Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất bia với năng suất 5000 lít/ ngày

5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = <. Vậy S = 12 mm thoả mãn yêu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.9.2. Tính bề mặt truyền nhiệt: Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 650C lên 760C trong 30 phút. Q = G.C.(tc- tđ). Trong đó: G = 4381,16 x 2 = 8762,32 kg. C = 0,91 kcal/kg.độ. Vậy: Q = 8762,32 x 0,91 x (76-65) = 87710,82 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà: D =. D = kg/h. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 760C lên 1000C trong 30 phút. Ta tính được: Q = G.C.(tc- tđ). Q = 8762,32 x 0,91 x ( 100- 76) = 271106,18 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà cần dùng: D =. D = kg/h. Quá trình đun sôi dịch ở 1000C trong 70 phút. Vì thực hiện quá trình đun sôi nên Q được tính theo công thức: Q = 540.W, kcal. Trong đó: 540 kcal/kg: Nhiệt hàm của hơi nước bão hoà ở 2,5 at. W: khối lượng nước bay hơi. W = 0,1 x 8762,32 = 876,23 kg. Thay số tính được: Q = 540 x 876,23 = 473164,2 kcal. Q = kcal/h. Tính bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 760C ữ 1000C. Q = 405569,3 kcal/h. Ta có công thức truyền nhiệt được tính như sau: Q = K.F... K được chọn là: 1000 kcal/m2.h.độ. : hiệu số nhiệt độ trung bình. 1= 126,25 – 76 = 50,250C. 2= 126,25 – 100 = 26,250C. Vì: 0C<0C. Do đó hiệu số nhiệt độ trung bình được tính theo công thức: = 0C. Suy ra: F = m2. II. THIẾT BỊ TRONG CÔNG ĐOẠN LÊN MEN: II.1. Thiết bị lên men: Dịch đường được tiến hành lên men chính và phụ trong cùng một thiết bị. Do vậy ta chọn thùng lên men có thể tích chứa đủ lượng dịch đường của một ngày sản xuất 2 mẻ. Chọn thùng lên men hình trụ, đáy côn, bên ngoài có khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị làm bằng thép không rỉ, có trang bị hệ thống sục khí, van, nhiệt kế, kính quan sát. Thiết bị lên men chính được thiết kế theo kiểu thân trụ đáy côn, nắp hình côn. Để đáp ứng được yêu cầu công nghệ, thiết bị phải thoả mãn một số yêu cầu kĩ thuật sau. Áp lực lớn nhất trên bề mặt dịch: P = 1,7kp/cm2. Áp lực được gây ra do thiết bị kín có lượng khí CO2 thoát ra trong quá trình lên men. Nhiệt độ cao nhất trong quá trình lên men chính là: t1 = 14o C. Nhiệt độ làm việc thích hợp của men là: t1 = 0o C. Góc đáy thích hợp để cặn bã tự lắng xuống đáy là:2a = 120o. Bề mặt bên trong phải được đánh bóng đạt độ bóng 2B. Để đảm bảo nhiệt độ lên men ổn định, xung quanh thiết bị có bố trí 1 cửa vệ sinh kích thước 400´500 mm, ống xả đáy, ống lấy mẫu, ống thoát khí. Mỗi ngày lên men 2 mẻ có thể được đưa vào một thùng lên men. Dung tích dịch đường của 2 mẻ là: V = 2753,83 x 2 = 5507,66 lít = 5,508 m3. Hệ số sử dụng của thiết bị là 85%. Như vậy tổng thể tích của thiết bị là: V = m3. Với thể tích đó ta chọn đường kính trong của thiết bị là: Dt = 1800 mm. Tính số thùng lên men: - Số ngày lên men chính là: chọn 6 ngày. - Số ngày lên men phụ là : chọn 12 ngày. - Một ngày nghỉ để sửa chữa và vệ sinh . Vậy tổng thời gian lên men và vệ sinh thùng là: T= Tc+Tp+1 = 19 ngày Số lượng thùng lên men là: Mỗi ngày cần một thùng lên men, và mỗi chu kỳ cần có một thùng dự trữ. Vậy số thùng lên men là: 19 + 1 = 20 thùng. II.1.1. Tính các kích thước cơ bản của thiết bị: Đáy thiết bị. Đáy thiết bị được thiết kế theo kiểu đáy nón có gờ, chiều cao gờ h = 40 mm và góc ở đáy 2a = 120o ở dưới cùng giữa đáy có đặt một ống xả đáy đường kính d = 150 mm, bán kính gờ đáy Rg = 0,27 m. H h Hd Dt 2a Hình 1 Tính một số kích thước chính như sau: Ht = = = 0,52 m. Hd = Ht + h = 0,52 + 0,04 = 0,56 m. Diện tích xung quanh đáy: Sd = p. Sd = 3,14. = 2,66 m2. Thể tích đáy Vd = p. Vd = 3,14. = 0,54 m3. Nắp thiết bị. Nắp thiết bị được thiết kế theo kiểu nón có gờ, chiều cao gờ h = 40 mm.trên nắp có đặt ống thoát khí, cửa đỉnh tank kích thước D = 500 mm. Nắp thiết bị được thiết kế theo kiểu nắp nón có gờ, chiều cao gờ h = 40 mm và góc ở đỉnh 2a = 140o, bán kính gờ nắp Rg = 0,225 m. Hình 2 Hn Dt h H Tính một số kích thước chính như sau: Ht = = = 0,328 m. Hn = H + h = 0,04 + 0,328 = 0,368 m. Diện tích xung quanh nắp: Sd = p. Sd = 3,14. = 3,83 m2 Thể tích nắp Vd = p. Vd = 3,14. = 0,379 m3. Tính thân thiết bị. Thân thiết bị được thiết kế theo kiểu thân hình trụ hàn. Trên thân có cửa vệ sinh, kích thước 350 x 450 mm. Thể tích của thân thiết bị là: Vt = V - Vđ - Vn = 6,48 – 0,379 – 0,866 = 5,235 m3. Chiều cao thân thiết bị là: H = = = 2,53 m. II.1.2. Tính độ bền cho thiết bị: Chọn vật liệu chế tạo cho thiết bị là thép không gỉ SUS.304. Tính chất vât lí của thép không gỉ SUS.304. Tra bảng [2-356] l = 16,3 W/m.