục vụ cho quá trình nấu.

II.2.7. Bão hoà O2 vào dịch lên men

Mục đích: Bổ sung O2 vào dịch đƣờng trƣớc khi lên men nhằm đảm bảo cung cấp

đủ lƣợng O2 ban đầu cho quá trình phát triển tạo sinh khối của nấm men trong giai

đoạn tiềm phát, thích nghi và phát triển logarit. Tiến hành bố sung oxy: Sau khi ra

khỏi máy lạnh nhanh, dịch đƣờng có nhiệt độ 8˚C dịch đƣờng đƣợc bổ sung oxy dƣới

dạng không khí nén sục vào đƣờng ống cấp dịch đƣờng đi lên men. Không khi đƣợc

hút qua màng lọc, đi qua tháp rửa, qua hấp phụ bằng than hoạt tính, khử trùng, lọc xốp

trƣớc khi nạp vào dịch. Không khí nén sau làm sạch và khử trùng đƣợc bổ sung xuôi

theo chiều đƣờng ống dẫn dịch đƣờng vào thùng lên men.

II.2.8. Cấp nấm men và tiến hành lên men

Mục đích: Hòa trộn nấm men với dịch đƣờng để nấm men thực hiện quá trình

lên men chuyển hoá dịch đƣờng thành bia.

Quá trình lên men bao gồm 2 giai đoạn: lên men chính, lên men phụ và tàng trữ bia.

Lên men chính nhằm mục đích chuyển hoá các thành phần chất tan chủ yếu là các loại

đƣờng và dextrin thấp phân tử của dịch đƣờng đã đƣợc houblon hoá thành rƣợu etylic,

CO2, glyxerin và các rƣợu bậc cao khác, axit hữu cơ, este… dƣới tác dụng của nấm

men. Lên men phụ và tàng trữ nhằm ổn định các thành phần của bia, tạo bọt, tạo các

sản phẩm bậc cao mang hƣơng và vị đặc trƣng hài hoà của bia, tăng độ bền keo, ức

chế sự phát triển của vi sinh vật… Quá trình lên men đƣợc tiến hành theo phƣơng

pháp lên men gia tốc trong thiết bị thân trụ đáy côn, phƣơng thức lên men gián đoạn.

Giai đoạn lên men chính diễn ra trong khoảng 6 ngày ở nhiệt độ 8˚C đối với bia chai

và diễn ra trong vòng 5 ngày ở nhiệt độ 8˚C đối với bia hơi. Trong giai đoạn này nấm

men hoạt động mạnh toả nhiều nhiệt, lƣợng CO2 tạo thành nhiều nên cần phải cấp

nhiều glycol để làm lạnh và tiến hành thu hồi CO2 để đảm bảo áp suất trong thùng lên

men khoảng 0,7 – 0,8at. Kết thúc giai đoạn này hàm đƣờng còn lại trong bia non là

3˚Bx. Khi đó hạ nhiệt độ khối dịch xuống 4˚C và tháo nấm men kết lắng. Cuối cùng

hạ nhiệt độ khối dịch xuống 2˚C và tiến hành lên men phụ và tàng trữ bia trong

khoảng 15 ngày đối với bia chai và 10 ngày đối với bia hơi, duy trì áp suất khoảng 1 –

1,2at. Ở giai đoạn này lƣợng nấm men còn lại rất ít, hoạt lực giảm mặt khác do nhiệt

độ rất thấp nên quá trình chuyển hoá các hợp phần của khối dịch rất chậm.

II.2.9. Lọc bia

Mục đích: Bia sau khi lên men đã đƣợc làm trong tự nhiên (nhờ quá trình lắng

khi lên men phụ) nhƣng chƣa đạt mức độ cần thiết. Do đó, cần phải lọc tiếp để loại bỏ

hoàn toàn cặn, kết tủa... nhằm tăng độ bền của bia, tăng giá trị cảm quan, ổn định các

thành phần cơ học. Bia tiêu chuẩn sau quá trình lên men đƣợc đi qua thiết bị trao đổi

nhiệt tấm bản trao đổi nhiệt với chất tải lạnh là glycol để ổn định nhiệt độ bia ở –1˚C

trƣớc khi lọc. Để thực hiện quá trình lọc trong bia sử dụng thiết bị lọc ống inox và



thiết bị lọc ống xốp để lọc tinh đối với sản phẩm bia chai. Thiết bị lọc ống có một giàn

ống, trên các ống này có đục lỗ cỡ 0,04µm.

Quá trình lọc gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tạo màng lọc và giai đoạn lọc. Giai

đoạn tạo màng lọc: Bột trợ lọc diatomide đƣợc hoà với nƣớc và bơm vào thiết bị lọc

để tạo màng lọc. Sử dụng 2 loại bột trợ lọc là Hyflosuppercell và Standarlsuppercell

mỗi loại 5kg cho một lần tạo áo lọc. Giai đoạn lọc: Bơm bia vào để tiến hành lọc,

trong giai đoạn đầu dịch bia ra còn đục nên cần tuần hoàn khoảng 15 phút. Trong quá

trình lọc bột trợ lọc diatomide và vinyl polypyriolidone đƣợc bổ sung bằng bơm định

mức. Ngoài ra, đối với sản phẩm bia chai trong quá trình lọc còn bổ sung các hoá chất

chống oxy hoá, chống đục nhƣ: polyclarlc, vicant, collupulin cùng với bột trợ lọc lần

2. Bia sau lọc đƣợc bơm sang các tank chứa bia trong để ổn định và bão hòa CO2.

II.2.10. Tàng trữ và ổn định tính chất của bia thành phẩm

Mục đích: Tăng chất lƣợng cảm quan của bia, chống oxy hóa, chống kết lắng,

tăng thời gian bảo quản bia, ổn định các thành phần trong bia....

Quá trình tàng trữ, ổn định bia và bão hòa CO2 diễn ra nhƣ sau:

Bơm một lƣợng CO2 vào trƣớc để đẩy hết không khí có trong tank ra ngoài,

tránh không để bia bị oxy hóa do tiếp xúc với O2. Sau đó, bơm bia đã lọc vào

tank từ dƣới lên. Khi đã bơm hết bia, tiến hành bão hòa CO2 cho tới khi hàm

lƣợng CO2 trong bia đạt 4,5 – 5,5 g/lít. Trong quá trình tàng trữ bia, duy trì áp

suất trong tank ở ≈1,8 kg/cm2 và thu hồi CO2 khi cần thiết.

II.2.11. Hoàn thiện sản phẩm

* Bia hơi đƣợc chiết bock để phục vụ cho nhu cầu trong ngày của các cửa

hàng, đại lý ở các vùng lân cận. Nhƣ vậy về nguyên tắc mà nói thì bia chiết

bock trƣớc đó không cần bổ sung thêm CO2. Quá trình chiết bock tuân theo

nguyên tắc chiết đẳng áp để đảm bảo yêu cầu: rót đầy thể tích thùng bock,

không sủi bọt và hao phí bia ít nhất.

* Bia sau một thời gian tàng trữ đƣợc bơm sang phân xƣởng chiết chai để nạp

vào các chai. Hệ thống chiết chai gồm một số công đoạn chính sau:

- Rửa chai: chai đƣợc ngâm trong nƣớc nóng trƣớc, kế tiếp đƣợc rửa bằng xút

nóng, sau đó qua giàn phun nƣớc, hệ thống thổi khí làm khô rồi đi qua bộ

phận soi chai trƣớc khi đƣa sang máy chiết chai.

- Chiết chai: quá trình chiết chai cũng tuân theo nguyên tắc chiết đẳng áp, sau

đó chai đƣợc dập nút, ra khỏi máy chiết chai chai qua bộ phận soi chai trƣớc

khi vào hầm thanh trùng.

- Thanh trùng: mục đích của quá trình này là nhằm diệt nấm men còn sót để

nâng cao độ bền sinh học của bia. Thiết bị thanh trùng thƣờng có nhiều khoang, mỗi

khoang phun nƣớc nóng ở một nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ tối đa để thanh trùng

khoảng 650C. Quá trình thanh trùng cần đảm bảo nhiệt độ của chai đi vào và đi ra khỏi

thiết bị là bằng nhau, đồng thời không quá chênh lệch so với nhiệt độ môi trƣờng.



-Bia sau thanh trùng sẽ theo băng tải vào bộ phận dán nhãn, bắn chữ, sau đó qua máy

xếp két và lƣu kho hoặc đƣa ngay đến các nơi tiêu thụ.



CHƢƠNG III : LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CÂN BẰNG SẢN

PHẨM

III.1. Lập kế hoạch sản xuất

Nhà máy đƣợc thiết kế với năng suất 50 triệu lít bia/năm, cơ cấu sản phẩm 80%

bia chai và 20% bia hơi. Nồng độ dịch đƣờng trƣớc lên men là 12˚Bx ứng với bia

chai, và 10,5˚Bx ứng với bia hơi. Sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ thay thế

là 20% cho tổng lƣợng gạo và malt sử dụng. Do nƣớc ta nằm trong khu vực nhiệt đới

gió mùa, ở miền Bắc khí hậu có 4 mùa rất khác nhau vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ bia

các mùa cũng khác nhau. Mùa hè do thời tiết nóng nực nên nhu cầu sử dụng bia cao,

trong khi mùa đông do thời tiết lạnh nhu cầu về bia giảm. Do đó nhà máy phải có kế

hoạch sản xuất một cách hợp lý để lƣợng bia sản xuất ra tiêu thụ hết tránh lãng phí.

Bảng kế hoạch sản xuất của nhà máy:

Quý I II III IV

Bia chai (triệu lít) 9 11 11 9

Bia hơi (triệu lít) 1 4 4 1

Tổng năng suất (triệu lít) 10 15 15 10

Một năm nhà máy sản xuất 300 ngày, trung bình mỗi tháng sản xuất 25 ngày,

những ngày còn lại để duy tu, bảo dƣỡng máy móc thiết bị. Năng suất lớn nhất một

tháng: 5 triệu lít.

Năng suất lớn nhất một ngày: 5 000 000/25 = 200000(lít).

Mỗi ngày nấu 5 mẻ, năng suất một mẻ khoảng: 40 000(lít).

III.2. Tính cân bằng sản phẩm.

Trong quá trình sản xuất, tổn thất ở các công đoạn là không thể tránh

khỏi nên trong trong quá trình tính toán ta đều phải tính đến lƣợng tổn thất ở

từng công đoạn. Lƣợng tổn thất phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ chất lƣợng

nguyên liệu, chế độ công nghệ thiết bị.

Để đơn giản ta tính cân bằng sản phẩm cho 1000l bia. Giả thiết:

Malt có hàm ẩm 6%, hiệu suất hoà tan 80%.

Gạo có hàm ẩm 13%, hiệu suất hoà tan 85%.

Tổn thất trong các quá trình lần lƣợt là:

- Nghiền: 0,5%.

- Hồ hoá, đƣờng hoá và lọc: 3% so với chất khô

- Nấu hoa: 10% lƣợng dịch do nƣớc bay hơi.

- Lắng xoáy và lạnh nhanh: 2,5% lƣợng dịch.

- Lên men: 4% lƣợng dịch.

- Lọc bia: 1,5% lƣợng dịch.



- Bão hoà CO2: 0,5% lƣợng dịch.

- Chiết chai: 4% lƣợng dịch.

-Chiết bock: 1% lƣợng dịch.

III.2.1. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia chai.

III.2.1a Tính lượng gạo và lượng malt

Gọi lƣợng malt cần để sản xuất 1000l bia chai là M(kg) thì lƣợng gạo cần là

0,25M(kg).

+ Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ M(kg) malt là:

M.(1 – 0,005).(1 – 0,06).0,8 = 0,74824M(kg)

+ Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ gạo là:

0,25M.(1 – 0,005).(1 – 0,13).0,85 = 0,18395M(kg)

+ Tổng lƣợng chất chiết thu đƣợc là:

0,74824M + 0,18395M = 0,93219M(kg)

* Lƣợng dịch qua các công đoạn ứng với 1000l bia chai thành phẩm:

Công đoạn chiết chai tổn thất 4%, lƣợng bia sau bão hoà CO2 là:

1000/(1-0,04) = 1042,7 lít

Công đoạn bão hoà CO2 tổn thất 0,5%, lƣợng bia sau lọc là:

1041,7/(1-0,005) = 1046,9 lít

Công đoạn lọc bia tổn thất 1,5%, lƣợng bia sau lên men là:

1046,9/(1-0,015) = 1062,8 lít

Công đoạn lên men tổn thất 5%, lƣợng dịch đƣờng đƣa đi lên men là:

1062,8/(1-0,05) = 1118,8 lít

Công đoạn lắng xoáy và lạnh nhanh tổn thất 2,5% khối lƣợng dịch và tổn hao do co

thể tích khoảng 4%, lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là:

1118,8/(1-0,025)(1-0,04) = 1195,3 lít

Dịch đƣờng sau đun hoa có nồng độ chất khô là 12˚Bx có d20

=1,048, khối

lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là:

1195,3.1,048 =1252,7(kg)

Khối lƣợng chất chiết có trong dịch đƣờng sau đun hoa là:

1252,7.0,12 = 150,3 (kg)



Công đoạn nấu, đƣờng hoá, lọc tổn thất chất chiết là 3%, lƣợng chất chiết ban đầu là:

150,3/(1-0,03) = 155,0 (kg)

Ta có : 0,93219M = 155,0 (kg)

Lƣợng malt cần thiết M = 166,2 (kg)

Lƣợng gạo cần thiết là M = 41,6 (kg)

III.2.1b Tính lượng CO2.

