BỘ giáo dục và ĐÀo tạo cộng hòa xã HỘi chủ nghĩa việt nam trưỜng đẠi học bách khoa hà NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

Phần IV: Tính và chọn thiết bị I. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu

tải về 1.16 Mb.

trang	4/13
Chuyển đổi dữ liệu	23.07.2016
Kích	1.16 Mb.
	#3011

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 13

7. Thùng chứa trung gian
9. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí

Phần IV: Tính và chọn thiết bị

I. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu

Theo kế hoạch sản xuất một mẻ nấu của bia hơi và bia chai cùng cho sản lượng bia thành phẩm như nhau, chỉ khác là nấu bia chai sử dụng nhiều nguyên liệu hơn bia hơi (trừ lượng nước rửa bã). Do đó ta tính toán thiết bị chủ yếu theo bia chai.

1. Cân, gầu tải

* Cân:

Nguyên liệu được cân theo từng mẻ.

Chọn cân hoa loại 5kg.

Chọn cân gạo và malt lót có khả năng cân cao nhất 500kg, độ chính xác 0,5kg, có kích thước: dài 1m, rộng 0,8m, cao 1m.

Cân malt và gạo mỗi loại dùng 1 cân điện tử được gắn với xylo; xylo có kích thước: đường kính 0,8m, cao 1,5m, đáy côn 60˚ chứa được khoảng 500kg

* Gầu tải:

Chọn gầu tải có năng suất vận chuyển 4500 kg/h có thông số kỹ thuật:

Kích thước: rộng 0,5m, cao 2 – 4m
Vận tốc kéo 1,2 – 1,4m/s
Công suất động cơ 0,8kW

2. Máy nghiền

* Máy nghiền gạo:

Một mẻ nấu sử dụng 650 kg gạo. Chọn máy nghiền gạo là máy nghiền búa có năng suất 1000kg/h có các thông số kỹ thuật:

Kích thước buồng nghiền: đường kính 500mm, chiều rộng 200mm
Kích thước máy: dài 1,85m, rộng 1,6m, cao 1,65m

* Máy nghiền malt:

Một mẻ nấu lượng malt cần nghiền là 2599 kg. Chọn máy nghiền malt ướt có công suất 3000kg/h có các thông số kỹ thuật:

Vật liệu chế tạo: thép không gỉ chịu mài mòn
Kích thước thiết bị: dài 1m, rộng 0,8m, cao 3,2m
Kích thước trục nghiền: đường kính 250mm, dài 600mm
Số đôi trục: 2
Khoảng cách giữa 2 trục: 1,25m

Nước ngâm malt có nhiệt độ 65˚C, lượng nước dùng để ngâm 60l/100kg. Tổng thời gian ngâm và nghiền không quá 30 phút. Khi đó thuỷ phần của hạt tăng lên 20%.

3. Nồi hồ hoá

Tổng khối lượng dịch bột trong nồi hồ hoá là ứng với một mẻ nấu: 4,3 tấn.

Khối lượng riêng của hỗn hợp dịch bột là 1,07(tấn/m³)

Thể tích của hỗn hợp trong nồi hồ hoá là:

= 4,02 (m³)

Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là:

= 5,36 (m³)

* Chọn thiết bị hồ hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón, làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h₁ = 0,2D; h₂ = 0,15D.

Thể tích nồi:

V = V_trụ + V_đáy = = = 0,554D³

Ta có: 0,554D³ = 5,36 (m³). Suy ra: D = 2,13 m.

Quy chuẩn: D = 2,2m. H = 1,32m; h₁ = 0,44m; h₂ = 0,33m.

Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài thùng: D_ng = 2,4m.

Thể tích thực của nồi là:

V = 0,554D³ = 0,554.2,2³ = 5,9(m³).

Chiều cao phần 2 vỏ: H_2vỏ = 0,8.D = 1,76m

Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 1,76m, tốc độ khuấy 32v/ph.

Lấy diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m²/m³ dịch, thể tích dịch trong nồi hồ hoá là 4,65m³, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là:

F = 0,5.4,65 ≈ 2,3(m²)

4. Nồi đường hoá

Tổng khối lượng dịch trong nồi đường hoá ứng với một mẻ nấu là: 16,7 tấn.