độ. sk = 550.106N/m2. sch = 220.106N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo nk = 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy nch = 1,5. h : Hệ số hiệu chỉnh. Thiết bị ta chọn là thiết bị loại II, nhóm 2 nên h = 1,0. Ứng suất cho phép. [s] : ứng suất cho phép (N/m2). Tính theo công thức: [s] = (N/m2) [2-355] . Do đó: [sk] = . [sCh] = . Ứng suất cho phép khi tính toán là giá trị bé hơn trong h từ kết quả tính được. Lấy giá trị [sk] = để tính tiếp. Tính chiều dày thân hình trụ. Kiểu hàn: hàn giáp mối hai bên. Phương pháp hàn : hồ quang điện. Chiều dày thân hình trụ được tính theo công thức: [2-360]. Trong đó: jh: Hệ số bền theo phương dọc thân thiết bị. jh = 0,95 [2-352]. Hệ số bền dọc thân thiết bị là: jh = <. Khi tính toán phải lấy hệ số jh = 0,9. P: áp suất trong thiết bị, N/m2. Được tính theo công thức: [ 2-360]. P = Pk + Ptt, N/m2. Trong đó: Pk: áp suất khí trên bề mặt dịch trong thiết bị, N/m2. Ptt: áp suất thuỷ tĩnh của dịch đường tác dụng lên thành thiết bị, N/m2. Pk = 1,7 kp/m2 = 16,677.104 N/m2. Ptt = Trong đó: r: khối lượng riêng của dịch. Lấy r = 1044,13 kg/m3. g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. h: chiều cao lớn nhất của mức dịch trong thiết bị. h = Ht + Hn = 2,53 + 0,368 = 2,898 m. Suy ra: Ptt = 1044,13.9,81.2,898 = 2,76.104. N/m2. P = Pk + Ptt = (16,677 + 2,67) . 104 = 19,44.104 N/m2. C: hệ số bổ sung, m. C = C1 + C2 + C3. C1: hệ số bổ sung do ăn mòn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mòn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai chiều dày của thép tấm, m. Thép SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: £ >. Nên ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức S. Thay số ta được: S = S = 1,8.10-3 + C , m. S – C = 1,8.10-3, m. C = C3 = 0,22.10-3, m. S = 1,8.10-3 + 0,22.10-3 = 2,02 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức:[2- 365]. <= N/m2. Trong đó: P0: Ptt + Ptl , N/m2. Ptl: là áp suất thuỷ lực. Ptl = 1,5.19,44.104 = 29,16.104 N/m2. Suy ra: P0 = 29,16.104 + 2,76.104 = 31,92.104 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = N/m2. Thoả mãn điều kiện nên ta chọn S = 4 mm. Tính chiều dày nắp thiết bị. Chiều dày nắp thiết bị được tính theo 2 công thức: Lấy giá trị lớn hơn trong 2 công thức. S1 = (m). S2 = (m). Dt: Đường kính thiết bị, Dt = 1,8 m. D’: Đường kính được xác định theo công thức. D’ = Dt - 2.[Rg(1-cosa)+10.S1.sina] m. Nhưng D’ không nhỏ hơn 0,5. ( Dt - 2.Rg(1 - cosa) + d). Rg: bán kính uốn gờ. Rg = 0,225 m. Đường kính cửa quan sát d = 500 mm [s] = 146,67.106 N/m2. jh :Hệ số của mối hàn hướng tâm. jh = 0,95 a: góc ở đáy a = 70o y: yếu tố hình dạng . Ta có với tỉ số = 0,15 thì y = 1,1. P: áp suất tính cho nắp thiết bị. Để đảm bảo an toàn thì áp suất tính bằng tổng áp suất khí và tổng áp suất thuỷ tĩnh trong thiết bị. P =Pk N/m2 Trong đó Pk áp suất trên bề mặt dịch trong thiết bị. Pk = 1,7 kp/cm2 = 16,677.104 N/m2. Vậy P = 16,677.104 N/m2. S1 = m. S1 = 0,987.10-3 + C m S1 – C < 10 mm Nên chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m. S1 = 0,987.10-3 + 2,22.10-3 = 3,2.10-3 m =3,2 mm. Chọn đáy thiết bị có chiều đày S1 = 4 mm. Tính S2 Ta có: 0,5.[1,8 – 2. 0,225(1-cos70o) + 10.4.10-3.sin70o] = 0,5732 m. D’ = 1,8 –2.[0,225.(1-cos70o) + 10.4.10-3.sin70o] = 1,11 m. Vì £ = 835,5 > 50 Có thể bỏ qua P ở mẫu. Công thức tính S2 trở thành: S2 = S2 = = 1,94.10-3 + C m S2 – C = 1,94.10-3 < 10.10-3 m Nên chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m Do vậy S2 = 1,94.10-3 + 2,22.10-3 = 4,16.10-3 m Chọn S2 = 5.10-3 m = 5 mm. Như vậy S1 < S2 Vậy S =S2 = 5 mm. Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thuỷ lực. < N/m2. Trong đó: Po = 1,5.P = 1,5.16,677.104 = 250155 N/m2. Thay vào công thức thử = 78,14.106 N/m2 < 183,33.106 N/m2. Vậy S = 5 mm đáp ứng được yêu cầu chịu lực. Tính chiều dày đáy thiết bị. Chiều dày đáy thiết bị được tính theo 2 công thức sau: Lấy giá trị lớn hơn trong 2 công thức. S1 = m. S2 = m. Dt: đường kính thiết bị, Dt = 1,8 m. D’: đường kính được xác định theo công thức. D’ = Dt - 2.[Rg(1-cosa)+10.S1.sina] m. Nhưng D’ không nhỏ hơn 0,5. ( Dt - 2.Rg(1 - cosa) + d). Rg: bán kính uốn gờ, Rg = 0,27 m. Đường kính lỗ ở đáy d = 20 mm = 0,02 m. [s] = 146,667.106 N/m2. jh : hệ số của mối hàn hướng tâm, jh = 0,95. a: góc ở đáy, a = 60o. y: yếu tố hình dạng. Ta có với tỉ số = 0,15 thì y = 1,1. P: áp suất tính cho đáy thiết bị. Để đảm bảo an toàn thì áp suất tính bằng tổng áp suất khí và tổng áp suất thuỷ tĩnh trong thiết bị. P =Pk +Ptt N/m2 Trong đó Pk áp suất trên bề mặt dịch trong thiết bị. Pk = 1,7 kp/cm2 = 16,677.104 N/m2. Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của dịch lên thành thiết bị. Ptt = r.g.h . r: khối lượng riêng của dịch đường lấy là: r = 1044,13 kg/m3. h = 3,25 m Ptt = 1044,13.9,81.3,25 = 33289,47 N/m2. Vậy P = 16,677.104 + 33289,47 = 199959,47 N/m2. S1 = m. S1 = 1,18.10-3 + C m. S1 – C < 10 mm. Nên chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m. S1 = 1,18.10-3 + 2,22.10-3 = 3,4.10-3 m = 3,4 mm. Chọn đáy thiết bị có chiều đày S1 = 6 mm. Tính S2 Ta có 0,5.[1,8 – 2. 0,27(1-cos60o) + 10.6.10-3.sin60o] = 0,6559 m. D’ = 1,8 –2.[0,225.(1-cos60o) + 10.6.10-3.sin60o] = 1,156 m. Vì £ = 696,5 > 50 nên ta có thể bỏ qua P ở mẫu. Công thức tính S2 trở thành: S2 = S2 = = 1,66.10-3 + C m S2 – C = 1,66.10-3 < 10.10-3 m Nên chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m Do vậy S2 = 1,66.10-3 + 2,22.10-3 = 3,88.10-3 m Chọn S2 = 6.10-3 m = 6 mm. Như vậy S1 = S2 = 6 mm. Vậy S = 6 mm. Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thuỷ lực. < N/m2. Trong đó: Po = 1,5.P = 1,5.199959,47 = 299939,21 N/m2. Thay vào công thức thử = 68,94.106 N/m2 < 183,33.106 N/m2. Vậy S = 6 mm đáp ứng được yêu cầu. II.1.3. Tính toán quá trình trao đổi nhiệt: Quá trình lên men được biểu diễn bằng phương trình phản ứng: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + Q Trong quá trình lên men, mỗi mol đường sẽ giải phóng ra 50 kcal. Năng lượng này được nấm men sử dụng một phần, số còn lại 28 kcal được giải phóng ra môi trường và làm tăng nhiệt độ dịch lên men. Nhiệt lượng giải phóng khi lên men 1 kg đường. Q = Mặt khác, khi kết thúc giai đoạn lên men chính tốc độ lên men giảm, khi đó hàm lượng chất khô giảm, khoảng 0,15% ngày. Vậy nhiệt lượng toả ra do lên men trong giai đoạn hạ nhiệt độ lên men chính từ 16oC xuống 40C trong 24 h. Q1 = 25.1101,53.1044,13.10-3.0,15%.155,6/24 = 279,65 kcal/h. Trong giai đoạn lên men chính, lúc lên men mạnh nhất thì hàm lượng chất hoà tan giảm với tốc độ 1,8%/ngày. Với tốc độ này thì nhiệt lượng toả ra trong 24 h. Q2 = 25.1101,53.1,8% .155,6/24.1044,13.10-3 = 3085,55 Q2 = 3085,55 kcal/h. Lượng nhiệt cần lấy để hạ nhiệt độ dịch đường từ 140C xuống 20C. Q = m.C.Dt/t kcal/h. Trong đó: t: thời gian hạ nhiệt độ, t = 24h. m: khối lượng dịch bia non cần hạ nhiệt độ, kg. m = 5.1101,53.1044,13.10-3 = 5750,7 kg. Dt: hiệu nhiệt độ trước và sau khi hạ nhiệt độ. Dt = 14 – 2 = 120C. C = 4190 – (2514-7,5.t).x C = 4190-(2514-7,5.12).x x: hàm lượng chất tan. Dịch đường lên men chính có hàm lượng chất tan (tính theo % chất khô) từ 11% ữ 4%. x = 4% = 0,04. Suy ra: C = 4093,04 J/kg.