Phƣơng trình lên men:

C12H22O11 + H2O → 4C2H5OH + 4CO2 + Q

342g 18g 184g 176g

+ Lƣợng dịch trƣớc lên men: 1118,8(l), có độ đƣờng 12˚Bx có d20

=1,048, khối lƣợng

dịch đƣờng trƣớc lên men là: 1118,8.1,048 = 1172,5(kg)

+ Khối lƣợng chất chiết trong dịch đƣờng trƣớc lên men:

0,12.1172,5 = 140,7 (kg)

+ Quy về đƣờng maltose, trong giai đoạn lên men chính coi 55% lƣợng chất

chiết đƣợc chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành là:

140,7. 0,55.(342/176) = 39,82(kg)

+ Lên men chính tổn hao thể tích dịch lên men là 3% thì thể tích bia non ứng

với 1000 lít bia thành phẩm là: 1118,8 × 0,97 = 1085,2(l)

Lƣợng CO2 hoà tan trong bia non là 2,5g/l, ứng với 1085,2lít bia non là:

2,5.1085,2 = 2713(g) ≈ 2,71(kg)

+ Lƣợng CO2 thoát ra là: 39,82 – 2,71 = 37,11(kg)

Ở 20˚C, 1atm, CO2 có khối lƣợng riêng 1,832kg/m3, thể tích của CO2 thoát ra là:

37,11/1,832 = 20,26 (m3)

+ Hiệu suất thu hồi CO2 là 70%, lƣợng CO2 có thể thu hồi đƣợc là:

0,7.20,26 = 14,18(m3)

+ Trong quá trình lên men phụ 15% chất chiết của dịch đƣờng tiếp tục đƣợc

chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành tiếp tục đƣợc bão hoà trong bia do đó hàm

lƣợng CO2 trong bia tƣơi vào khoảng 4g/l.

+ Trong quá trình lọc CO2 bị thất thoát một phần nên hàm lƣợng CO2 trong biasau

lọc vào khoảng 2g/l. Cuối quá trình lọc cần cấp CO2 để ép nốt lƣợng dịchlọc cuối

đồng thời trong quá trình tàng trữ cần tiếp tục bão hoà CO2 trong biađể hàm lƣợng

CO2 đạt tới 4,5g/l. Lƣợng CO2 cần để bão hoà 1046,9 lít bia sau lọc là:

(4,5 – 2).1046,9 = 2617,25(g) ≈ 2,62(kg).

Thể tích CO2 cần để bão hoà thêm là:



= 1,43(m

3).

III.2.2. Tính cân bằng sản phẩm cho 1000 lít bia hơi.

III.2.2a Tính lượng gạo vào lượng malt.

Gọi lƣợng malt cần để sản xuất 1000l bia hơi là M(kg) thì lƣợng gạo cần là

0,25M(kg).

+ Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ M(kg) malt là:

M.(1 – 0,005).(1 – 0,06).0,8 = 0,74824M(kg)

+ Lƣợng chất chiết thu đƣợc từ gạo là:

0,25M.(1 – 0,005).(1 – 0,13).0,85 = 0,18395M(kg)

+ Tổng lƣợng chất chiết thu đƣợc là:

0,74824M + 0,18395M = 0,93219M(kg)

* Lƣợng dịch qua các công đoạn ứng với 1000l bia hơi thành phẩm:

+ Công đoạn chiết bock tổn thất 1%, lƣợng bia đƣa vào chiết bock là:

= 1010,1 lít

+ Giai đoạn tàng trữ và bão hoà CO2 trƣớc khi chiết bock tổn thất 0,5%, lƣợng

bia sau lọc là:

= 1015,2 lít

+ Công đoạn lọc bia tổn thất 1,5%, lƣợng bia sau lên men là:

= 1030,6 lít

+ Công đoạn lên men tổn thất 5%, lƣợng dịch đƣờng trƣớc lên men là:

= 1084,9 lít

+ Công đoạn lắng xoáy và lạnh nhanh tổn thất 2,5% và tổn thất do co thể tích

khoảng 4%, lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là:

( ) ( ) = 1159,1 lít

+ Dịch đƣờng sau đun hoa có nồng độ chất khô 10,5˚Bx có d20

= 1,042. Khối

lƣợng dịch đƣờng sau đun hoa là:

1159,1.1,042 = 1207,7(kg)

+ Lƣợng chất chiết có trong dịch đƣờng sau đun hoa là:

.1207,7 = 126,8 (kg)



Ta có: 0,93219M = 126,8(kg)

=> Lƣợng malt cần là : M = 136,0(kg)

=> Lƣợng gạo cần là : 0,25M = 34,0(kg).

III.2.2b Tính lượng CO2

Phƣơng trình lên men:

C12H22O11 + H2O = 4C2H5OH + 4CO2 + Q

342g 18g 184g 176g

+ Lƣợng dịch trƣớc lên men: 1084,9(l), có độ đƣờng 10,5˚Bx có d20 =1,042.

+ Khối lƣợng dịch đƣờng trƣớc lên men là: 1084,9.1,042 = 1130,5 (kg)

+ Khối lƣợng chất chiết trong dịch đƣờng trƣớc lên men:

.1130,5 = 118,7 (kg)

+ Quy về đƣờng maltose, trong giai đoạn lên men chính coi 55% lƣợng chất

chiết đƣợc chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành là:

.118,7.0,55 = 33,6 (kg)

+ Sau lên men chính thể tích dịch giảm 3%, thể tích bia non ứng với 1000 lít bia

thành phẩm là:

1084,9 × 0,97 = 1052,4 (lít)

+ Lƣợng CO2 hoà tan trong bia non là 2,5g/l, ứng với 1052,4 lít bia non là:

2,5.1052,4 = 2631(g) ≈ 2,63(kg)

+ Lƣợng CO2 thoát ra là: 33,60 – 2,63 = 30,97(kg)

Ở 20˚C, 1atm, CO2 có khối lƣợng riêng 1,832kg/m3, thể tích của CO2 bay ra

là:

= 16,92 (m

3)

+ Hiệu suất thu hồi CO2 là 70%, lƣợng CO2 có thể thu hồi đƣợc là:

0,7.16,91 = 11,83(m3)

+ Trong quá trình lên men phụ 15% chất chiết của dịch đƣờng tiếp tục đƣợc

chuyển hoá, lƣợng CO2 tạo thành tiếp tục đƣợc bão hoà trong bia do đó hàm

lƣợng CO2 trong bia tƣơi vào khoảng 3,5 g/l.

+ Trong quá trình lọc CO2 bị thất thoát một phần nên hàm lƣợng CO2 trong bia

sau lọc vào khoảng 2g/l. Cuối quá trình lọc cần cấp CO2 để ép nốt lƣợng dịch

lọc cuối đồng thời trong quá trình tàng trữ cần tiếp tục bão hoà CO2 trong bia

để hàm lƣợng CO2 đạt tới 4,5g/l. Lƣợng CO2 cần để bão hoà 1015,2 lít bia sau

lọc là:



(4,5 – 2).1015,2 = 2538(g) ≈ 2,54(kg)

Thể tích CO2 cần để bão hoà thêm là:

= 1,39 ( m

3).

Bảng tổng kết nguyên liệu chính, bán thành phẩm ứng với bia chai.

STT Danh mục Đơn

vị

1000 lít 1 mẻ 1 ngày 1 năm

1 Malt kg 166,2 6648 33240 9972.103

2 Gạo kg 41,6 1664 8820 2496.103

3 Dịch sau đun hoa lít 1195,3 47812 239060 71718.103

4 Dịch đƣờng lên men lít 1118,8 44752 223760 67128.103

5 Bia non lít 1062,8 42512 212560 63768.103

6 Bia sau lọc lít 1046,9 41876 209380 62814.103

7 Bia trƣớc chiết chai lít 1042,7 41708 208540 62562.103

8 CO2 thoát ra m3

20,26 810,4 4052 1215600

9 CO2 có thể thu hồi m3 14,18 567,2 2836 850800

10 CO2 cần để bảo hòa m3 1,43 57,2 286 85800



Bảng tổng kết nguyên liệu chính, bán thành phẩm ứng với bia hơi.

STT Danh mục Đơn

vị

1000 lít 1 mẻ 1 ngày 1 năm

1 Malt kg 136 5440 27200 8160.103

2 Gạo kg 34 1360 6800 2040.103

3 Dịch sau đun hoa lít 1159,1 46364 231820 69546.103

4 Dịch đƣờng lên

men

lít 1084,9 43396 216980 65094.103

5 Bia non lít 1030,6 41224 206120 61836.103

6 Bia sau lọc lít 1015,2 40608 203040 60912.103

7 Bia trƣớc chiết

bock

lít 1010,1 40404 202020 606060.103

8 CO2 thoát ra m3

16,92 676,8 3384 1015.103

9 CO2 có thể thu hồi m3 11,83 473,2 2366 709800

10 CO2 cần để bảo

hòa

m3 1,39 55,6 278 83400



CHƢƠNG IV : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG LẠNH

IV.1. Thiết bị làm lạnh nhanh.

Ở đây do nhiệt độ dịch hèm sau cô hoa cao, mà cần làm lạnh nhanh về nhiệt độ

thấp nên nếu ta hạ nhiệt trong một thiết bị thì sẽ gây tổn thất cao. Vì vậy ta tính toán

hạ nhiệt độ 2 lần, lần 1 từ 900C về 40

0C và lần 2 từ 40

0C về 8

0C.

Chọn thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản để làm lạnh nhanh dịch hèm 12% làm

mát bằng nƣớc 20C với những điều kiện sau :

Lƣu lƣợng khối dịch hèm G1 = 234360 kg/ngày = 2,7 kg/s.

Nhiệt độ dịch đƣờng vào : t1 = 900C.

Nhiệt độ dịch đƣờng ra : t1’ = 40

0C.

Nhiệt độ nƣớc làm mát vào : t2 = 20C.

Nhiệt độ nƣớc làm mát ra : t2’ = 40

0C.

Áp lực trong thiết bị : p = 400kPa.

Tổn thất áp suất phía dịch hèm : ΔP1 = 80 kPa.

Tổn thất áp suất phía nƣớc : ΔP2 = 60 kPa.

Tính vật lý của dịch đƣờng ở nhiệt độ t1tb = 0,5.(90+ 40) = 650C nhƣ sau :

Khối lƣợng riêng : ρ1 = 1040 kg/m3

Hệ số dẫn nhiệt : λ1 = 0,357 W/m.độ

Nhiệt dung riêng : C1 = 3,83 kJ/kg.độ

Độ nhớt : ν1 = 0,801.10-6

m2/s.

Tính chất vật lý của nƣớc ở nhiệt độ t2tb = 0,5.(40+2) = 210C nhƣ sau :

Khối lƣợng riêng : ρ2 = 995,7 kg/m3

Hệ số dẫn nhiệt : λ2 = 0,818 W/m.độ

Nhiệt dung riêng : C2 = 4185 KJ/kg.độ

Độ nhớt : ν2 = 0,805.10-6

m2/s.

Thiết bị sẽ dùng các tấm cơ bản dập nổi hình nón kiểu PR-0,5E làm bằng thép không

gỉ X18H10T với các số liệu sau :



Diện tích trao đổi nhiệt của 1 tấm F1 = 0,5m2

S = 14mm

h = 4mm

Đƣờng kính tƣơng đƣơng của 1 kênh dtd = 0,008m

Tiết diện ngang của 1 kênh dẫn f1 = 0,00183m2

Chiều cao quy dẫn của kênh Lc = 1,15 m

IV.1.1 Xác định các thông số cơ bản.

+ Tính lƣợng nhiệt truyền qua một đơn vị thời gian :

Q = G1.C1.( t1 – t1’ ) = 2,7.3830.(90 – 40) = 5,17.10

5 (W).

+ Tính lƣu lƣợng nƣớc làm mát :

Lƣu lƣợng khối lƣợng :

G2 =

( )

=

( ) = 3,25 kg/s.

Lƣu lƣợng thể tích :

V2 =

=

= 3,27.10

-3 m

3/s.

+ Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình :

Δttb =

= ( ) ( )

= 43,70C.

+ Xác định tốc độ chuyển động tối ƣu của dịch hèm trong thiết bị:

tw =

=

(

) = 43

0C.

Giả thiết α1 = 3500 W/m.độ ; ξ1 = 5. Tốc độ ω1 sẽ là :

ω1 = 2.√ ( )

( )

= 2.√

( )

( )

= 0,362 m/s.

+ Xác định tiêu chuẩn Reynolds.

Re1 =

=

= 3615



+ Tính kiểm tra lại hệ số trở kháng áp suất:

ξ1 =

=

= 174

Giá trị thu đƣợc gần với giả thiết ξ1 = 5 nên có thể chấp nhận đƣợc.

+ Xác định tiêu chuẩn Pr:

Pr1 = C1.v1.

= 3830.0,801.10

-6.

= 8,94

Tính chất vật lý của dịch hèm tại 430C là :

Khối lƣợng riêng : ρ = 1040 kg/m3

Hệ số dẫn nhiệt : λ = 0,816 W/m.độ

Nhiệt dung riêng : C = 3830 J/kg.độ

Độ nhớt : ν = 0,801.10-6

m2/s.

Nên vậy Prw1 = 3830.0,801.10-6

.

= 3,91

+ Tính toán tiêu chuẩn Nu

Nu1 = 0,135.

.

.(

)

0,25 = 0,135.3615

0,73.8,94

0,43.(

)0,25

= 168,5

+ Hệ số tỏa nhiệt

α1 = Nu1.

= 168,5.

= 17187 W/m

2.độ

+ Xác định tốc độ cô đặc tối ƣu của nƣớc trong thiết bị

Chọn α2 = 5000 W/m2.độ ; ξ2 = 5

ω2 = 2. √ ( )

( )

= 2.√

( )

( )

= 0,41 m/s.

+ Xác định tiêu chuẩn Reynolds

Re2 =ω2.

= 0,41.

= 4075



+ Tính kiểm tra lại hệ số trở không áp suất

ξ2 =

=

= 179

Giá trị thu đƣợc gần với giả thiết, vậy có thể chấp nhận đƣợc giá trị này.

+ Xác định tiêu chuẩn Pr

Pr2 = C2.v2.

= 4185.0,805.10

-6.

= 4,12

+ Tính chất vật lý của nƣớc tại 430C là :

Khối lƣợng riêng : ρ = 989,3 kg/m3

Hệ số dẫn nhiệt : λ = 0,646 W/m.độ

Nhiệt dung riêng : C = 4182,6 J/kg.độ

Độ nhớt : ν = 0,56.10-6

m2/s.