Dịch bột có khối lượng riêng là 1,08(tấn/m³), thể tích dịch trong nồi đường hoá là:

= 15,46 (m³)

Thể tích sử dụng của nồi là 75%, thể tích của nồi cần đạt là:

(m³)

* Chọn thiết bị đường hoá là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h₁ = 0,2D; h₂ = 0,15D.

Thể tích nồi:

V = V_trụ + V_đáy = = = 0,554D³

Ta có: 0,554D³ = 20,61 m³. Suy ra: D = 3,33m.

Quy chuẩn: D = 3,4m. H = 2,04m; h₁ = 0,68m; h₂ = 0,51m.

Thể tích thực của nồi:

V = 0,554D³ = 0,554.3,4³ = 21,8(m³).

Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài là: D_ng = 3,6m.

Chiều cao phần hai vỏ: H_2vỏ = 0,8D = 2,72m.

Chọn cánh khuấy có đường kính: d = 0,8D = 2,72m. Tốc độ khuấy 32v/ph.

Diện tích bề mặt truyền nhiệt 0,5m²/m³ dịch, thể tích dịch trong nồi đường hoá là 15,46 m³, tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi là:

F = 0,5.15,46 ≈ 7,73(m²)

5. Thùng lọc đáy bằng

Thùng đáy bằng, thân trụ, nắp nón h₂ = 0,15D.

Khối lượng bã malt và gạo tương ứng với một mẻ nấu là: 2,86 tấn

Khối lượng riêng của bã là: 0,75 tấn/m³

Thể tích bã là:

= 3,81(m³)

Chọn chiều cao lớp bã là: 0,4m

Diện tích đáy lọc:

= 9,525 (m²)

Đường kính thùng lọc là: D = ≈ 3,5 (m)

Quy chuẩn: D = 3,5m. Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng là: D_ng = 3,7m.

Nắp nón: h₂ = 0,15D = 0,52m.

Diện tích đáy lọc thực tế: (m²)

Khối lượng dịch còn lại sau đường hoá: 16,15 tấn

Khối lượng chất chiết có trong dịch đường sau đun hoa là:

(kg)

Quá trình lọc bã và đun hoa tổn thất chất chiết là 2%, khối lượng chất chiết có trong dịch đường trước lọc là:

= 2396(kg)

Hàm lượng chất chiết trong dịch đường sau đường hoá là:

= 14,8%

Khối lượng riêng của dịch đường sau đường hoá là: 1,06 tấn/m³

Thể tích riêng của dịch đường sau đường hoá là:

= 15,23 (m³)

Chiều cao của lớp dịch lọc trong nồi:

h_d = = = 1,49(m)

Thể tích sử dụng của thùng là 70%, chiều cao thân trụ của thùng là:

H_t = = = 2,13 (m)

Đáy giả cách đáy thật 2cm, chiều cao thùng phần thân trụ của thùng là:

H = H_t + 0,02 = 2,13 + 0,02 = 2,15(m)

Thể tích thực của nồi:

Hệ thống cào bã quay với tốc độ 16v/ph.

Lưới lọc thiết kế các khe hình nêm kích thước 0,5mm × 70mm, diện tích thoát dịch trên tổng diện tích sàn: 14%. Cửa thoát dịch hình côn với góc mở rộng. Dao cào bã được chế tạo bằng đồng thau.

* Cửa xả bã được thiết kế có đường kính 30cm được đóng mở bằng động cơ điện. Bã xả ra được vít tải đẩy sang xylo chứa.

6. Nồi nấu hoa

Dịch sau nấu hoa có thể tích: 19,45 m³

Quá trình đun hoa thể tích dịch giảm 5% do nước bay hơi, thể tích dịch trước đun hoa:

(m³)

Thể tích sử dụng của nồi là 70%, thể tích của nồi cần đạt là:

(m³)

* Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h₁ = 0,2D; h₂ = 0,15D.

Thể tích nồi:

V = V_trụ + V_đáy = = = 0,554D³

Ta có: 0,554D³ = 29,24 m³. Suy ra: D = 3,75m.