độ. Thay số ta được: Qh = kcal/h. Nhiệt lượng do quá trình lên men toả ra: Qm = kcal/h. II.1.4. Tính kết cấu áo nước lạnh muối: Để duy trì nhiệt độ của dịch ổn định ở nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men và làm lạnh dịch bia non từ nhiệt độ lên men chính 140C đến khi kết thúc quá trình lên men chính ở 20C ta sử dụng muối lạnh -50C chạy trong các khoang áo muối xung quanh thân thùng lên men để bù tổn thất lạnh và lấy đi lượng nhiệt cần thiết. Lượng nhiệt cần cung cấp: Q = Q1 + Q2 + Qh + Qm . Q =279,65 + 3085,55 + 2810,96 + 37283,705 = 43459,87 kcal/h. Chọn phương án sử dụng nước muối 20% ở nhiệt độ -50C để làm lạnh và sau khi ra khỏi áo muối, nước muối có nhiệt độ là -30C. Trong khoảng nhiệt độ -50C đến -30C nước muối có: Cp = 2940 J/kg.độ = 0,702 kcal/kg.độ [1-207]. = 1160 kg/m3 [1-52]. Vậy lượng nước muối cần dùng là: m = kg/h. Thể tích nước muối tương ứng là: V = m3/h. Nhiệt lượng toả ra ở mỗi thùng lên men là: Q = kcal/h. Thể tích nước muối mỗi thùng là: V = m3/h. Bề mặt truyền nhiệt: [2-11]. Q = K. F. Dt. t. Suy ra: F = , m2. Trong đó: Q: lượng nhiệt trao đổi trong thời gian t. Q = 2172,99 kcal/h =3519,97 w. Dt: hiệu nhiệt độ trung bình giữa nước muối và dịch bia, 0C. K: hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ. Tính Dt: theo [2-11]. Dttb = A = T1: nhiệt độ đầu vào của dịch bia T1 = 14o C T1: nhiệt độ đầu ra của dịch bia T2 = 2o C t1: nhiệt độ đầu vào của nước muối t1 = -5o C t2: nhiệt độ đầu ra của nước muối t2 = -3o C A = Dttb = = 10,205o C Nhiệt độ ra trung nình của nước muối: [2-11] Ttb = t1 + Dttb.A = -5+ 10,205.ln1,4 Ttb =-1,6o C. Tính k: [2-3]. K = [] –1 a1: hệ số cấp nhiệt phía nước muối (W/m2.độ.). a2: hệ số cấp nhiệt phía dịch bia (W/m2.độ.). r: nhiệt trở của thành thiết bị (m2.độ/W). Dịch bia t2, a2 Thành thiết bị Dtt Nước muối t1, a1 d Màng Màng Hình 3 r = r1 + + r2 r1: nhiệt trở cặn bẩn phía nước muối (m2.độ/W). r1 =1/2500 m2 .độ/W [2 - 4] r2:nhiệt trở cặn bẩn phía dịch bia non (m2.độ/W). r2 = 0,725.10-3 m2 .độ/W [2 - 4] l : hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị (W/m.độ) l = 16,3 W/m .độ. r = r = 1,2.10-3 m2 .độ/W Nhiệt độ trung bình của dịch bia. Ttb = Ở nhiệt độ này ta có khối lượng riêng của dịch bia. r = 1044,13kg/m3 [1 - 65] Cp = 4190 –(2514 – 7,542.t).x Cp = 4190 –(2514 – 7,542.35).0,04 Cp =4099,99 J/kg.độ. m = 1,386.10-3 Ns/m2 [1 - 105] l = 0,552 w/m.độ. [1 - 135] b = 7.10-4 độ-1 [1 - 340] Nhiệt độ trung bình của nước muối là. Ttb =-1,717o C Ở nhiệt độ này nước muối có các thông số vật lí sau: r = 1160 kg/m3 [1 - 65] Cp = 3349 J/kg.độ. =0,99869 kcal/kg.độ. m = 3,013.10-3 Ns/m2 [1 - 112] l = 0,54 W/m.độ. [1 - 157] b = 3,549.10-5 độ-1 [1 - 337] Ở nhiệt độ 8o C dịch bia có: Chuẩn số Gratkow: Gr = Với Dt2 là chênh lệch nhiệt độ giữa dịch bia và môi trường tiếp xúc với nó. l: chiều dài thân thiết bị. Gr = 1,34.109.Dt2. Chuẩn số pran: Pr = Pr = =10,295 Ta có: Gr.Pr = 1,34.109.10,295.Dt2 Chế độ chuyển động trong thiết bị. Đây là quá trình trao đổi nhiệt cưỡng bức, nước được bơm từ dưới lên. Chấp nhận lưu thể làm lạnh ở chế độ chảy xoáy. Chọn Re = 104 Re = . Với: w = Kết hợp hai phương trình trên ta được đường kính tương đương của lớp áo lạnh. d = d = = 0, 051 m Ta có: dtd = Ta chọn kích thước khoang áo lạnh là 100´18 mm. Chuẩn số Nu: Nu = Ko.e.Re0,8.Pr0,43(Pr/Prt)0,25 Trong đó: e: hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài ống tới hệ số toả nhiệt. e = 1 Ko = 0,021 Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43(Pr/Prt)0,25 Pr = Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa nước muối và thành thiết bị là: Dt1 = 1,48o C. Nu =0,021.Re0,8.Pr0.43.(Pr/Prt)0,25 Nu = 0,021.(104)0,8.18,68860,43.(5,57/5,6)0,25 = 53,844 a1 = = W/m2 .độ. Nhiệt tải riêng qua lớp bề mặt áo lạnh tiếp xúc trực tiếp với nước muối. q1 =a1.Dt1 = 881,08.1,48 = 1304,012 W/m2 Chênh lệch nhiệt độ giữa thành trong của thiết bị và dịch bia non. Dt2 = [8 – (- 1,566)] - Dt1 – q1.r Dt2 = 9,566 – 1,48 – 1304,012.1,31.10-3 = 6,521o C Nhiệt độ của thành thiết bị tiếp xúc trực tiếp với dịch bia non. t = 8 – 6,521 = 1,479o C Ở nhiệt độ này dịch bia có các thông số vật lí như sau: Cp = 4090 J/kg.độ. [1 - 181] m = 1,731.10-3 Ns/m2 [1 - 105] l = 55,1.10-2 W/m .độ. = 0,551 kcal/m.độ.[1 - 155]. Chuẩn số Pran của dịch bia non ở 1,479o C Prt = = Prt = 12,7794 Pr/Prt =10,295/12,7794 = 0,9317 Với Dt2 = 6,521o C Ta có: Gr.Pr =1,34.109.10,295. Dt2 =1,38.1010.6,521 = 8,99.1010 Chuẩn số Nuyxen được xác định: Nu = 0,15.