Vậy Prw2 = 4182,6.0,56.10-6

.

= 3,59

+ Tính toán tiêu chuẩn Nu

Nu2 = 0,135.

.

.(

)

0,25 = 0,135.4075

0,73.4,12

0,43.(

)0,25

= 111


α2 = Nu2.

= 111.

= 11308 W/m

2.độ

+ Xác định tổng nhiệt trở

∑ = r1 +

+ r2

trong đó r1, r2 : nhiệt trở của cặn bám trên tấm phía dịch hèm, nƣớc

δ : chiều dày tấm, chọn δ = 1mm

λ : hệ số dẫn nhiệt của tấm, λ = 15,9 W.độ/m2

Ta có r1 = 5.10-5

m2.độ/W , r2 = 1,7.10

-4 m

2.độ/W



Vậy ∑ = 5.10-5

+

+ 1,7.10

-4 = 2,26.10

-4

+ Xác định hệ số truyền nhiệt

K =

∑

=

= 2684 W/m2.độ.

+ Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị

Fa =

=

= 4,4 m

2

Ta chọn Fa = 6 m2

IV.1.2 Tính toán bố cục và hiệu chỉnh lại giá trị bề mặt trao đổi nhiệt.

+ Diện tích bề mặt cắt ngang của cụm.

Phía dịch hèm : fc1 =

=

= 7,5.10

-3 m

2

Phía nƣớc : fc2 =

=

= 8.10

-3 m

2

+ Số tấm trong thiết bị

na =

=

= 14 tấm.

+ Số kênh chạy trong một cụm cho từng môi chất :

- Phía dịch đƣờng :

m1 =

=

= 4,1 chọn m1 = 7

- Phía nƣớc :

m2 =

=

= 4,4 chọn m2 = 7

+ Tiết diện mặt cắt ngang thực tế của các kênh cho cả hai môi chất

fc = m.f1 = 7.0,00183 = 0,01281 m2

+ Tốc độ chuyển động của dịch hèm và nƣớc sau khi tính lại:



ω1 =

=

= 0,585 m/s

ω2=

=

= 0,625 m/s

+ Tiêu chuẩn Re

Re1 = ω1.

=0,585.

= 5843

Re2 = ω2.

=0,625

= 6211

+ Tiêu chuẩn Nu

Nu1 = 0,135.

.

.(

)

0,25 = 0,135.5843

0,73.8,94

0,43.(

)0,25

= 230

Nu2 = 0,135.

.(

)

0,25 = 0,135.6211

0,73.4,12

0,43.(

)0,25

= 151


α1 = Nu1.

= 230.

= 10263 W/m

2.độ.

α2 = Nu2.

= 151.

= 15383 W/m

2.độ.

+ Hệ số truyền nhiệt

K =

∑

=

= 2575 W/m2.độ.

+ Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị sau hiệu chỉnh:

Fa =

=

= 4,6 m

2

Vậy ta chọn Fa = 6 m2 là đủ.

Hạ nhiệt lần 2 ta cũng dùng thiết bị tấm bản để hạ nhiệt độ dịch hèm từ 400C xuống

80C, làm mát bằng nƣớc 2

0C, nƣớc ra 20

0C. Phƣơng pháp tính tƣơng tự nhƣ đối với

thiết bị hạ nhiệt lần 1 ta đƣợc Fa = 8 m2.



Số kênh chạy trong cụm cho từng môi chất :

- Phía dịch đƣờng m1 = 9

- Phía nƣớc m2 = 9.

Kết luận : Thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh nhanh lần 1,2 kiểu tấm bản làm bằng vật

liệu X18H10T, gồm 14 và 18 tấm, mỗi tấm dày 1mm, khoảng cách giữa các tấm là 4

mm, với các thông số sau :

F1 ( m2) Kích thƣớc, mm

H h A e B c d

0,5 1370 1242 1200 85 505 160 410

IV.2. Tank lên men.

Sản phẩm chính của nhà máy bia là sản phẩm bia chai do đó ta tính kích thƣớc

tank lên lên theo lƣợng dịch hèm lên men cho bia chai.

Lƣợng dịch đƣờng lên men 1 mẻ là : 44752 lít

Ta tính tank lên men cho 1 ngày ứng với 5 mẻ.

Vậy thể tích hữu ích của tank lên men là :

Vt = 44725.5 = 223760 lít 224 m3

Hệ số sử dụng của tank là 0,85

Vậy tổng thể tích của tank là :

Vtank =

264 m

3

Vậy thể tích tank là : Vtank = 264 m3

Ta chọn tank lên men thẳng đứng có thân hình trụ

Toàn bộ các bộ phận của tank đƣợc chế tạo bằng inox, các phần tiếp xúc với dịch

bia đƣợc chế tạo bằng inox Averta- Thụy sỹ

Tank làm việc ở chế độ áp suất 1,5 bar áp suất thử bền là 3 bar

Thể tích của tank đƣợc tính theo công thức :



Vtank =

+

+

(1)

Với α = 600 ta có : h1 = 0,5.D.Tan60

0 = 0,866 D

h2 = 0,15.D ; H = 3.D

Thay vào công thức (1) ta có :

Vtank =

+

+

=

Vậy : D = √

= √

= 4,63 (m).

Chọn D = 4,7 (m) ta có : H = 14,1 (m); h2 = 0,7 (m) ; h1 = 4 (m);

Chiều dày tank : s = 5,5 (mm).

Số lƣợng tank phụ thuộc vào công nghệ sản xuất bia cũng nhƣ lịch trình sản xuất mà

nhà máy đua ra.

Ở đây ta thiết kế lên men chính và lên men phụ cùng trong 1 tank lên men.

Số ngày lên men chính : 7 ngày.

Số ngày lên men phụ : 14 ngày .

Trong đó có 1 ngày để lọc dịch đƣờng và vệ sinh tank, và 2 tank dự trữ

=>Số tank cần cho lên men sản phẩm bia chai là :

24 tank với thể tích Vtank = 264 m3

+ Diện tích phần áo lạnh là :

Ở đây ta thiết kế 3 lớp áo lạnh 2 lớp trên hình trụ có bề rộng : ha = (6,5 m). 1 lớp trên

hình nón đáy với diện tích bằng 1/2 diện tích hình nón đáy.



Hình 2 : Kết cấu tank lên men

IV.3. Thiết bị nhân men.

IV.3.1. Thiết bị nhân men giống cấp II.

Chọn thiết bị nhân giống cấp II là thiết bị thân trụ đƣờng kính D, đáy côn

góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa

dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có

chiều cao h1 = 0,866D

+ Thể tích hữu ích của thiết bị là:

Vhi =

.(h2 +

) =

.(D +

) = 1,012 D

3 (m

3)

+ Lấy thể tích phần trống của thiết bị bằng 1/5 thể tích hữu ích của thiết bị, ta

có:

Vtr =

.h3 = 0,2.Vhi = 0,2.1,012.D

3 0,2D

3 m

3



h3 = 0,255.D

+ Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,212 D3

+ Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/10 thể tích dịch lên men trong 1 tank lên

men: 0,1. 224 = 22,4 (m3)

+ Ta có: Vhi = 1,012D3 = 22,4(m

3) ; Suy ra: D = 2,8 (m).

+ Quy chuẩn: D = 2,8 m; h1 =2,43 m ; h2 = 2,8 m ; h3 = 0,72 m; h4 = 0,28 m;

+ Thể tích thực của thiết bị là: V = 1,212.D3

= 1,212.2,83 = 26,6 (m

3).

=> Thùng nhân giống có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đƣờng kính ngoài

của thiết bị là: Dng = 3 m.

IV.3.2. Thiết bị nhân men giống cấp I.

Chọn thiết bị nhân giống cấp I là thiết bị thân trụ đƣờng kính D, đáy côn

góc côn ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa

dịch có chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = D, phần đáy côn có

chiều cao h1 = 0,866D

Thể tích hữu ích của thiết bị là:

Vhi =

.(h2 +

) =

.(D +

) = 1,012 D

3 (m

3).


có:

Vtr =

.h3 = 0,2.Vhi = 0,2.1,012.D

3 0,2D

3 m

3

h3 = 0,255.D

+ Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,212.D3

+ Thể tích hữu ích của thiết bị bằng 1/3 thể tích dịch nhân men cấp II:

22,4/3 = 7,47 (m3).

+ Ta có: 1,012D3 = 7,47 (m

3) ; Suy ra: D = 1,95 (m).

+ Quy chuẩn: D = 2 m; h1 = 1,73 ; h2 = 2 m; h3 = 0,51 m; h4 = 0,2 m.

+ Thể tích thực của thiết bị: V = 1,215D3 = 1,215.1,63 =5,0 (m

3)

+ Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đƣờng kính ngoài của thiết

bị là: Dng = 2,2 m.

IV.3.3. Thiết bị rửa men sữa kết lắng.

Chọn thiết bị rửa men là thiết bị thân trụ đƣờng kính D, đáy côn góc côn

ở đáy là 60˚, nắp cầu nhô lên h4 = 0,1D. Phần trụ trống không chứa dịch có

chiều cao h3, phần trụ chứa dịch có chiều cao h2 = 1,2D, phần đáy côn có



chiều cao h1 = 0,866D.

+ Thể tích hữu ích của thiết bị là:

Vhi =

.(h2 +

) =

.(1,2D +

) = 1,169.D

3 ( m

3).


có:

Vtr =

.h3 = 0,25.Vhi = 0,25.1,169.D

3 0,292.D

3 m

3

Suy ra: h3 = 0,372D

+ Tổng thể tích của thiết bị là: V = 1,461D3

+ Lƣợng sữa men kết lắng ứng với 1000l bia là 20l, với 1 tank lên men có thể

tích dịch là 224 m3 thì thể tích sữa men kết lắng là:

= 4,48 m

3

+ Thể tích hữu ích của thiết bị rửa men phải gấp 2 lần thể tích men thu hồi, tức

là khoảng: 2.4,48 = 8,96 (m3).

+ Ta có: 1,169D3 = 8,96 (m

3) Suy ra: D = 1,97 (m)

=> Quy chuẩn: D = 2 m; h1 = 1,73 m; h2 = 2,4 m; h3 = 0,75 m; h4 = 0,2 m.

+Thể tích thực của thiết bị: V = 1,461D3

= 1,461.23 = 11,7 (m

3)

+Thiết bị có vỏ áo lạnh và cách nhiệt dày 100mm, đƣờng kính ngoài của thiết

bị là: Dng = 2,2 m.

IV.4. Thiết bị chứa nƣớc 20C.

Nƣớc 20C đƣợc sản xuất đển phục vụ quá trình làm lạnh nhanh và sản xuất nƣớc

bài khí. Nƣớc 20C đƣợc sản xuất trong thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản với glycol -5

0C.

Lƣợng dịch đƣờng đi lên men ứng với một mẻ nấu bia chai 44725 lít, có nồng

độ chất khô 12˚Bx có khối lƣợng riêng 1,048 kg/l. Khối lƣợng dịch đƣờng đƣa

đi lên men: m1 = 44725.1,048 = 46872 (kg).

Dịch đƣờng sau lắng xoáy có nhiệt độ khoảng 90˚C cần đƣợc làm lạnh

nhanh xuống nhiệt độ lên men là 8˚C, Δt1 = 82˚C. Ở điều kiện này ta lấy

thông số trung bình:

+ Nhiệt dung riêng của nƣớc: Cn = 4,173(kJ.kg-1

.độ-1

)

+ Nhiệt dung riêng của chất tan quy theo đƣờng tan: Ct = 1,314(kJ.kg-1

.độ-1

)

+ Độ ẩm của khối dịch là : 88%.

+ Nhiệt dung riêng của khối dịch là : C =

.Cn +

.Ct



Vậy : C =

.4,173 +

.1,314 = 3,83 (kJ.kg

-1.độ

-1).

Lƣợng nhiệt tỏa ra từ dịch đƣờng trong 1 mẻ đem đi lạnh nhanh là :

Qdd = 46872.3,83.(90-8) 14720620 kJ/mẻ.

Chất tải nhiệt là nƣớc đá có nhiệt độ 2˚C sẽ đƣợc đun nóng lên nhiệt độ

75˚C, Δt2 = 73˚C. Ở điều kiện này ta lấy nhiệt dung riêng trung bình của

nƣớc: C2 = 4,173(kJ.kg-1

.độ-1

).

Đây cũng là lƣợng nhiệt mà nƣớc lạnh nhận đƣợc. Vậy lƣợng nƣớc lạnh cần dùng cho

một mẻ là :

m’ =

=

48323 (kg/mẻ).

Vậy lƣợng nƣớc lạnh cần chứa trong tank chứa là : V 49 m3

Lƣợng nƣớc lạnh 20C còn dùng để sản xuất nƣớc bài khí. Giả sử lƣợng nƣớc bài khí

cần sử dụng bằng 5% lƣợng dịch bia sau lọc.

Vbk =

. 41876 = 2094 lít/ mẻ 2 m

3/mẻ

Ta chọn thể tích tank chứa nƣớc lạnh 20C: = 60 m

3 .

Đƣờng kính trong : 4 m.

Đƣờng kính ngoài : 4,2 m.

Chiều cao thùng : 4,8 m.

IV.5. Tank thành phẩm .

Sau khi lọc, bia cần chứa vào tank thành phẩm để bão hòa CO2 và ổn định cũng

nhƣ để theo dõi kiểm tra các thành phần trong bia trƣớc khi đƣa đi chiết chai, chiết

block.

Bia thành phẩm đƣợc chứa trong tank hình trụ có đáy và nắp hình chỏm cầu, có

thể chịu đƣợc áp suất > 6 bar. Bêm ngoài thiết bị có bố trí áp kế, nhiệt kế, ống thủy,

van lấy mẫu….

Chọn thùng có đƣờng kính D, chiều cao phần chỏm cầu và ở nắp là h1 = h2 =

0,1D, chiều cao phần trụ H = 3D.

Trong 1 ngày sản xuất đƣợc 208540 lít bia sau lọc và bão hòa CO2 . Nhà máy sử

dụng 4 tank để chứa bia thành phẩm.