Quy chuẩn: D = 3,8m.

Vỏ áo hơi và bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của nồi hoa: D_ng = 4,0m, H = 2,28m; h₁ = 0,76m; h₂ = 0,57m.

Chiều cao phần 2 vỏ: H_2vỏ = 0,8D = 3,04m.

Thể tích thực của nồi:

V = 0,554D³ = 30,4m³.

Ngoài vỏ áo hơi thiết bị còn được thiết kế thiết bị gia nhiệt trung tâm kiểu ống chùm để tăng cường quá trình đun sôi mãnh liệt dịch đường.

Diện tích trao đổi nhiệt 0,5m²/m³ dịch, thể tích dịch trong nồi hoa là 20,47 m³. Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F = 0,5.20,47 ≈ 10,235 (m²)

7. Thùng chứa trung gian

Thể tích dịch trước đun hoa là 20,47 m³. Thể tích sử dụng của nồi là 90%, thể tích thùng cần đạt là:

= 22,74 (m³)

* Chọn thiết bị đun hoa là thiết bị thân hình trụ, đáy chỏm cầu, nắp nón làm bằng thép không gỉ, có các thông số như sau: H = 0,6D; h₁ = 0,2D; h₂ = 0,15D.

Thể tích nồi:

V = V_trụ + V_đáy = = = 0,554D³

Ta có: 0,554D³ = 22,74 m³. Suy ra: D = 3,45 m.

Quy chuẩn: D = 3,5m. H = 2,1m; h₁ = 0,7m; h₂ = 0,52m.

Vỏ bảo ôn dày 100mm, đường kính ngoài của thùng: D_ng = 3,7m.

Thể tích thực của thùng:

V = 0,554D³ = 0,554.3,5³ = 23,75(m³).

8. Thùng lắng xoáy

Đáy bằng hơi nghiêng 3 - 5˚, thân trụ H = 0,8D, nắp nón h₂ = 0,15D.

Thể tích thùng:

V = = 0,628D³

Thể tích dịch sau đun hoa: 19,45 m³

Hệ số đổ đầy của thùng là 75%, thể tích thùng cần đạt là:

= 25,93 (m³)

Ta có: 0,628D³ = 25,93 m³. Suy ra: D = 3,45 m

Quy chuẩn: D = 3,5m. H = 2,8m; h₂ = 0,53m.

Thành thùng dày 5mm, đường kính ngoài thùng: D_ng = 3,51m

Thể tích thực của thùng:

V = 0,628D³ = 0,628.3,5³ = 26,93(m³).

9. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí

Dịch đường làm lạnh nhanh bằng máy lạnh trao đổi nhiệt kiểu tấm bản. Vật liệu chế tạo thường là các tấm thép hợp kim Cr-Ni mỏng. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu này bao gồm các tấm kim loại mỏng xếp lại với nhau và giữa chúng là dịch đường và tác nhân lạnh đi ngược chiều nhau. Để đảm bảo sự trao đổi nhiệt tốt nhất cần :

Độ dày của tấm kim loại phải đủ mỏng 0,8 mm.

Các nếp gấp giữa các tấm bản phải nhỏ.

Lượng dịch đường đem đi làm lạnh nhanh là : 18673 lít. Thời gian làm lạnh là 60 phút. Hiệu suất làm lạnh là 85%. Vậy năng suất máy lạnh là:

N = 18673 : 0,85 = 21968 (lít/h)

Ta sử dụng máy lạnh 2 cấp: Cấp 1 với tác nhân là nước thường.

Cấp 2 với tác nhân lạnh là glycol.

Cấp 1:

Nhiệt độ nước vào : 25⁰C.

Nhiệt độ nước ra :45⁰C.

Nhiệt độ dịch vào: 90⁰C.

Nhiệt độ dịch ra : 60⁰C.