(Gr.Pr)0,33.(Pr/Prt)0,25 Nu = 0,15.(8,99.1010)0,33.(0,9317)0,25 Nu = 606,95 Hệ số cấp nhiệt phía dịch bia non: a2 = Trong đó: l chiều dài thiết bị. l = H = 2,53 m a2 = = 204,98 W/m2 .độ. Nhiệt tải riêng phía dịch bia non. q2 = a2.Dt2 q2 = 204,98.6,521 = 1336,684 W/m2. sai số Như vậy q1 » q2 ta chấp nhận giả thiết trên với. Dt1 = 1,48o C Hệ số truyền nhiệt. k = = 0,8597 . 101,49 kcal/m2 . h . độ. Bề mặt truyền nhiệt: F = Với : Q = 2172,99 kcal/h K = 87,25. Kcal/m2.h. độ. Dt = 10,205o C F = m2. Với đường kính thiết bị lên men chính là Dt = 1,8 m Kích thước khoang áo lạnh là 100 ´ 18 mm, tính cho một vòng của lớp áo lạnh thì diện tích bề mặt truyền nhiệt là: f = 3,14.1,8.0,1 = 0,565 m2 . Số vòng áo lạnh là: n = vòng. II.2. Tính và chọn các thiết bị khác: II.2.1. Thiết bị gây men cấp 2: Nguyên tắc chọn: Thể tích hữu ích của thùng nhân giống cấp 2 bằng 1/10 thể tích dịch lên men của thùng lên men chính, thể tích thùng gây giống cấp 1 bằng 1/3 thể tích hữu ích của thùng gây men giống cấp 2. Gọi V2 là thể tích hữu ích của gây men cấp 2 là: V2 = m3. D: là đường kính trong của thiết bị, m. h1: chiều cao phần nón. Với h1= m. h2: chiều cao phần trụ chứa dịch; h2= D. h3: chiều cao phần trụ không chứa dịch, m. h3=4 x Vtrống/(PD2 ). h4: chiều cao phần nắp: h4= 0,1D m. a: góc đáy côn, thường chọn a = 600C. V2 = PD2h2/4 + PD2h1/12 Suy ra: V2 = 1,29PD3/4 = 0,551. Suy ra: D = 1 m. h2= 1 m. h1 = 0,9 m. Chọn Vtrống = 25%V2, h4= 0,1D. Suy ra: h4 = 0,1 m. Vtrông= 25% ´ 0,551 = 0,14 m3. h3 = 4´Vtrống/PD2 = 0,18 m. Như vậy chọn thiết bị gây giống cấp 2 có: D = 1 m. H = 2,2 m. Thiết bị làm việc ở chế độ có áp lực, tốc độ. II.2.2. Thiết bị nhân giống cấp 1: Thể tích của thiết bị là: V1 = V2 = = 0,2 m3. Mà V1= 1,29´PD3/4 = 0,2. Suy ra: D = 0,6 m h1= 0,866´D = 0,5 m. h2 = 0,6 m. Chọn Vtrống = 25%V1, h4= 0,1D. h4 = 0,06 m. Vtrông= 25% ´ 0,2 = 0,05 m3. h3 = 4´Vtrống/PD2 = 1,2 m. Chọn thiết bị nhân giống cấp 1 có: D = 0,6 m. H = 2,2 m. II.2.3. Thùng rửa men: Thiết bị rửa men là thiết bị là thùng hình trụ đáy côn, chế tạo bằng thép không gỉ, phần đáy côn 600C. Một ngày cần lượng men sữa là: 137,69 lít. Khi đem rửa phải lấy dư ra so với lượng cần là 20%. Do đó lượng đem đi rửa là: 172,113 lít. Nước rửa đem dùng phải có thể tích bằng 2 lần thể tích men sữa cần rửa: 172,11 x 2 = 344,23 lít. Đây chính là thể tích hữu ích của thùng rửa men sữa. Với hệ số sử dụng thiết bị là 0,8 thì thể tích thực của thiết bị là: 430,28 lít. chọn h2=1,2 D, h1=0,866 D. Vthực = V trụ + V nón = h2 x pD2/4 + h1 x pD2/3. Vthực = 1,848 x D3 = 0,344 m3. Suy ra D = 0,6 m. Do vậy h1=0,5 m, h2= 0,7 m. Chọn thùng rửa men có: D = 0,6 m. H = 1,2 m. II.2.4. Máy lọc khung bản: Chọn máy lọc khung bản 2 cấp của Đức được chế tạo bằng Inox và dùng bột trợ lọc, có các thông số: năng suất 3000 lít /h. PHẦN V THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM Hệ thống kiểm tra sản xuất và kiểm tra chất lượng sản phẩm là bao gồm tất cả các thao tác đảm bảo và kiểm tra nhằm bảo tồn và cải tiến chất lượng sản phẩm và dịch vụ kinh tế để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Để có thể kiểm soát được chất lượng sản phẩm, phải thu nhận đầy đủ thông tin, bằng cách kiểm tra giám sát chặt chẽ từ khâu nguyên liệu cho đến thành phẩm. Qua quá trình theo dõi kiểm tra và nghiên cứu các thông tin, số liệu kiểm tra được có thể rút ra những kết luận nhằm đảm bảo, cải tiến nâng cao từng giai đoạn đồng thời cũng có những biện pháp công nghệ thích hợp cho từng giai đoạn, nhằm đảm bảo năng suất cũng như chất lượng sản phẩm. Trong phân xưởng nấu có các chỉ tiêu cần kiểm tra như sau: 1. Kiểm tra nguyên liệu: Kiểm tra trước khi nhập kho, trong quá trình bảo quản và đem ra sản xuất. 1.1. Kiểm tra bằng cảm quan các chỉ tiêu: + Hình dáng + Mùi vị + Màu sắc Đánh giá nguyên liệu tốt hay xấu được dựa trên yêu cầu, chỉ tiêu về nguyên liệu trong phần thuyết minh qui trình công nghệ. - Xác định độ ẩm của malt và gạo. - Xác định hàm lượng tinh bột trong malt và gạo. - Xác định độ hoà tan của malt và gạo. - Xác định hàm lượng chất đắng chung trong hoa houblon. 