Hệ số sử dụng của thiết bị là : 0,85. Do đó thể tích thực mỗi tank là :



Vtp = 208,54.

245 m

3.

+ Thể tích của thùng đƣợc tính theo công thức sau :

V = Vtrụ + Vđáy + Vđỉnh

V =

.H +(

+

.(1,5D - h1)) =

.3D +

+

( )

.1,4D = 2,4D

3

V = 2,4D3 = 245

D = 4,67 m

Chọn D = 4,7 (m); H = 14,1 (m); h1 = h2 = 0,47 (m);

Các tank bia thành phẩm đƣợc chế tạo bằng thép dày 5 mm, chiều dầy lớp áo lạnh là

20 mm. chiều dày lớp bảo ôn polyurethane là :δ = 150 mm. vậy Dng =5,01 (m).



CHƢƠNG V : TÍNH NĂNG SUẤT LẠNH CỦA NHÀ MÁY BIA NĂNG SUẤT

50 TRIỆU LÍT/NĂM.

Tính cân bằng lạnh của nhà máy

+ Để sản xuất đƣợc sản phẩm bia chai ta cần 7 ngày lên men chính ở nhiệt độ 80C và

14 ngày lên men phụ ở 10C .

+ Làm lạnh nhanh bằng nƣớc công nghệ 20C.

+ Hệ thống lạnh dùng để làm lạnh glycol xuống (-50C) rồi đƣa glycol đến các áo lạnh

và các thiết bị trao đổi nhiệt để sản xuất nƣớc 20C làm lạnh nhanh dịch bia cũng nhƣ

sản xuất nƣớc bài khí.

+ Các tank lên men có thể tích : V = 264 m3

+ Hệ thống nồi nấu sản xuất đƣợc 44725 lít dịch hèm/ mẻ.

+ Công suất lạnh tính theo :

Q = QI + QII + QIII + QIV + QV

Với :

QI : là lƣợng nhiệt lạnh cần cấp cho thiết bị lạnh nhanh.

QII : là lƣợng lạnh cần cấp cho khu lên men.

QIII : là lƣợng lạnh cần cấp cho thiết bị nhân men.

QIV : là lƣợng lạnh cần cấp cho phân xƣởng hoàn thiện và tàng trữ bia.

QV : là lƣợng lạnh cần cấp cho các thiết bị khác.

V.1 Tính nhiệt lƣợng QI.

Nhƣ đã tính ở trên ta có lƣợng dịch đƣờng đi lên men ứng với một mẻ nấu bia

chai 44725 lít, có nồng độ chất khô 12˚Bx có khối lƣợng riêng 1,048 kg/l.

Khối lƣợng dịch đƣờng đƣa đi lên men: m1 = 44725.1,048 = 46872 (kg).

Dịch đƣờng sau lắng xoáy có nhiệt độ khoảng 90˚C cần đƣợc làm lạnh

nhanh xuống nhiệt độ lên men là 8˚C, Δt1 = 82˚C. Ở điều kiện này ta lấy

thông số trung bình:


.độ-1

)


.độ-1

)

+ Độ ẩm của khối dịch là : 88%.



+ Nhiệt dung riêng của khối dịch là : C =

.Cn +

.Ct

Vậy : C =

.4,173 +

.1,314 = 3,83 (kJ.kg

-1.độ

-1).

+ Lƣợng nhiệt tỏa ra từ dịch đƣờng trong 1 mẻ đem đi lạnh nhanh là :

Qdd = 46872.3,83.(90-8) 14720620 kJ/mẻ.

Chất tải nhiệt là nƣớc có nhiệt độ 20C sẽ đƣợc đun nóng lên đến 75

0C, t = 73

0C.

Ở điều kiện này ta lấy nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc:

C2 = 4,173(kJ.kg-1

.độ-1

).

Khi đó lƣợng nƣớc 20C cần dùng là :

m2 =

=

= 48323 (kg/mẻ).

+ Nƣớc ban đầu có nhiệt độ 25˚C đƣợc làm lạnh xuống 2˚C, Δt = 23˚C. Ở điều

kiện này nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc là: C = 4,185(kJ.kg-1

.độ-1

).

+ Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nƣớc ứng với một mẻ nấu là:

Q = m2.C2.Δt = 48323.4,185.23 = 4651330,5 (kJ).

Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nƣớc ứng với 1 ngày nấu là:

Qn = 5.Q = 5.5662489 = 23 256 652,5 (kJ/ngày).

Vậy nhiệt lạnh QI =

.

=

.

= 231548 (kcal/h)

V.2 Tính nhiệt lƣợng QII.

V.2.1 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính.

Phản ứng chính xảy ra trong quá trình lên men:

Phản ứng chính xảy ra trong quá trình lên men:

C6H12O6 + H2O → 2C2H5OH + CO2 + Q

180g 18g 92g 44g 37,3 kcal

Nhiệt lƣợng toả ra khi lên men 1kg đƣờng glucozo là:

q =

= 207,22 ( kcal).

+ Lƣợng dịch hèm đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là: 223760 lít.

+ Dịch đƣờng đi lên men có nồng độ chất khô là 12˚Bx, có khối lƣợng riêng

1,048 kg/l.



+ Khối lƣợng dịch đƣờng đƣa đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là:

m = 223760.1,048 = 234500,48 (kg).

+ Trung bình mỗi ngày lên men nồng độ chất khô của dịch giảm 1,5˚Bx, tức là

một ngày ứng với 1tank lên men lƣợng chất khô chuyển hoá là:

G =

.234500,48 3517,5 (kg).

+ Coi chất khô chuyển hoá ở đây là đƣờng glucozo thì nhiệt lƣợng toả ra ứng

với một tank trong một ngày ở giai đoạn lên men chính là:

Q = G.q = 3517,5.207,22 = 728896,35 kcal/ngày.

+ Thời gian lên men chính là 7 ngày, nên có ngày cả 7 tank đều lên men ở giai đoạn

lên men chính. Vậy lƣợng lạnh tối đa trong một ngày là :

QIIC = Q.7 = 728896,35.7 = 5102274,45 (kcal/ngày). = 212595 kcal/h.

Tính lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu.

Nhƣ đã tính ở trên ta có thể tích tank lên men V = 264 m3

; D = 4,7 (m) ta có : H =

14,1 (m); h2 = 0,7 (m) ; h1 = 4 (m);

Chọn chiều dày lớp cách nhiệt polyurethane δ = 150 mm.



Hình 3 : Tank 264 m3

Xác định diện tích vách cách nhiệt :

Diện tích hình trụ :

F1 = .(D+2.δ).H = 3,14.(4,7+2.0,15).14,1 = 221,37 m2.

Diện tích chỏm elip ( ta tính gần đúng nhƣ diện tích hình trụ).

F2 = π.(D+ 2δ).h2 = 3,14.(4,7 +2.0,15).0,7 = 11 m2

Diện tích phần đáy nón :

F3 = π.(D + 2.δ).l = π.(D + 2.δ).

= 3,14.(4,7 + 2.0,15).

= 72,5 m

2.

Diện tích tổng cộng :

F = F1 + F2 + F3 = 221,37 + 11 + 72,5 = 304,87 m2.

Diện tích phần áo lạnh :

Diện tích áo lạnh hình trụ :



F1’ = 2.(π.D.ha) = 2.(3,14.4,7.6,5) =191,85 m

2.

Diện tích áo lạnh phần đáy nón:

F2’ =

.F3 =

.72,5 = 36,25 m

2 .

Tổng diện tích áo lạnh là :

Flạnh = F1’ + F2

’ = 191,85 + 36,25 = 228,1 m

2.

Xác định hệ số truyền nhiệt k.

Bề dày tank δ = 5 mm, Dtank = 4,7 m.

=

2

Do đó ta tính truyền nhiệt vỏ ngoài nhƣ là đối với vách phẳng.

k =

∑

Với:

α1 = 23,3 W/m2.K là hệ số tỏa nhiệt ra ngoài không khí.

δ = 0,15 m là chiều dày lớp cách nhiệt.

λ = 0,047 W/m.K là hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt.

Các lớp bọc tôn inox có δ và hệ số dẫn nhiệt λ rất lớn nên có thể bỏ qua.

α2 phần có dịch bia lạnh công suất lớn nên coi nhƣ

0.

k =

= 0,309 ( W/m2.K).

+ Tổn thất nhiệt trong thời kỳ lên men chính là :

Nhiệt độ lên men chính là 80C trong khi nhiệt độ không khí ngoài trời là 38

0C.

Chọn nhiệt độ glycol vào là -50C , nhiệt độ glycol ra là 1

0C vậy nhiệt độ trung bình

của glycol là : ttb = -20C.

QII1 = Q11 + Q12

Trong đó :

Q11 : là lƣợng tổn thất nhiệt qua thành áo.



Q21 : là lƣợng nhiệt tổn thất qua bao che còn lại.

Ta có :

Q11 = k.Flạnh.∆t1 = 0,309.228,1.(38-(-2)) = 2819,3 (W) = 2425,5 (kcal/h).

Q12 = k.(F-Flạnh). ∆t2 = 0,309.(304,87 – 228,1).(38-8) = 711,5 (W) = 612 (kcal/h).

Vậy : QII1 = 2425,5 + 612 = 3037,5 (kcal/h).

Có 7 tank lên men chính, vậy nhiệt lƣợng lạnh cần cung cấp là

QIICtt = 7.QII1 = 7.3037,5 = 21262,5 ( kcal/h).

Vậy nhiệt lƣợng cần cung cấp cho quá trình lên men chính là :

QLMC = QIIC + QIICtt = 212595 + 21262,5 = 233857,5 kcal/h.

V.2.2 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn hạ nhiệt độ dịch.

Khi kết thúc lên men chính bia non có nồng độ chất khô 3˚Bx đƣợc hạ nhiệt

độ từ 8˚C xuống 4˚C thực hiện quá trình xả nấm men kết lắng, sau đó tiếp tục

hạ nhiệt độ khối dịch xuống 2˚C và thực hiện quá trình lên men phụ, Δt = 6˚C.

Ở điều kiện này ta lấy thông số trung bình:


.độ-1

)


.độ-1

).

+ Nhiệt dung riêng của dịch: C = 0,97Cn + 0,03Ct = 4,130(kJ.kg-1

.độ-1

).

+ Thể tích bia non ứng với 1 tank lên men: 212560 lít. Bia có nồng độ chất khô

3˚Bx, có khối lƣợng riêng 1,012(kg/l). Khối lƣợng dịch cần làm lạnh:

G = 212560.1,012 = 215110,72 (kg).

+ Giai đoạn này tổn thất lạnh ra môi trƣờng khoảng 5%. Tổng lƣợng nhiệt lạnh

cần cung cấp:

Q =

=

5610993 (kJ) =1340739 kcal.

Giả sử thời gian để hạ nhiệt là : 24h

Ta thấy 1 ngày có tối đa 1 tank cần hạ nhiệt, nên nhiệt lƣợng cung cấp cho hạ nhiệt là

:

Qhạ nhiệt =

=

= 55864 (kcal/h).



V.2.3 Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men phụ.

Sau quá trình lên men chính, bia non có hàm lƣợng chất khô khoảng 30Bx,

khối lƣợng riêng d = 1,012 (kg/lít).

Nhiệt dung riêng của bia non là : C = 0,98 (kcal/kg.độ)

Trung bình 1 lít bia non tổn hao 1kJ trong ngày, thể tích bia non ứng với 1

tank lên men là : 212560 lít.

Vậy lƣợng lạnh cấp cho một thùng lên men ở giai đoạn lên men phụ một ngày

là :

QP = 212560.

= 50791 kcal/ngày.

Một ngày có thể có đến 14 tank lên men ở giai đoạn lên men phụ nên :

Q1P = 50791.14 = 711074 (kcal/ngày) = 29628 (kcal/h).

+ Tổn thất nhiệt trong thời kỳ lên men phụ là :

Nhiệt độ lên men phụ là 20C trong khi nhiệt độ không khí ngoài trời là 38

0C.

QII2 = Q21 + Q22

Trong đó :

Q21 : là lƣợng tổn thất nhiệt qua thành áo.

Q22 : là lƣợng nhiệt tổn thất qua bao che còn lại.

Ta có :

Q21 = Q11 = 2425,5 (kcal/h) do nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra của chất tải lạnh

glycol là không đổi ở 2 quá trình lên men.

Q22 = k.(F-Flạnh). ∆t2 = 0,309.( 304,87 – 228,1).(38-2) = 854 (W) = 734,5 kcal/h.

Vậy QII2 = Q21 + Q22 =2425,5 + 734,5 = 3160 (kcal/h).

Một ngày có thể có đến 14 tank lên men ở giai đoạn lên men phụ nên :

QII2P = 14. QII2 = 14.3160 = 44240 (kcal/h).

+ Vậy lƣợng lạnh cấp cho quá trình lên men phụ là :

QLMP = Q1P + QII2P = 29628 + 44240 = 73868 (kcal/h).



Vậy lƣợng lạnh lớn nhất cần cung cấp cho các tank lên men trong một giờ là :

QII = QLmen = QLMC + QLMP + QHạ nhiệt = 233857,5 + 73868 + 55864

= 363589,5 (kcal/h).

V.3 Tính nhiệt lƣợng QIII

* Rửa men:

Lƣợng nƣớc rửa sữa men kết lắng ứng với 1 tank lên men có thể tích bằng 3

lần thể tích sữa men kết lắng ứng với một tank lên men

Vn = 3 × 4,48 = 13,44 (m3), hay Gn = 13440 (kg)

Nƣớc ban đầu vào có nhiệt độ 25˚C, để thực hiện quá trình rửa men kết lắng

nƣớc cần đƣợc làm lạnh xuống 2˚C, Δtn = 23˚C. Ở điều kiện này nhiệt

dung riêng trung bình của nƣớc là: Cn = 4,185(kJ.kg-1

.độ-1

).

+ Nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh nƣớc là:

Q = Gn × Cn × Δtn = 13440 × 4,185 × 23 = 1293667,2 (kJ).