Ban đầu,dịch có nhiệt độ 90⁰C đi qua tác nhân lạnh là nước có nhiệt độ 25⁰C, sau quá trình trao đổi nhiệt và làm lạnh thì dịch có nhiệt độ 60⁰C và nước có nhiệt độ 45⁰C. Vậy lượng nhiệt cần là:

Q = G x C x ( t₂ – t₁)

Trong đó: G : Khối lượng dịch làm lạnh một mẻ nấu :

G = 18673 x 1,048 = 19569,3 (kg)

C: Tỷ nhiệt của dịch. Tra sổ tay ta có C = 0,92 kcal/kg ⁰C.

t₁: nhiệt độ trước của dịch : 90⁰C.

t₂: nhiệt độ sau quá trình trao đổi : 60⁰C.

Như vậy ta có:

Q = 19569,3 x 0,92 x ( 90 – 60 ) = 540112,8 (kcal)

Thời gian làm nguội bằng nước là 30 phút. Vậy lượng nhiệt cấp cho 1 giờ là :

Q₁ = 540112,8 x 60 : 30 = 1080225,6 ( kcal/h)

Tính bề mặt truyền nhiệt

Q₁

F =

K x ∆t
Tính K: Hệ số dẫn nhiệt qua thành. Chọn K = 450 (kcal/m²h⁰C)

Tính ∆t

Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là trao đổi nhiệt gián tiếp qua tấm bản.

Ta có :

∆t₁- ∆t₂

∆t_tb =

2,3 x lg ∆t₁/∆t₂

∆t₁ : hiệu số lớn nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch

∆t₁ = 90 – 45 = 45 (⁰C)

∆t₂: Hiệu số nhỏ nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch

∆t₂ = 60 – 25 = 35 ( ⁰C)

Vậy ta có :

45- 35

∆t_tb = = 39,84 ⁰C

2,3 x lg 45/35

Tính F

Diện tích bề mặt truyền nhiệt :

Q₁ 1080225,6

F = = = 60,25 (m²)

k ∆t 450 x 39,84
Hệ số an toàn 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là:

F_t = 60,25 x 1,2 = 72,3 (m²)

Diện tích truyền nhiệt của mỗi tấm bản là

f = 0,2 x 0,55 = 0,11 (m²)

Số tấm bản là :

N_b = F_t : f = 72,3 : 0,11 = 657 ( tấm )

Cấp 2 : Tác nhân là glycol

Nhiệt độ glycol vào là : -8⁰C.

Nhiệt độ glycol ra là : 2⁰C.

Nhiệt độ dịch vào là : 60⁰C.

Nhiệt độ dịch ra là : 14⁰C.

Dịch đường vào trong máy lạnh với tác nhân lạnh là glycol. Nhiệt độ trước khi vào máy lạnh của dịch đường là 60⁰C, nước có nhiệt độ : -8⁰C.Ra khỏi máy lạnh nhiệt độ nước tăng lên 2⁰C.Lượng nhiệt cần là :

Q = G x C x ( t₂ – t₁)

G : Khối lượng dịch của 1 mẻ nấu : 19569,3 (kg)

C: Tỷ nhiệt của dịch. Tra sổ tay ta có C = 0,92 kcal/kg ⁰C.

t₁: nhiệt độ trước của dịch : 60⁰C.

t₂: nhiệt độ sau quá trình trao đổi : 14⁰C.

Như vậy ta có:

Q = 19569,3 x 0,92 x (60 – 14 ) = 828173 (kcal)

Thời gian làm nguội bằng glycol là 45 phút. Vậy lượng nhiệt cấp cho 1 giờ là :

Q₁ = 828173 x 60 : 45 = 1104230 ( kcal/h)
Tính bề mặt truyền nhiệt

Q₁

F =

K x ∆t

Tính K :Hệ số dẫn nhiệt qua thành. Chọn K =1200 (kcal/m²h⁰C)

Tính ∆t

Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là trao đổi nhiệt gián tiếp qua tấm bản.