1.2. Kiểm tra trong quá trình sản xuất: - Kiểm tra thành phần bột sau khi nghiền. - Kiểm tra dịch đường sau khi đường hoá: Độ trong, màu sắc, nồng độ, mức độ đường hoá. 2. Xây dựng phòng thí nghiệm: Để có thể kiểm tra tốt các chỉ tiêu về hoá lý, vi sinh và cảm quan cần phải có phòng thí nghiệm để tiến hành đánh giá chất lượng. Phòng thí nghiệm phải được trang bị đầy đủ một số dụng cụ cần thiết, phục vụ cho công tác kiểm tra. Với sản phẩm là bia hơi và bia chai nên phòng thí nghiệm được xây dựng ngay tại khu vực sản xuất, phòng được xây dựng thoáng mát, cao ráo, sạch sẽ. Phòng thí nghiệm được chia làm 3 khu vực: - Phòng cho phân tích hoá lý, pha hoá chất. - Phòng cho phân tích vi sinh và nuôi cấy men giống gốc. - Phòng cho đánh giá cảm quan, lưu giữ mẫu và rửa dụng cụ thí nghiệm. 2.1. Các dụng cụ và hoá chất cần thiết: - Dụng cụ: + Cân phân tích + Bình tam giác + Cân kỹ thuật + Bình cầu + Tủ lạnh + Ống nghiệm + pipet +buret + Tủ ấm + Cốc đong + Tủ sấy + Bình tỷ trọng + Kính hiển vi + Nhiệt kế + Nồi hấp + Phễu thuỷ tinh + Bếp điện + Giấy lọc + Máy cất nước + Máy ly tâm + Giá đỡ ống nghiệm + Đũa thuỷ tinh + Máy đo pH + Bồn rửa + Khúc xạ kế + Buồng vô trùng + Đường kế + Que cấy + kẹp + Tỷ trọng kế + Buồng đếm+ micro pipet + Ống đong các loại + Máy lắc + Đèn cồn + kéo + Phiến kính, thị kính… + Hợp chất Petri + Bàn đựng dụng cụ - Hoá chất: + (NH4)2SO4 : Amônisunphat + NaOH + KH2PO4 : Kaliphotphatmobaric + Toluen + Thuốc nhuộm + Phenolptalein + HCl + Dịch tinh bột + KOH + MgSO4.7H2O + H2SO4 + FeSO4 + Metyl xanh, da cam + Feri xyanua kali + NaCl + Cồn 2.2. Các yêu cầu về sinh đối với phòng thí nghiệm: - Thường xuyên và định kỳ làm vệ sinh sát trùng phòng thí nghiệm. - Các dụng cụ, thiết bị phải được cọ rửa, sát trùng sạch sẽ trước và sau theo yêu cầu đề ra. - Thực hiện tốt vệ sinh cá nhân, bảo hộ lao động trong phòng thí nghiệm. - Không hút thuốc lá, ăn uống trong phòng thí nghiệm. - Sau khi làm việc phải lau chùi sạch sẽ, thu xếp gọn gàng, vệ sinh sát trùng tay chân. - Trước khi vào phòng vô trùng cẩn thận cần bật đèn tử ngoại 40 ữ 60 phút. - Không để các vật phẩm nuôi cấy vào môi trường, bị giây ra bàn ghế, nền nhà, dụng cụ, trường hợp có phải xử lý ngay. 2.3. Kết luận: Để làm tốt công tác này thì người làm phải có: - Trung thực và chuẩn xác trong công việc, làm việc có khoa học và thật nghiêm túc. - Luôn tiến hành kiểm tra từng công đoạn, duy trì và thực hiện qui trình kỹ thuật theo yêu cầu đề ra, phát hiện và đề ra những khuyết tật trong công nghệ. - Kiểm tra nguyên liệu trước khi sản xuất, trước và sau khi nhập nguyên liệu, để có hướng bảo quản và xử lý nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm và vệ sinh an toàn thực phẩm. 3. Những hoạt động liên quan đến đảm bảo chất lượng: * Xây dựng hệ thống HACCP: HACCP là phương pháp kiểm tra phòng ngừa, là một kỹ thuật nghiên cứu tìm hiểu và chỉ ra các điểm hiểm nguy có thể gây ra các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. * Nguyên tắc xây dựng hệ thống HACCP: 1. Kiểm tra mọi yếu tố liên quan đến sản xuất như: nhà xưởng, thiết bị, chỉ ra những mối nguy hại có thể. - Xác định yếu tố và mức độ kiểm ở từng điểm đó. - Xác định những điểm quan trọng trong dây chuyền sản xuất để kiểm tra dự phòng. - Xây dựng một hệ thống quan sát bằng thiết bị hoặc con người tại mọi thời điểm có thể xảy ra mối nguy hiểm. - Xác định biện pháp sửa chữa nếu số liệu kiểm tra được so với qui định ngoài giới hạn cho phép. - Đặt một hệ thống kiểm tra để đảm bảo hệ thống kiểm tra trên là tốt. 2. Xây dựng chương trình kiểm tra phòng ngừa HACCP: Để xây dựng chương trình kiểm tra phòng ngừa HACCP cần có một số phương tiện và người tham gia để kiểm tra tại các khâu sau: - Nhà xưởng: yêu cầu phải tốt, vệ sinh sạch sẽ. - Công đoạn nhận và bảo quản nguyên liệu. - Hoạt động và bảo dưỡng thiết bị. 3. Các bước tiến hành xây dựng hệ thống HACCP: - Dựa vào quy trình sản xuất