+ Giả sử thời gian rửa men là 24 h suy ra nhiệt lƣợng cần cung cấp tối đa cho quá

trình rửa men là :

Qrửa men = 12880 kcal/h.

+Lƣợng men kết lắng ứng với 1 tank lên men là : 4480 lít có thể tái sử dụng

đƣợc khoảng 2240 lít. Khí hoạt hóa sẽ cho 10000 lít có thể cấp để lên men dịch

đƣờng trong các tank lên men.

*Bảo quản men:

Men sữa sau rửa, kiểm tra hoạt lực cần đƣợc bảo quản lạnh ở nhiệt độ 0 –

2˚C. Thực hiện bảo quản ngay trong thùng rửa men, tổn thất lạnh trong quá

trình bảo quản là:

Qtt = K × F × Δt (kJ/h)

K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2(kJ.m-2

.độ-1

.h-1

)

Nhiệt độ không khí bên trong phân xƣởng chứa thiết bị rửa men tng = 32˚C

Nhiệt độ bảo quản men sữa tbq = 1˚C.

Δt = tng – tbq= 31˚C.

F: Diện tích truyền nhiệt (m2).

Coi tổn thất lạnh chủ yếu ở thân trụ của thùng thì:



F = π × Dng × H = 3,14. 1,97.(2,4 + 0,75) = 19,5 (m2).

Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2 × 19,5 × 31 = 725,4 (kJ/h).

Vậy lƣợng nhiệt cần để bảo quan men là :

Qbảo quản = Qtt = 725,4 (kJ/h) = 173,3 (kcal/h)

*Hoạt hoá men:

Men sữa trƣớc khi tái sử dụng đƣợc hoà trộn với lƣợng dịch đƣờng có thể tích

gấp 4 lần thể tích men sữa và để nhiệt độ tăng từ từ tới gần nhiệt độ lên men

8˚C. Trong quá trình hoạt hoá độ cồn của dịch tăng lên tới khoảng 0,3%.

Thể tích dịch men sữa đã hoạt hoá bằng 1/100 thể tích dịch ứng với 1 tank lên

men: 2240 lít. Coi tỷ khối của dịch bằng 1. Khối lƣợng cồn đƣợc tạo ra là:

0,003 × 2240 = 6,72 (kg).

Tƣơng ứng với lƣợng cồn tạo thành, nhiệt lƣợng toả ra là:

Q =

.6720 = 1362 (kcal).

Thời gian hoạt hóa men là 6h nên nhiệt lƣợng tỏa ra trong vòng 1 giờ sẽ là :

Qtr =

= 227 (kcal/h).

Tổn thất lạnh trong quá trình hoạt hoá:

Qtt = K × F × Δt (kJ/h).


.độ-1

.h-1

).

Nhiệt độ không khí bên ngoài tng = 32˚C.

Nhiệt độ men hoạt hoá ttr = 8˚C.

Δt = tng – ttr = 24˚C


Coi tổn thất lạnh chủ yếu ở phần thân trụ của thiết bị thì:

F = π × Dng × H = 3,14.1,97.(2,4+0,75) = 19,5 m2.

Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.19,5.24 = 561,6 (kJ/h) = 134,2 (kcal/h).

Suy ra, lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp trong quá trình hoạt hóa men là :

Qhoạt hóa = Qtr + Qtt = 227 + 134,2 = 361,2 (kcal/h).



Lƣợng nhiệt lạnh lớn nhất cần cấp trong một giờ để tái sử dụng men kết

lắng là:

Qmen sữa KL = Qrửa men + Qbảo quản + Qhoạt hoá

= 12880 + 173,3 + 361,2 = 13414,5 (kcal/h).

Lượng nhiệt lạnh cần cấp để nhân men.

+ Nhân men cấp II.

Lƣợng dịch đƣờng sử dụng để nhân men cấp II bằng 1/10 lƣợng dịch lên men,

tức có thể tích 22400 lít. Dịch đƣờng sử dụng để nhân men có nồng độ chất chiết

12˚Bx, có khối lƣợng riêng 1,048kg/l. Khối lƣợng dịch đƣờng dùng để nhân giống cấp

II là:

mđƣờng = 1,048.22400 = 23475,2 (kg).

Lƣợng chất khô có trong dịch đƣờng nhân men cấp II là:

mck = 0,12.23475,2 2817 (kg).

Trong đó có 80% chất chiết là đƣờng có khả năng lên men. Do đó lƣợng đƣờng

lên men là : m = 0,8.2817 = 2253,6 (kg).

Coi chất khô chuyển hoá là đƣờng glucozo, 1 kg đƣờng glucozo lên men toả ra

nhiệt lƣợng 207,2 kcal.

Vậy nhiệt lƣợng toả ra là: Q = 207,2.1690 = 350168 (kcal).

Thời gian nhân men giống cấp II là 24h nên nhiệt lƣơng tỏa ra trong 1 giờ là :

Q2 =

= 14590,3 (kcal/h).

Tổn thất lạnh:


Trong đó :

K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2 (kJ.m-2

.độ-1

.h-1

)

Nhiệt độ không khí bên ngoài tng = 32˚C

Nhiệt độ nhân men sản xuất ttr = 12˚C

Δt = tng – ttr = 20˚C.



F = π × Dng × H = 3,14.3.(2,8 + 0,72) = 33,2 (m2).



Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.33,2.20 = 796,8 (kJ/h).

Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để nhân men cấp II là:

QNMcấp II = Q2 + Qtt = 14590,3 + 796,8 = 15387,1 (kcal/h).

+ Nhân men cấp I:

Thể tích dịch nhân men cấp I bằng 1/3 thể tích dịch nhân men cấp II, tức là có

thể tích: 7,47 m3. cũng nhân men ở 12˚C và sử dụng dịch đƣờng có nồng độ chất chiết

12˚Bx. Khối lƣợng dịch đƣờng dùng để nhân giống cấp I là:

mđƣờng = 1,048.7470 = 7828,56 (kg).

Lƣợng chất khô có trong dịch đƣờng nhân men cấp I là:

mck = 0,12.7828,56 939,4 (kg).

Trong đó có 80% chất chiết là đƣờng có khả năng lên men. Do đó lƣợng đƣờng

lên men là : m = 0,8.939,4 = 751,5 (kg).

Coi chất khô chuyển hoá là đƣờng glucozo, 1 kg đƣờng glucozo lên men toả ra

nhiệt lƣợng 207,2 kcal.

Vậy nhiệt lƣợng toả ra là: Q = 207,2.751,5 = 155719,5 (kcal).

Thời gian nhân men giống cấp I là 24h nên nhiệt lƣơng tỏa ra trong 1 giờ là :

Q1 =

= 6488,3 (kcal/h).

Tổn thất lạnh:


Trong đó :

K là hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2 (kJ.m-2

.độ-1

.h-1

)


Nhiệt độ nhân men sản xuất ttr = 12˚C

Δt = tng – ttr = 20˚C.



F = π × Dng × H = 3,14.2,2.(2+0,51) = 17,3 m2.

Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.17,3.20 = 415,2 (kJ/h) = 99,2 (kcal/h).



Vậy lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để nhân men cấp I là:

QNM cấp I = Q2 + Qtt = 6488,3 + 99,2 = 6587,5 (kcal/h).

Lƣợng nhiệt lạnh lớn nhất cần cấp để thực hiện quá trình nhân men là :

Qnhân men = QNM cấp II + QNM cấp I = 15387,1 + 6587,5 = 21974,6 (kcal/h).

Men sữa có thể tái sử dụng 7 lần, tức là để thực hiện 8 chu kì lên men chỉ

cần nhân men cho 1 chu kì đầu còn tái sử dụng men kết lắng trong 7 chu kì

sau. Mặt khác ta có Qnhân men > Qmen sữa KL. Do đó lƣợng nhiệt lạnh lớn nhất cần

cung cấp trong một ngày để cấp men giống là:

QIII = Qcấp men = Qnhân men = 21974,6 (kcal/h).

V.4 Tính nhiệt lƣợng QIV

* Nhiệt lượng cần cho phân xưởng hoàn thiện sản phẩm.

Bia sau lên men có nhiệt độ 2˚C đƣợc làm lạnh xuống –1˚C trƣớc khi thực

hiện quá trình lọc trong bia, Δt = 3˚C. Ở điều kiện này ta lấy nhiệt dung riêng

trung bình của nƣớc và chất tan quy theo đƣờng tan là:

Cn = 4,190(kJ.kg-1

.độ-1

), Ct = 1,672(kJ.kg-1

.độ-1

).

Bia sau lên men có nồng độ chất khô là 2,5˚Bx. Nhiệt dung riêng của bia:

C = 0,975Cn + 0,025Ct = 4,127(kJ.kg-1

.độ-1

).

Lƣợng bia sau lên men ứng với 1 tank len men là : 212560 lít.

+ Sau quá trình lên men chính, bia non có hàm lƣợng chất khô khoảng 2,50Bx, khối

lƣợng riêng d = 1,01 (kg/lít).

+ Khối lƣợng bia tƣơi là : m = 212560.1,01 214686 (kg).

Lƣợng nhiệt lạnh cần cung cấp để hạ nhiệt độ bia trong 1 tank lên men là :

Q = m.C.∆t = 214686 .4,127.3 = 2658027,5 (kJ).

Thời gian hạ nhiệt độ dịch bia 24 h

Q1 =

= 110751 (kJ/h) = 26464 (kcal/h).

*Nhiệt lượng tổn thất ở các tank thành phẩm.

+ Bia sau lọc nhiệt độ sẽ tăng lên đến khoảng 1 – 2˚C, sẽ đƣợc tàng trữ trong 4

thùng chứa có vỏ áo lạnh và bảo ôn để giữ ở nhiệt độ 1 – 2˚C. Tổn thất lạnh trong quá

trình này là:





.độ-1

.h-1

).


Nhiệt độ bia tàng trữ ttr = 1 ˚C

Δt = tng – ttr = 37˚C

F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2)

Coi tổn thất nhiệt chủ yếu ở thân trụ của các thùng tàng trữ thì:

F = π × Dng × H = 3,14.5,01.14,1 222 (m2).

Suy ra: Qtt = K × F × Δt = 1,2.222.37 = 9857 (kJ/h).

Tổn thất lạnh trong 1 ngày ở cả 4 thùng tàng trữ là:

Q2 = 4 × Qtt = 4.9857 = 39428 (kJ/h) = 9421 (kcal/h).

Vậy nhiệt lƣợng QIV = Q1 + Q2 = 26464 + 9421 = 35885 (kcal/h).

V.5 Tính nhiệt lƣợng QV

V.5.1 Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng nước 20C.

Nhƣ đã tính toán thiết bị ở trên, thùng nƣớc 20C có kích thƣớc nhƣ sau :

Thể tích thùng là V = 60 m3.

Đƣờng kính trong : D = 4 m.

Đƣờng kính ngoài : 4,2 m. bảo ôn bằng polyurethane δ = 100 mm.

Chiều cao thùng : H = 4,8 m.

Chọn chiều cao đỉnh là : h = 0.6 m. thành thùng dày s = 3 mm

+ Diện tích hình trụ là :

Ftrụ = π.Dng.H = 3,14.4,2.4,8 = 63,3 m2.

+ Diện tích đáy là :

Fđáy = π.

=3,14.

= 13,8 (m

2).

+ Diện tích đỉnh thùng là :

Fđỉnh = 0,5.π.Dng.l = 0,5.π.Dng.

= 0,5.3,14.4,2.

= 15,3 (m

2).

Vậy diện tích tổng cộng là :



Ftổng = Ftrụ + Fđáy + Fđỉnh = 63,2 + 13,8 + 15,3 = 92,3 (m2).

Hình 3 : Tank chứa nước lạnh.

Hệ số k = 0,309 W.m-2

.độ-1

, Nhiệt độ không khí nơi đặt thùng nƣớc 20C là 32

0C nên

∆t = 300C.

Tổn thất cho thùng nƣớc 20C là :

QV1 = k.Ftổng.∆t = 0,309.92,3.30 = 856 (W) 736 (kcal/h).

V.5.2 Tổn thất lạnh qua bình bay hơi tách lỏng.

Hiện tại bình bay hơi chƣa thiết kế nên không tính đƣợc tổn thất. Nhƣng theo kinh

nghiệm thì lƣợng tổn thất khoảng :

QV2 = 1500 (W) = 1290 (kcal/h)

V.5.3 Nhiệt tổn thất qua vách cách nhiệt thùng glycol.

Nƣớc glycol đƣợc làm lạnh xuống nhiệt độ khoảng - 5 0C đƣợc chứa trong thùng

glycol cấp từ đây nƣớc glycol đƣợc đƣa đi để làm lạnh các bộ phận, nƣớc glycol sau

cấp lạnh nhiệt độ tăng lên khoảng 10C đƣợc chứa trong bình glycol hồi lại đƣợc đƣa

qua hệ thống làm lạnh để trở thành nƣớc glycol lạnh, Δt = 6˚C. Ở

điều kiện này lấy thông số trung bình của nƣớc glycol 33% là:

+ Nhiệt dung riêng: C = 3,76 (kJ.kg-1

.độ-1

)

+ Khối lƣợng riêng: d = 1062 (kg/m3).



Lƣợng nƣớc glycol cần cấp tƣơng ứng với một ngày là:

Gnƣớc glycol =

+Do lƣợng lạnh tổng cộng chƣa tính toán đƣợc nên ta sẽ tính lƣợng glycol theo lƣợng

lạnh đã tính toán để ƣớc chừng lƣu lƣợng glycol để tính toán thiết kế bình cấp và bình

hồi glycol cho hợp lý.

Q = QI + QII + QIII + QIV + QV1 + QV2

= 231548 + 363589,5 + 21974,6 + 35885 + 736 + 1290

= 655023,1 kcal/h.

Lƣợng nƣớc glycol cần cấp tƣơng ứng với một giờ là:

Gnƣớc glycol =

= 121510 (kg).

Thể tích nƣớc glycol tuần hoàn trong một giờ là:

Vnƣớc glycol =

=

= 114,4 (m

3/h).