∆t₁- ∆t₂

Ta có ∆t_tb =

2,3 x lg ∆t₁/∆t₂

∆t₁ : hiệu số lớn nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch

∆t₁ = 60 – 2 = 58 (⁰C)

∆t₂: Hiệu số nhỏ nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch

∆t₂ = 14- (-8) = 22 ( ⁰C)

Vậy ta có :

58- 22

Ta có ∆t_tb = = 37,18 ⁰C

2,3 x lg 58/22

Tính F

Diện tích bề mặt truyền nhiệt :

Q₁ 1104230

F = = = 24,75 (m²)

k ∆t 1200 x 37,18

Hệ số an toàn 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là:

F_t = 24,75 x 1,2 = 29,7 (m²)

Diện tích truyền nhiệt của mỗi tấm bản là

f = 0,2 x 0,55 = 0,11 (m²)

Số tâm bản là :

N_b = F_t : f = 29,7 : 0,11 = 270 ( tấm )

Vậy, ta chọn máy làm lạnh nhanh 2 cấp kiểu tấm bản :

Cấp 1 làm lạnh bằng tác nhân nước thường gồm 657 tấm.

Cấp 2 làm lạnh bằng tác nhân glycol gồm 270 tấm.

Kích thước máy: dài 2000mm, rộng 700mm, cao 1600mm

10. Thùng nước nóng

Chọn thùng chứa nước nóng và nước lạnh có thể tích như nhau, thùng thân trụ H = 1,5D, đáy bằng, nắp chỏm cầu nhô lên: h₂ = 0,1D.

Thể tích thùng là:

= 1,178D³

Một mẻ nấu bia chai lượng nước sử dụng là:

Nước nấu cháo: 3,55 (m³)
Nước đường hoá: 11,9 (m³)
Nước rửa bã: 5,24 (m³)

Nước vệ sinh khoảng 8% thể tích nồi lớn nhất là nồi hoa:

0,08. 30,4 = 2,43 (m³)

Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia chai là:

3,55 + 11,9 + 5,24 + 2,43 = 23,12 (m³)

*Với bia hơi lượng nước sử dụng là:

Nước nấu cháo: 2,94 (m³)
Nước đường hoá: 8,34 (m³)
Nước rửa bã: 9,63 (m³)
Nước vệ sinh: 2,43 m³

Tổng cộng lượng nước cần dùng trong một mẻ nấu bia hơi là:

2,94 + 8,34 + 9,63 + 2,43 = 23,34 (m³)

Như vậy lượng nước cần sử dụng cho một mẻ nấu lớn nhất là 23,34 m³ tính theo bia hơi. Ta lấy mỗi thùng chứa lượng nước dùng đủ cho 2 mẻ nấu, tức là chứa được:

2 × 23,34 = 46,68 (m³)

Thể tích chứa của thùng 85%, thể tích thùng cần đạt:

= 54,92 (m³)

Ta có: 1,178D³ = 54,92m³ Suy ra: D = 3,6m.

Quy chuẩn: D = 3,8m. H = 5,7m; h₂ = 0,38m.

Thể tích thực của thùng:

V = 1,178D³ = 1,178.3,8³ = 64,6(m³).

Ở thùng nước nóng, nước được đun nóng tới nhiệt độ 85˚C bằng hơi nước bão hoà cấp qua đường ống xoắn ruột gà.

Lớp vỏ bảo ôn dày 100mm. Đường kính ngoài thùng: D_ng = 4,0m.

11. Hệ thống cip nấu

Hệ thống CIP nấu gồm:

1 thùng NaOH 2% nóng
1 thùng nước clo 10%
1thùng HNO₃ 0,1%

Chọn thùng CIP làm bằng thép không gỉ, thân trụ H = 1,5D, đáy cầu: h₁ = 0,1D, nắp cầu h₂ = 0,1D.

Thể tích mỗi thùng:

V = = = 1,218D³

Lượng CIP rửa thường bằng 5 – 8% thể tích thùng. Ta tính cho thùng nấu hoa là thùng có thể tích lớn nhất 30,4m³, thể tích sử dụng của thùng là 80% thì thể tích các thùng CIP cần đạt:

0,08.30,4/0,8 = 3,04(m³).

Ta có: 1,218D³ = 3,04(m³). Suy ra: D = 1,36(m).

Quy chuẩn: D = 1,4m. H = 2,1m; h₁ = 0,14m; h₂ = 0,14m.

Thể tích thực của mỗi thùng:

V = 1,218D³ = 1,218.1,4³ = 3,34(m³)

Các thùng có thành dày 5mm, đường kính ngoài của các thùng: D_ng = 1,41m

tải về 1.16 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 13