để mô tả lại các tính chất của sản phẩm: công thức chế biến, thành phần bên trong của sản phẩm, hình thức bao bì, mô tả sản phẩm càng tỉ mỉ càng tốt. - Sản phẩm sẽ tiêu thụ ở đâu? dưới dạng nào? vì cùng là một sản phẩm, nhưng mỗi nước sẽ yêu cầu một hình thức và chất lượng khác nhau. - Sơ đồ sản xuất của xưởng có đáp ứng được yêu cầu của sản phẩm không? vẽ lại sơ đồ sản xuất trong đó mô tả các thao tác cụ thể của từng giai đoạn, mô tả, sắp xếp các thiết bị trong xưởng. - Kiểm tra lại thực tế dây chuyền sản xuất có đúng trong thiết kế không? Độ chính xác của chi tiết thiết kế và lắp đặt - Chỉ ra tất cả các mối nguy hại có thể xảy và trong dây chuyền sản xuất đó. Trong đó có 2 mối nguy hại chính là: vi sinh vật gây bệnh và nhiệt độ. Cần phân tích kỹ quy trình chế biến chỉ ra các hiểm nguy có thể. - Xác định điểm hiểm nguy cần kiểm soát, dựa vào tiêu chẩn để cho phép và giới hạn các tiêu chuẩn kỹ thuật có thể kiểm tra được. - Xác định các nguyên lý để theo dõi và kiểm tra xác định rõ sản xuất bằng thiết bị gì và kiểm tra thường xuyên định kỳ. - Các biện pháp sửa chữa khuyết tật ấy là yếu tố của phương pháp HACCP: Song song với việc kiểm tra cần sửa chữa ngay để đạt được chất lượng. - Xác định các nguyên liệu kiểm tra lại, xem xét lại hệ thống kiểm tra đặt ra bởi HACCP có được thực hiện đúng hay không? công tác thường thông qua kiểm tra sổ sách. - Xác định hệ thống ghi chép, tất cả các số liệu ghi chép được trong hệ thống HACCP cần được xử lý để đi đến kết luận xem HACCP làm việc có hiệu quả không? Nếu chưa phải tìm nguyên nhân và phương án khắc phục. Nói chung xây dựng hệ thống HACCP cho xưởng bia đòi hỏi khá công phu, cần nhiều người tham gia, cần được sự hỗ trợ của quản đốc phân xưởng. Lợi ích của HACCP là phân tích lấy mẫu, kiểm tra ở các điểm nguy hiểm để đề phòng. Cụ thể trong xưởng bia ta cần xác định được điểm hiểm nguy từ khâu nguyên liệu, trong dây chuyền công nghệ sản xuất đến khâu tiêu thụ sản phẩm. Với khâu nguyên liệu thì nước là điểm nguy quan trọng nhất, vì nước chiếm 80ữ90% trong bia thành phẩm, ngay từ đầu quá trình sản xuất nếu nước không đảm bảo chất lượng sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình sản xuất và chất lượng thành phẩm sau này. Tiếp theo là malt và gạo, hoa houblon…khi nhập cần phải đảm bảo chất lượng với các chỉ tiêu đạt mức cho phép của hệ thống tiêu chuẩn Việt nam mới đảm bảo chất lượng. Ở khâu sản xuất, điểm hiểm nguy là nhiệt độ và vi sinh vật gây bệnh vì ở khâu này trong dây chuyền sản xuất ngay ở công đoạn nghiền nguyên liệu, nếu nghiền malt trước khi nấu 24 giờ sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật lạ xâm nhập, ảnh hưởng đến công đoạn sản xuất sau, trong hồ hoá, đường hoá, nếu không thực hiện sâu sẽ dẫn đến chất lượng dịch đường không cao sẽ ảnh hưởng đến công đoạn lên men. Nói chung, nếu thực hiện tốt chương trình HACCP đề ra thì chất lượng sản phẩm sẽ được đảm bảo, HACCP cho phép dự đoán được chất lượng sản phẩm là cở sở để xưởng đảm bảo được chất lượng và gây dựng niềm tin trong kinh doanh trên thị trường. * Kết luận: Xây dựng hệ thống quản lý và kiểm tra sản xuất, kiểm tra chất lượng sản phẩm trong xưởng bia 5000 lít/ngày là một nhiệm vụ quan trọng và hết sức lớn lao trong suốt quá trình học tập. Hệ thống quản lý và kiểm tra chất lượng sản phẩm trong xưởng là rất cần thiết vì nó đảm bảo cho chất lượng sản phẩm luôn ổn định, đạt yêu cầu. Từ khâu kiểm tra nguyên liệu, kiểm tra các khâu sản xuất cho đến kiểm tra các lô thành phẩm bán trên thị trường, từ đó các số liệu cũng như thông tin phản hồi từ quá trình sản xuất và chất lượng sản xuất để khắc phục những mặt còn sót lại cùng khối kỹ thuật công nghệ và ban lãnh đạo phân xưởng, điều chỉnh hoặc thiết kế mới các sản phẩm đạt chất lượng cao phục vụ người tiêu dùng. Mặt khác hệ thống góp phần phòng ngừa, tránh hỏng, sự cố không đáng có trong sản phẩm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Đảm bảo sức khoẻ cho con người toàn xã hội. 4. Hệ thống tiêu chuẩn ngành, Quốc tế: 4.1. Xây dựng tiêu chuẩn: + Phải