Sử dụng 2 thùng chứa nƣớc glycol, 1 thùng nƣớc glycol cấp và 1 thùng nƣớc

glycol hồi mỗi thùng có thể tích khoảng 60 m3. Sử dụng thùng chứa nƣớc

glycol thân trụ đƣờng kính D cao H = 3D, đáy cầu nhô ra h1 = 0,15D, nắp cầu

nhô lên h2 = 0,15D, thể tích thùng:

V =

.H + 2.

.(1,5.D – h1) =

.3D + 2.

( )

.(1,5.D – 0,15.D)

= 2,42.D3 = 60

D = 2,92 (m)

Hiệu chỉnh : D = 3 m ; H = 9 m; h1 = 0,45 m; h2 = 0,45 m.

+ Thùng có vỏ cách nhiệt dày 100mm, đƣờng kính ngoài của thùng: Dng = 3,2 m.

Xác định hệ số truyền nhiệt k.

Bề dày tank δ = 3 mm, Dtank = 3,2 m.

=

2

Do đó ta tính truyền nhiệt vỏ ngoài nhƣ là đối với vách phẳng.

k =

∑

Với:



α1 = 23,3 W/m2.K là hệ số tỏa nhiệt ra ngoài không khí.

δ = 0,1 m là chiều dày lớp cách nhiệt.

λ = 0,047 W/m.K là hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt.

Các lớp bọc tôn có δ và hệ số dẫn nhiệt λ rất lớn nên có thể bỏ qua.

α2 phần có dịch glycol lạnh công suất lớn nên coi nhƣ

0.

k =

= 0,46 ( W/m2.K).

+ Thùng glycol cấp có nhiệt độ không khí nơi đặt thùng là : 320C , nhiệt độ glycol

trong thùng là -50C nên ∆t = 37

0C.

Diện tích vách trụ là : F = π.D.H = 3,14.3,2.9 90,5m2.

Coi tổn thất chủ yêu ở thân hình trụ, ta có lƣợng nhiệt lạnh tổn thất qua vách trụ thùng

chứa glycol là :

Qglycol1 = k.F.∆t = 0,46.90,5.37 = 1540 W = 1325 (kcal/h).

+ Thùng glycol cấp có nhiệt độ không khí nơi đặt thùng là : 320C , nhiệt độ glycol

trong thùng là 10C nên ∆t = 31

0C.

Qglycol2 = k.F.∆t = 0,46.90,5.31 = 1291 W = 1111 (kcal/h).

Vậy tổng lƣợng lạnh tổn thất qua vách của thùng glycol là :

QV3 = Qglycol1 + Qglycol2 = 1325 + 1111 = 2436 (kcal/h).

Vậy QV = QV1 + QV2 + QV3 = 736 + 1290 + 2436 = 4462 (kcal/h).

Tổng lƣợng nhiệt lạnh lớn nhất cần cung cấp một giờ cho hệ thống sản xuất

chính là :

Q = QI + QII + QIII + QIV + QV

= 231548 + 363589,5 + 21974,6 + 35885 + 4462

= 657459,1 (kcal/h).

+ Tổn hao lạnh trên hệ thống đƣờng ống vận chuyển lƣu thể và do vận hành và các

thiết bị khác chƣa tính đến , khoảng 5% tổng lƣợng nhiệt lạnh tiêu thụ cho hệ thống

sản xuất chính của nhà máy. Tổng lƣợng nhiệt lạnh tiêu thụ cho hệ thống sản xuất

chính của nhà máy một giờ :



Qlạnh =

=

692063 (kcal/h) = 805 kW.

Để đảm bảo sự an toàn của nhà máy cần có công suất dự phòng, ta chọn hệ số an toàn

1,2.

Vậy Q0 = Qlạnh.1,2 = 805.1,2 = 966 kW.

Lấy Q0 = 1000 kW.



CHƢƠNG VI : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH

VI.1 Thiết kế chu trình lạnh và chọn máy nén.

Theo tính toán ở chƣơng trƣớc ta có năng suất lạnh Q0 = 1000 kW. Ở đây ta chọn tác

nhân lạnh là : NH3 hay còn gọi là R717. Chất tải lạnh ở đây là glycol nồng độ 26% .

- Nhiệt độ glycol cần tạo ra là : tg = -50C.

- Chọn nhiệt độ bay hơi t0 của tác nhân nhƣ sau :

t0 = tg – ( 7 10) 0C

t0 = -5 – 7 = -120C.

- Nhà máy bia đƣợc đặt tại Hà Nội có nhiệt độ trung bình : t1 = 37,50C; độ ẩm 1

= 80%. Nhiệt độ ƣớt kế tƣ = 330C. ( Tra đồ thị i-d).

- Nhiệt độ nƣớc tuần hoàn trong tháp là : tw = tƣ + (2 5)0C chọn tw = 36

0C.

- Nhiệt độ ngƣng tụ là : tN = tw + (4 8)0C. Chọn tN = 40

0C.

Tra phụ lục 2 sách Máy lạnh và điều hòa không khí- Nguyễn Văn May ta có:

t0 = -120C => P0 = 2,732 kG/cm

2.

tN = 400C => PN = 15,850 kG/cm

2.

Π =

=

= 5,8 8 nên chọn hệ thống lạnh 1 cấp.

Đồ thị logp-i nhƣ hình vẽ :

+ Ở điều kiện tiêu chuẩn ta có :

i1 = 415,77 kcal/kg.

i2 = 477,89 kcal/kg.

i3 = i4 = 163,92 kcal/kg.

Thể tích hơi hút vào máy nén : v = 0,45 m3/kg.

+ Xác định năng suất lạnh riêng q0 :

q0 = i1 – i4 = 415,77 – 163,92 = 251,85 kcal/kg.



+ Công nén riêng lý thuyết Alt :

Alt = i2 –i1 = 477,89 – 415,77 = 62,12 kcal/kg.

+ Xác định năng suất lạnh Q0 :

Q0 = q0.Gtn kcal/h.

Gtn =

=

.

= 3416 (kg/h).

+ Thể tích hút thực tế :

Vh = Gtn.v = 3416.0,45 = 1557,45 m3/h.

+ Hệ số cấp nén λ.

Dựa vào đồ thị 3-2 Sách “ Máy lạnh và điều hòa không khí” – Nguyễn Văn May:

Với Π = 5,8 thì λ = 0,64 .

+ Thể tích hút lý thuyết :

Vlt =

=

= 2360 m

3/h.

+ Chọn máy nén có ký hiệu N12WB có thế tích quét V = 954,3 m3/h.

+ Số lƣợng máy nén là ZMN =

=

= 2,47

Chọn số máy nén là 3 máy.

+ Xác định công nén lý thuyết Nlt :

Nlt = Alt.Gtn = 62,12.3416.

= 247 kW.

+ Xác định nhiệt ngƣng tụ riêng :

qN = i2 –i3 = 477,89 – 163,92 = 313,97 kcal/kg.

+ Xác định nhiệt lƣợng do Gtn ngƣng tụ thải ra :

QN = qN.Gtn = 313,97.3416 = 1072521,52 kcal/h. =1247 kW.



+ Xác định hệ số lạnh lý thuyết :

ξlt =

=

= 4,05

+ Xác định hệ số hiệu dụng của chu trình :

η =

=

= 0,807

Trong đó =

=

=5,02.

Trong quá trình làm lạnh nhƣ đã tính ở trên ta tính năng suất lạnh của nhà máy đối

với ngày làm việc với công suất lớn nhất, tuy nhiên trong thực tế có ngày năng suất

lạnh của nhà máy chƣa đến một nửa năng suất lạnh lớn nhất. Vì thế ta cần thiết kế hệ

thống lạnh điều chỉnh đƣợc công suất một cách tự động để phù hợp với biến động của

nguồn nhiệt lạnh cần cung cấp. Khi công suất nhiệt lớn thì lƣợng tác nhân lạnh bay

hơi trong thiết bị bay hơi sẽ sẽ nhiều dẫn tới công suất lạnh công suất hút và nén hơi

của máy nén phải tăng lên và ngƣợc lại. Nhƣ vậy, điều chỉnh công suất lạnh của hệ

của hệ thống lạnh phải lắp nhiều máy nén làm việc song song. Trong kỹ thuật nói

chúng tham số điều khiển thƣờng là nhiệt độ của môi trƣờng cần làm lạnh( glycol).

Tham số điều khiển đƣợc phép dao động trong một khoảng nhất định, theo yêu cầu

với tham số điều khiển là nhiệt độ thì khoảng biến thiên là ∆t. Tùy thuộc vào số lƣợng

máy nén lắp song song mà ∆t đƣợc chia thành các khoảng nhỏ hơn :

∆t1 = ∆t2 =∆t3 =

( Do ở hệ thống này sử dung 3 máy nén lắp song song).

Hình là đồ thị chỉnh định rowle nhiệt cả ba máy nén.

Quá trình tự điều khiển diễn ra nhƣ sau :

Khi nhiệt độ của chất tải lạnh tăng lên và đạt giá trị biên trên của ∆t1 thì cả ba máy

nén đều chạy, công suất lạnh đạt mức cao nhất, đáp ứng công suất nhiệt lớn nhất mà

môi trƣờng cần lám lạnh truyền cho chất tải lạnh. Khi nhiệt độ của chất tải lạnh giảm

xuống và đạt biên dƣới của ∆t1 thì máy nén MN1 dừng. Khi nhiệt độ chất tải lạnh giảm

xuống tiếp và đạt giá trị biên dƣới của ∆t2 thì máy nén MN2 dừng. Khi nhiệt độ chất



tải lạnh giảm xuống đạt giá trị biên dƣới của ∆t3 thì máy nén MN3 dừng nốt, công suất

lạnh của hệ thống bằng không. Sau đó nếu nhiệt độ của chất tải lạnh tăng dần và đạt

giá trị biên biên trên ∆t3, ∆t2, ∆t1, thì lần lƣợt máy nén MN3, MN2, MN1, chạy. Nếu

nhiệt độ chất tải lạnh luôn nằm trong khoảng ∆t3 thì chỉ có máy nén MN3 chạy, nếu

nằm trong khoảng ∆t2 thì cae 2 máy nén MN2 , MN3 chạy.

VI.2 Thiết kế thiết bị ngƣng tụ.

Thiết bị ngƣng tụ NH3 có nhiều loại nhƣ : Bình ngƣng tụ ống vỏ, thiết bị ngƣng tụ

kiểu ống lồng ống, thiết bị ngƣng tụ làm mát bằng nƣớc, thiết bị ngƣng tụ kiểu bay

hơi, thiết bị ngƣng tụ làm mát bằng không khí, thiết bị ngƣng tụ dạng tấm. Mỗi loại

thiết bị đều có những ƣu nhƣợc điểm riêng, ta có thể chọn một trong các kiểu thiết bị

trên làm thiết bị ngƣng tụ cho nhà máy. Tuy nhiên khi xét đến hiệu quả kinh tế, ta

chọn thiết bị ngƣng tụ kiểu bay hơi làm thiết bị ngƣng tụ cho nhà máy.

+ Khi sử dụng thiết bị ngƣng tụ kiểu bay hởi chúng ta tiết kiệm đƣợc lƣợng nƣớc và

giảm đƣợc lƣợng điện tiêu thụ.

Nhiệm vụ của ta là đi tính thiết kế dàn ngƣng tụ kiểu bay hơi với:

QN = 1247 kW.

Môi chất lạnh sử dụng là NH3.

Tính toán :

VI.2.1 : Thông số khí hậu tại nơi đặt máy.

+ Nhiệt độ khí hậu tại nơi đặt máy tk = 37,50C ;

+ Độ ẩm φ1 = 76 %.

+ Nhiệt kế bầu ƣớt tƣ = 330C.

VI.2.2 : Nhiệt độ nước tuần hoàn trong tháp.

+ tw = tƣ + (2 5)0C chọn tw = 36

0C.

VI.2.3 : Nhiệt độ ngưng tụ.

+ tN = 400C.



VI.2.4 : Bề mặt trao đổi nhiệt.

Bề mặt ống thép trơn nhẵn , đƣờng kính 32x2,5 mm.

Đƣờng kính ngoài dn = 32mm.

Đƣờng kính trong dt = 27mm

Chiều dày ống : δ = 2,5 mm.

VI.2.5 : Giới hạn làm lạnh.

Giới hạn làm lạnh của không khí là :

+ tgh = tƣ = 330C

VI.2.6 : Lưu lượng không khí qua thiết bị ngưng tụ.

mkk= 3,25.ρkk.QN.10-2

ρkk : là khối lƣợng riêng của không khí ở điều kiện t1 và φ1 xác định theo công thức

ρkk = ( )

( )

Với : d1 là độ chứa ẩm của khí quyển ( vào thiết bị ngƣng tụ), xác định trên đồ thị h-x.

d1 = x1 = 0,0032 kg/kg.

P1 : là áp suất khí quyển ở trạng 1. P1 = 9,8.104 N/m

2

R : là hằng số khí của không khí, lấy R = 287 J/kg.K.

T1 : Nhiệt độ không khí môi trƣờng, T1 = t1 + 273 = 310,5 0K

ρkk = ( )

( ) =

( )

( ) = 1,097 kg/m

3.

Vậy mkk = 3,25.1,097.1247.10-2

= 44,45 (kg/s).

VI.2.7 : Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị.

i2 = i1 +



Tra bảng ta có i1 = 126 kJ/kg.

Vậy :

i2 = i1 +

= 126 +

= 154 kJ/kg.

VI.2.8 : Hệ số tỏa nhiệt phía ngoài.

α 1 = 0,85.9750.m11/3

(W/m2.K).

Trong đó :

m1 : là lƣu lƣợng của nƣớc xối trên 1 mét dài của ống, chọn theo kinh nghiệm m1 =

0,05 kg/m.s

0,85 : là hệ số tƣới không đều.

9750 : là hế số thực nghiệm.

Vậy ta có :

α 1 = 0,85.9750.m11/3

= 0,85.9750.0,051/3

= 3053 (W/m2.K).

VI.2.9 : Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.

Bề mặt trao đổi nhiệt theo diện tích mặt ngoài của ống Fa đƣợc xác định theo

phƣơng pháp tính lặp. Trƣớc hết chọn sơ bộ mật độ dòng nhiệt qa và tìm Fa theo điều

kiện truyền nhiệt từ NH3 đến nƣớc, sau đó xác định các thông số của nƣớc, không khí

và giá trị Fa theo điều kiện truyền nhiệt, truyền chất. Nếu 2 giá trị Fa nhận đƣợc sai

khác nhau quá 5% thì phải chọn lại qa và tính lặp lại.

Các phép tính đƣợc thực hiện cụ thể nhƣ sau :

+ Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía amoniac:

α2 = 9733.q2-0,2

.dt-0,3

(W/m2.K).

Để xác định α2 ta cần chọn sơ bộ dòng nhiệt q2 về phải amoniac có thể xác định nhƣ

sau :

q2 = q1.



Chọn sơ bộ : q1 = 1750 W/m2.

Vậy q2 = 1750.

= 2074 W/m

2.

=> α2 = 9733.q2-0,2

.d2-0,3

= 9733.2074-0,2

.0,027-0,3

= 6244 (W/m2.K).

Hệ số truyền nhiệt k qua vách ống :

Trong đó :

δc =0,6.10-3

m Bề dày lớp cáu cặn.

= 10-3

.(

)

= 1,22.10-3

(m2.K/W).



=

= 566 (W/m2.K).

+ Nhiệt độ nƣớc giải nhiệt trong thiết bị tw đƣợc xác định theo phƣơng trình truyền

nhiệt :

q1 = k.(tN – tw) => tw = tN -

= 40 -

= 37

0C.

+ Entanpy của không khí bão hòa ở nhiệt độ tw đó là entanpy của không khí ở trạng

thái w có tw và φ = 100%, ibh = 160 kJ/kg.

+ Entanpy trung bình của không khí đƣợc xác định theo công thức :

itb =iw -

(kJ/kg).

+ Trong đó : i1 ; i2 là entanpy của không khí trƣớc và sau dàn ngƣng, kJ/kg.

ibh là entanpy của không khí bão hòa ở nhiệt độ trung bình của nƣớc.

vậy ta có : itb = 160 -

= 144 kJ/kg.

Dựa vào phụ lục 6 sách Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – PGS.TSKH Trần Văn

Phú ta có các thông số vật lý của trạng thái không khí tại đây là :

+ Diện tích bề mặt ngoài của dàn ống ngƣng tụ yêu cầu là :

Fa =

=

= 713 m

2.

+ Tính kiểm tra Fa theo điều kiện truyền nhiệt giữa nƣớc vào không khí :



F1 =

.ln

A là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ :

Từ tw = 370C ta tìm đƣợc A = 0,936

β : là hệ số kể đến sự tăng diện tích mặt ngoài của màng nƣớc tạo thành tia và bọt lấy

trong khoảng 1,5 2 ở đây ta chọn β = 1,6.

Δ là hệ số lƣu lƣợng ( hay còn gọi là hệ số bay hơi ) là lƣu lƣợng không khí ứng với 1

m2 bề mặt mạng nƣớc bay hơi đƣa không khí tới trạng thái bão hòa.

δ =

kg/m

2.s

+ Xác định hệ số tỏa nhiệt αkk từ bề mặt ống sole tới không khí, giá trị tiêu chuẩn

Nusselt của trƣờng hợp này là :

Nu = C.Rem

.Prn.εz

+ Để xác đinh tiêu chuẩn Re ta phải xác định vận tốc khí qua dàn ống.

Chọn ωk = 6m/s.

Re =

=

= 11577

Vì 103 Re 2.10

5 nên chọn bƣớc ống theo kiểu ngang (S2) và theo chiều đứng

vuông góc (S1).

=

√ 2 nên hệ số C đƣợc tính theo quan hệ :

C = 0,35.(

)

0,2 = 0,35.(

√ )

0,2 = 0,36.

Các số mũ m = 0,6 ; n = 0,36.



+ Chọn số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí ( phƣơng thẳng đứng )

Z = 50 thì hệ số hiệu chỉnh ảnh hƣởng của số hàng ống Z theo chiều chuyển động của

không khí εz = 0,96. Vậy :

Nu = 0,36.115770,6

.0,6990,36

.0.96 = 83,31

+ Và hệ số tỏa nhiệt về phía không khí :

αkk = Nu.

=83,31.

= 71,49 (W/m

2.K)

+ Hệ số lƣu lƣợng khi đó là :

δ =

= 0,071 (kg/m

2.s)

+ Diện tích bề mặt ngoài dàn ngƣng là :

F1 =

.ln

= 725 m

2

Sai số : ∆F =

=

= 1,68 % 5%, nhƣ vậy có thể chấp nhận đƣợc diện

tích truyền nhiệt Fa = 713 m2.

VI.2.10 : Lượng nước phun.

Lƣợng nƣớc phun đƣợc lựa chọn theo kinh nghiệm, phụ thuộc vào phụ tải nhiệt QN,

theo kinh nghiệm lƣợng nƣớc phun cho mỗi 100kW tải nhiệt là 2,3 kg/s.

Vậy :

mnƣớc phun = 2,3.

28,68 kg/s 103 m

3/h.

VI.2.11 : Lượng nước bay hơi và bị cuốn theo gió.

+ Khối lƣợng nƣớc bay hơi là :

mnƣớc bh = mkk .(x2 – x1)

Dựa vào phụ lục 9 sách Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – PGS.TSKH Trần Văn

Phú ta có :



x1 = 34,5 g/kg K.K

x2 = 44,5 g/kg K.K

mnƣớc bh = 44,45.(44,5-34,5).10-3

= 0,4445 kg/s = 1600 kg/h = 1,6 m3/h.

+ Theo kinh nghiệm lƣợng nƣớc cuốn theo bằng lƣợng nƣớc bay hơi do đó :

mnƣớc cuốn = m nƣớc bh = 1,6 m3/h.

+ Tổng lƣợng nƣớc phải bổ sung là : 3,2 m3/h.

VI.2.12 : Các kích thước cơ bản của tháp ngưng.

+ Tổng chiều dài ống cần có là :

L =

=

= 7096 (m).

+ Số dãy ống đã chọn ở trên là 50, chọn chiều dài một ống nằm ngang là 3 m nên số

ống trong 1 dãy sẽ là :

n =

= 48 ống.

+ Bề rộng tháp :

B = Z.S2 = 50.S2

S2 = (2 2,3)dn, chọn S2 = 2dn. => B = 50.2.d2 = 3,2 (m).

+ Chiều cao của tháp ngƣng :

H = n.S1

Ta có S1 = √

.S2 =√ .dn => H = 48.√ .0,032 = 2,66 (m).

+ Tiết diện tự do để không khí đi qua :

Fkk = l.(B- Z.dn ) = 3.(3,2-50.0,032) =4,8 m2.

+ Tốc độ thực tế của không khí trong tháp :



ωkk =

=

= 8,73 (m/s).

+ Tổng số ống ( mỗi ống có chiều dài 3 m) :

N = n.Z = 48.50 = 2400 (ống).

+ Dàn phun nƣớc :

Diện tích mặt cắt ngang của thiết bị :

S = B.l = 3,2.3 = 9,6 m2

Mật độ mũi phun : 20 mũi/ 1 m2.

Số mũi phun là : N = 20.9,6 = 192.

VI.3 : Thiết kế thiết bị bay hơi.

Thiết bị bay hơi là bình bay hơi ống vỏ nằm ngang kiểu ngập ( có bình tách

lỏng nằm ngang) để làm lạnh chất tải lạnh. Chất tải lạnh là Etylen glycol 35%, Etylen

glycol đƣợc làm lạnh trong bình bay hơi từ nhiệt độ 10C xuống -5

0C sau đó đƣa đến

thùng chứa glycol rồi từ đây glycol đƣợc đƣa đến các hộ tiêu thụ để thực hiện chức

năng làm lạnh.

VI.3.1 : Để tính toán bình bay hởi ống vỏ nằm ngang NH3 làm lạnh etylen glycol

cho công nghệ sản xuất bia ta chọn :

Nhiệt độ glycol vào thiết bị bay hơi : 10C.

Nhiệt độ glyconl ra khỏi thiết bị bay hơi : -50C.

Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh : -120C.

Nhiệt độ chênh lệch của etylen glycol vào và ra : ∆tc = 60C.

VI.3.2 : Hiệu nhiệt độ trung bình logarit :

∆ttb =

= ( ) ( )

= 9,7 K

VI.3.3 : Thông số vật lý của etylen glycol 35% ở nhiệt độ trung bình :

ttb =

=

( )

= -2

0C.



Khối lƣợng riêng : ρ= 1062 kg/m3.

Nhiệt dung riêng : c = 3,76 kJ/kg.K.

Hệ số dẫn nhiệt : λ = 0,46 W/m.K

Độ nhớt động học : υ = 5,6.10-6

m2/s.

Độ nhớt động lực : µ = 5,86.10-3

N.s/m2.

Trị số Prandit : Pr = 42,5.

VI.3.4 : Xác định kích thước cơ bản bề mặt truyền nhiệt bình bay hơi.

Ống chùm là ống thép trơn Dy 25 có kích thƣớc cụ thể :

+ Đƣờng kính ngoài : dn = 32 mm.

+ Đƣờng kính trong : dt = 27,5 mm.

+ Chiều dày : δ = 2,25 mm.

VI.3.5 : Xác định số ống trong một lối.

Chọn sơ bộ tốc độ chất tải lạnh ωc = 1 m/s, từ đó xác định đƣợc số ống trong 1 lối :

n1 =

=

n1 =

= 70,3 (ống)

Chọn số ống n1 = 75 ống, khi đó vận tốc chất tải lạnh là : ωc = 0,94 m/s

VI.3.6 : Xác định chuẩn số reynolds.

Re =

=

= 4616

Vì Re nằm trong vùng 2000 10 000 nên chế độ chảy là quá độ .

VI.3.7 : Xác định tiêu chuẩn Nusselt.

Với chế độ chảy quá độ Nu xác định theo biểu thức:

Nu = 0,021.Re0,8

.Pr0,43

.εqđ



Trong đó : εqđ = 0,94.

Nu = 0,021.Re0,8

.Pr0,43

.εqđ

= 0,021.46160,8

.42,50,43

.0,94

= 85

VI.3.8 : Xác định hế số tỏa nhiệt về phía dung dịch glycol tính theo bề mặt trong

của ống.

α1 =

=

= 1422 W/m

2.K.

VI.3.9 : Xác định mật độ dòng nhiệt về phía chất tải lạnh là dung dịch etylen glycol

theo diện tích bề mặt trong của ống.

qi =

∑

.(ttb – tvách).

Trong đó :

ttb : là nhiệt độ trung bình của glycol.

tvách : là nhiệt độ vách ngoài ống.

Hình 4 : Cơ chế truyền nhiệt.

∑

là tổng nhiệt trở của vách ống và lớp cặn bẩn.

δ1 = 0,06 mm, λ1 = 0,14 W/m.K – Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp dầu bám.



δ2 = 2,25 mm , λ2 = 45,3 W/m.K – Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của vách ống trao đổi

nhiệt.

δ3 = 0,5 mm , λ3 = 2,3 W/m.K – Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của cặn bẩn phía dung

dịch etylen glycol.

Thay vào ta đƣợc :

∑

= (

+

+

).10

-3 = 0,6956.10

-3 (m

2.K/W).

Theo kinh nghiệm đối với bình bay hơi ống vỏ NH3 chọn ∑

= (0,6 0,9).10

-3

Vậy :

qi =

∑

.(ttb – tvách) =

.(-2-tvách) = -715.(2+ tvách) W/m2.

VI.3.10 : Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất NH3 sôi tính theo diện tích bề mặt

trong của ống.

qa = αa.(tvách - t0)

hay :

qa = 580.(tvách - t0)1,667

.

qa = 580.

.(tvách + 12)

1.667

qa = 675.(tvách + 12)1.667

VI.3.11 : Xác định mật độ dòng nhiệt bằng phương pháp đồ thị từ hệ phương trình.

{

( ) ( )

( ) ( )

+ Phƣơng trình (1) là tuyến tính chỉ cần tìm 2 điểm, phƣơng trình (2) cần nhiều điểm

hơn để vẽ chính xác:



tvách -7 -7,3 -7,4 -7,5 -7,6 -7,7 -8

qi 3575 3789,5 3861 3932,5 4004 4075,5 4290

qa 9873,8 8906,1 8592,5 8283,4 7978,8 7678,8 6806,7

Ta dựng đƣợc đồ thị :

Hình 6 : giải hệ phương trình bằng đồ thị

Từ đồ thị ta tìm đƣợc giao điểm của 2 đƣờng có giá trị tƣơng ứng.

tvách = -8,70C ; q = 4870 W/m

2.

VI.3.12 : Xác đinh diện tích truyền nhiệt tính theo bề mặt trong ống trao đổi nhiệt.

Fi =

=

= 205 m

2.



VI.3.13 : Xác định tổng chiều dài ống truyền nhiệt.

L =

=

= 2373 (m).

VI.3.14 : Bố trí ống trong bình bay hơi.

Các ống đƣợc bố trí trên đỉnh của tam giác đều và toàn bộ chùm ống bố trí trên mặt

sàng có một hình lục giác đều. Bƣớc ống đƣợc xác định theo kinh nghiệm:

S = (1,24 1,45)dn

Chọn S = 1,4.dn = 1,4.0,032 = 0,0448 (m).

Chọn S = 0,045(m).

+ Khoảng các giữa các hàng ống theo chiều đứng là :

S1 = √

.S = 38,97 (mm).

+ Số ống bố trí trên đƣờng chéo lớn nhất của lục giác ngoài cùng trên mặt sàng m là :

m = √

(ống).

Với : n là tổng số ống trong bình.

n= n1.Z

Z là số lối của chất tải lạnh, thƣờng lấy Z = 4 12 Trên cơ sở tốc độ phù hợp của chất

tải lạnh. Chọn Z = 4 ta có :

n = n1.Z = 75.4 = 300 (ống).

Và : m = √

= √

= 19,9 ống.

Chọn m = 20 ống.

VI.3.15 : Đường kính trong của bình bay hơi.

+ Đƣờng kính mặt sàng :

Ds = m.S = 20.45 =900 mm



+ Đƣờng kính trong của bình phải chọn lớn hơn 20 mm để bố trí cánh và gioăng của

nắp tạo lối cho chất tải lạnh chuyển động qua lại trong bình bay hơi, ở đây chọn

đƣờng kính thân bình :

Dt = 940 mm.

Dn = 960 mm.

δ = 10 mm.

VI.3.16 : Chiều dài ống trao đổi nhiệt.

l =

=

= 7,9 (m).

VI.3.17 : Xác đinh thể tích không gian giữa các ống.

V = Vb – Vô =

.(Dt

2 – dn

2) =

.(0,94

2 – 0,032

2) = 5,47 m

3.

VI.3.18 : Kết cấu sơ bộ của bình bay hơi.

Hình 5 : Bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập, bình tách lỏng nằm ngang.

1.Chất tải lạnh vào và ra; 2. Áp kế; 3. Xả khí không ngƣng; 4. ống hồi lỏng;

5. ống hơi về máy nén; 6. Bình tách lỏng; 7. Ống lỏng vào; 8. Ống nối van an toàn; 9.

Nắp sau; 10. Mặt sàng; 11. Chùm ống; 12. Ống xả dầu; 13. Bầu dầu; 14. Vỏ bình; 15.

Chân đỡ; 16. Ống xả chất tải lạnh lỏng; 17. Nắp trƣớc; 18. Ống xả khí.



VI.4 : Tính chọn thiết bị phụ.

Trong hệ thống lạnh, ngoài các thiết bị chính còn có các thiết bị phụ nhƣ : bình

chứa cao áp, bình tách dầu, bính chứa dầu… ở đây ta sẽ tính chọn các thiết bị phụ này

sao cho phù hợp với công suất dàn lạnh đang thiết kế.

VI.4.1 : Bình chứa cao áp.

Bình chứa cao áp đƣợc bố trí ngay sau dàn ngƣng tụ để chứa môi chất ở áp suất

cao, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngƣng tụ, duy trì áp suất cấp lỏng

cho van tiết lƣu.

Theo quy định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa đƣợc 60% thể tích của

toàn bộ hệ thống dàn bay hơi. Khi vận hành mức lỏng của bình cao áp chỉ đƣợc phép

choán 50% thể tích bình.

Sức chứa của bình cao áp đƣợc tính theo công thức sau :

VBH : là tổng dung tích của tất cả các ống trong bình bay hơi.

dn = 32 mm .

dt = 27,5 mm.

δ = 2,25 mm.

+ Tổng chiều dài ống trong bình bay hơi là : L = 2373 m.

Với dn = 32mm ta có mỗi mét ống V = 8,04.10-4

m3.

VBH = 8,04.10-4

.2373 = 1,91 m3

Vc = 0,7.VBH = 0,7.1,91 = 1,34 m3.

Chọn bình có đƣờng kính 1 m, chiều dài bình : 1,71 m.



VI.4.2 : Bình tách dầu.

NH3 là môi chất hòa tan dầu bôi trơn. Nên khi máy chạy thì một phần dầu ở dạng

hơi sẽ theo NH3 đi đến các thiết bị nhƣ dàn ngƣng tụ, bình bay hơi. Khi dầu đến các

thiết bị này thì có thể bám lên bề mặt ống và làm giảm khả năng trao đổi nhiệt. Vì vậy

để hạn chế dầu đến các thiết bị này thì ta đặt bình tách dầu ở ống đẩy của máy nén.

+ Việc chọn bình tách dầu phụ thuộc vào đƣờng kính của ống đẩy của môi chất lạnh.

+ Đƣờng kính ống đẩy đƣợc tính theo công thức :

Với :

ω là tốc độ hơi của ống vào bình tách dầu; chọn ω = 20 m/s.

m là lƣu lƣợng môi chất lạnh; m = 0,45 kg/s.

v2 là thể tích riêng hơi nén ở phí đầu đẩy của máy nén; v2 = 0,45 m3/kg.

d = √

= √

= 0,11 (m).

Chọn d = 0,11 m, bình tách dầu có Ф 0,4 m, chiều dài l = 1,5 m.

VI.4.3 : Bình chứa dầu.

Bình chứa dầu nhằm mục đích thu gom dầu từ các bình tách dầu và các bầu dầu

của toàn bộ hệ thống , giảm nguy hiểm khi xả dầu và giảm tổn thất môi chất khi xả

dầu khỏi hệ thống lạnh.

Chọn bình tách dầu có kích thƣớc: Ф = 0,35 m ; l = 0,762 m;



VI.5 Quy trình vận hành hệ thống lạnh.

Hình 6 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh.

VI.5.1 Khởi động.

a. Nguyên tắc chung.

Trƣớc khi cho hệ thông làm việc, phải xem sổ trực trƣớc đó để biết nguyên nhân

dừng máy trƣớc đó.

Nếu máy dừng bình thƣờng và nghỉ chƣa quá 1 ngày thì ngƣời vận hành có quyền

mở máy.

Sau khi sửa chữa, bảo trì định kỳ hay máy nghỉ quá 1 ngày thì phải có ý kiến của

cán bộ kỹ thuật thì mới đƣợc khởi động máy theo biên bản kiểm nghiệm và nhật ký

phòng trực.

b. Thao tác mở máy.

Làm các công việc : kiểm tra xem xét bên ngoài máy nén, đảm bảo không gian

thuận tiện không ảnh hƣởng đến việc chạy máy. Kiểm tra dầu trong máy nén.



Kiểm tra các van khóa của hệ thống, chúng phải ở trạng thái mở, chỉ có các van ở

đầu hút, đầu đẩy và van điều chỉnh khởi động của máy nén là trạng thái đóng.

Cho nƣớc vào áo nƣớc làm mát máy nén.

Mở van giảm tải máy nén khi khởi động.

Quay tay trục khủyu vài vòng trƣớc khi đống điện động cơ. Khi máy đạt số vòng

quay định mức thì mở van khóa đẩy, và mở ngay van giảm tải.

Từ từ mở van cửa hút và lắng nghe tiếng máy gõ trong máy, nếu có lỏng về phải

đóng ngay và từ từ mở nhỏ theo chế độ hút hơi ẩm.

Theo dõi áp suất dầu.

Từ từ mở van tiết lƣu để cấp lỏng cho hệ thống.

Mở bơm glycol cấp cho thiết bị bay hơi.

Khi đƣa hệ thống vào làm việc phải theo dõi liên tục các thông số làm việc, áp

suất, nhiệt kế và đảm bảo máy chạy êm.

VI.5.2 Ngừng máy.

Đóng van tiết lƣu để ngừng cấp lỏng, giảm áp suất trong thiết bị bay hơi để sau

này máy hoạt động lại nhẹ nhàng.

Đóng van hút máy nén, hút hết hơi trong vỏ máy.

Ngắt mạch động cơ sau khi máy nén không còn quay nữa thì đóng van đẩy.

Ngừng cấp nƣớc làm mát cho máy nén, thiết bị ngƣng tụ.

Kiểm tra tình trạng máy và thiết bị : dầu máy, các mối lắp ghép, nếu có hƣ hỏng

phải khác phục ngay và ghi vào nhật ký vận hành.



VI.5.3 Kỹ thuật vận hành thiết bị.

a. Yêu cầu vận hành.

Máy làm việc ổn định ở hành trình khô với các thông số chế độ yêu cầu.

b. Dấu hiệu làm việc bình thường.

Máy chạy yêm, không rung, không có tiếng gõ lạ.

Thân máy và xilanh nóng đều.

Không bị chảy dầu, không có hiện tƣợng rò qua các mối nói, mặt bích.

c. Các trường hợp phải ngừng máy.

Có tiếng gõ lạ và va đập mạnh.

Áp suất dầu giảm, không đủ dầu, dầu bị đốt nóng quá mức, nhiệt độ đầu đẩy tăng

quá cao.

Rò NH3 ra ngoài.

Mất nƣớc làm mát máy nén, dàn ngƣng do hỏng bơm, tắc ống dẫn, van nƣớc

hỏng…..

d. Chú ý trong thao tác vận hành.

Chỉ đóng điện máy khi đã quay tay thử và mở van giảm tải.

Chỉ khởi động khi van hút đóng,Sau khi mở van đẩy thì mở van hút từ từ, tránh để

máy làm việc với hành trình ẩm.

Khi máy bị đốt cháy quá mức do sự cố mất nƣớc,thì không nên cho nƣớc lạnh vào

ngay để tránh ứng suất nhiệt làm hỏng máy.

Năng suất máy nén đƣợc điều chỉnh phù hợp với phụ tải thiết bị bay hơi một cách

liên tục hoặc thêm vào hay ngắt đi một máy nén làm việc song song tùy thuộc vào

nhiệt độ lạnh thấp quá hay cao quá.



VI.5.4 Thiết bị ngưng tụ.

Áp suất ngƣng tụ không quá cao.

Nhiệt độ và áp suất ngƣng tụ ở trị số cho phép, không bị rò amoniac vào nƣớc hay

ra ngoài không khí.

Chú ý đề phòng dàn ngƣng không rò môi chất, tránh tổn hao môi chất và làm ô

nhiễm môi trƣờng. Tùy theo phụ tải, nhiệt độ nƣớc làm mát và trạng thái làm việc của

dàn ngƣng mà điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc cho phù hợp.

VI.5.5 Thiết bị bay hơi.

Hiệu chỉnh từ từ van tiết lƣu đạt độ mở cần thiết cấp lỏng cho thiết bị bay hơi để

giữ đƣợc chế độ nhiệt, độ ẩm yêu cầu. Đảm bảo không rò rỉ môi chất lạnh và dung

dịch glycol.

Nhiệt độ và áp suất sôi ở trị số cho phép. Không bị rò rỉ amoniac, bề mặt truyền

nhiệt không bị phủ dầu và bẩn.

Không khởi động bơm glycol khi nhiệt độ trong bể chƣa đạt đƣợc nhiệt độ quy

định.

Tránh nạp lỏng quá mức đề phòng lỏng về máy nén gây hƣ hỏng.

VI.5.6 Bình chứa cao áp.

Duy trì mức lỏng theo quy định. Mức lỏng thấp sẽ kéo theo giảm năng suất lạnh,

mà tiêu thụ điện năng vẫn lớn.

Theo dõi áp suất mức lỏng, van an toàn, thƣờng xuyên và định kỳ xả khí không

ngƣng và xả dầu.



KẾT LUẬN

Trong các thức uống có mặt trên thị trƣờng hiện nay bia là sản phẩm đƣợc ƣa

chuộng và dùng phổ biến trên toàn thế giới, sản xuất bia mang lại lợi nhuận kinh tế

cao, đây cũng chính là động lực để ngành công nghiệp sản xuất bia ngày càng phát

triển. Lịch sử ngành bia ở nƣớc ta tuy chƣa lâu, song với quy mô và sức phát triển

hiện nay đã khẳng định ngành công nghiệp bia tại Việt Nam sẽ ngày càng phát triển

mạnh hơn nữa. Một trong nhƣng bộ phận không thể thiếu của sản xuất bia là phân

xƣởng lạnh. Chính vì vậy việc thiết kế hệ thống lạnh trong nhà máy bia là một yêu cầu

phù hợp với nhu cầu thực tiễn.

Trong đồ án này em có nhiệm vụ : “ Thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy bia

năng suất 50 triệu lít/năm” nội dung đồ án của em bao gồm :

Chƣơng I : Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất bia.

Chƣơng II : Chọn phƣơng án sản xuất và thuyết minh dây chuyền công nghệ.

Chƣơng III: Lập kế hoạch sản xuất và tính cân bằng sản phẩm.

Chƣơng IV : Tính toán các thiết bị sử dụng lạnh.

Chƣơng V : Tính năng suất lạnh của nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm.

Chƣơng VI : Tính toán thiết kế hệ thống lạnh.

Quá trình làm đồ án đã không chỉ giúp em có những hiểu biết về hệ thống lạnh

quy mô công nghiêp mà còn có những hiểu biết về công nghệ sản xuất bia, một ngành

sản xuất tiềm năng và đầy hứa hẹn phát triển mạnh mẽ trong những năm tới ở nƣớc ta.

Đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn: Quá trình và thiết bị

CNSH&CNTP, đặc biệt là sự chỉ bảo của thầy PGS.TS Lê Nguyên Đương mà đồ án

của em đã hoàn thành. Do kinh nghiệm thực tế thiết kế của bản thân còn ít và thời

gian có hạn, đồ án này vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc sự

góp ý của quý thầy cô để em có thể hoàn thiện đƣợc kiến thức cũng nhƣ rút ra kinh

nghiệm cho bản thân.

Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2015.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Trung(01647 517 859)



TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

[1] – PGS,PTS Hoàng Đình Hoà. Công nghệ sản xuất malt và bia - Trƣờng Đại học

Bách Khoa Hà Nội -Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, năm 2000.

[2] - Tập thể tác giả: Bộ môn Quá trình – thiết bị công nghệ hoá chất và thực phẩm.

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (Tập 1,2) Nhà xuất bản Khoa học và kỹ

thuật, Hà Nội, 1982 – 1992.

[3] - PGS,TS Nguyễn Bin. Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và

công nghệ thực phẩm (Tập 1) Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, năm 2000.

[4] – Hƣớng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – PGS.TS Nguyễn Đức Lợi.

[5] – Kỹ thuật lạnh cơ sở - PGS.TS Nguyễn Đức Lợi.

[6] – Máy lạnh và điều hòa không khí – Nguyễn Văn May.

[7] – Giáo trình Các quá trình và thiết bị trong công nghệ thực phẩm – công nghệ sinh

học – PGS.TS Tôn Thất Minh, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội.

[8] – Thiết bị trao đổi nhiệt - PGS.TS Bùi Hải –TS Dƣơng Hồng Đức – TS Hà Mạnh

Thƣ, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật hà nội -1999.

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

Art & Photos

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