tiếp cận sử dụng tiêu chuẩn có sẵn thích hợp từ bên ngoài cơ quan tổ chức sẽ chấp nhận theo tiêu chuẩn đó. + Áp dụng càng nhiều càng tốt các kinh nghiệm của nước có cùng điều kiện phát triển. * Yêu cầu: - Tiêu chuẩn phải có cơ sở vững chắc đảm bảo kỹ thuật có khả năng đảm bảo kinh tế quốc gia. - Trong quá trình xây dựng tiêu chuẩn nếu được các bên quyền lợi khác chấp nhận càng rộng càng tốt. * Nguyên tắc: - Đảm bảo tính kinh tế. - Gắn với nhu cầu nền kinh tế gắn với thực tế nhu cầu công nghiệp. - Bảo vệ quyền lợi người sản xuất, người tiêu dùng. - Tiếp cận các tiến bộ mới nhất, có khả năng khuyến khích phát triển các thảo luận. 4.2. Xây dựng tiêu chuẩn Việt nam ( TCVN ): + Chuẩn bị cho xây dựng tiêu chuẩn: - Đề nghị và lập dự án TCVN - Xem xét dự án và xếp thứ tự cải tiến. - Duyệt dự án và lập kế hoạch xây dựng tiêu chuẩn. - Triển khai thực hiện kế hoạch xây dựng tiêu chuẩn. + Biên soạn dự thảo tiêu chuẩn. - Viết dự thảo tiêu chuẩn - Gửi dự thảo và thuyết minh cho các thành viên ban kỹ thuật góp ý cho dự thảo tiêu chuẩn. - Thu thập ý kiến xử lý, sửa, bổ xung dự thảo tiêu chuẩn. - Thông qua ý kiến dự thảo ở ban kỹ thuật. + Hoàn thành dự thảo tiêu chuẩn. - Gửi dự thảo và thuyết minh dự thảo để lấy ý kiến. - Tiếp thu sửa chữa bổ xung hoàn chỉnh dự thảo tiêu chuẩn. - Thông qua dự thảo tiêu chuẩn. - Lập hồ sơ tiêu chuẩn, trình dự thảo tiêu chuẩn dự tiêu chuẩn chất lượng. + Duyệt và ban hành tiêu chuẩn. - Thẩm tra kinh tế kỹ thuật và pháp chế kỹ thuật TCVN. - Thông qua hồ sơ dự án thảo tiêu chuẩn tại trung tâm tiêu chuẩn và chất lượng tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng. - Xét duyệt tiêu chuẩn đo lường chất lượng. + Xuất bản tiêu chuẩn. - Chuẩn bị chế bản. - Tổ chức sản xuất. - Phát hành tiêu chuẩn. 5. Các phương pháp kiểm tra hoá học trong quá trình sản xuất: 5.1. Kiểm tra nguyên liệu: + Xác định độ ẩm của malt và gạo: Theo phương pháp sấy khô thông thường ở t0 = 100 ữ 1050C(đến trọng lượng không đổi). Cần khoảng 5g nguyên liệu để nghiền nhỏ trong hợp nhôm đã biết trước trọng lượng. Đặt hợp nhôm vào tủ sấy trong 3 giờ ở t0 = 1050C, sau đó đem làm nguội trong bình hút ẩm và cân lại, tiếp theo đem vào tủ sấy tiếp 30ữ 60 phút nữa và làm nguội trong bình hút ẩm và cân lại. Sai số giữa 2 lần cân không quá 0,001g là được. Độ ẩm được tính theo công thức: W = 100% a: trọng lượng hợp nhôm + nguyên liệu trước khi sấy (g) b: trọng lượng hợp nhôm + nguyên liệu sau khi sấy (g) c: trong lượng hợp nhôm (g) + Xác định độ ẩm của hoa houblon bằng phương pháp trích ly: - Phương pháp này dựa vào tính chất và khả năng bay hơi của một số dung môi hữu cơ kéo theo trọng lượng nước có trong nguyên liệu, dung môi thường là toluen. - Cần 10ữ25g hoa houblon, nghiền nhỏ cho vào bình tam giác sau đó rót vào đó 100ữ150ml toluen, nối bình với ống sinh hàn với bình đựng có vạch chia, đun sôi dung dịch trong bình tam giác với tốc độ sao cho mỗi phút có 2 giọt chất lỏng rơi xuống ống chia độ. Tiếp tục đem cho đến lúc lượng nước trong ống chia độ không tăng được nữa, thời gian đun tuỳ thuộc vào độ ẩm và lượng nguyên liệu thường khoảng 30ữ45 phút. Đun xong ta thấy dịch trong ống chia độ chia làm 2 lớp, lớp toluen có tỷ trọng 0,87 nổi lên trên còn nước ở phía dưới, căn cứ mặt phân cắt giữa 2 chất lỏng ta biết được số ml nước đã trích ly ra từ hoa houblon. Độ ẩm được tính theo công thức sau: W = % X: Số ml nước lọc được trong ống chia độ Y: Số g hoa houblon đem dùng 5.2. Xác định hàm lượng tinh bột: Trong nhà máy thường dùng phương pháp thuỷ phân tinh bột trong dung dịch HCl 2%, sau đó dùng phương pháp graxianop để xác định hàm lượng tinh bột. * Cách làm cụ thể: - Cần 2 g bột khô chuyển vào bình tam giác 250ml và cho vào bình tam giác 100ml HCl 2% đậy nút, lắp ống sinh hàn khí lắc nhẹ và đặt vào nồi đun cách thuỷ tới sôi trong khoảng 2 giờ. Làm nguội nhanh đến nhiệt độ phóng và cho 4ữ5 giọt metyl da cam dùng NaOH trung hoà đến đổi mầu chuyển vào bình định mức 250ml rồi thêm nước cắt đến vạch và đem lọc dịch ta được dịch đường sạch. - Dùng pipet hút lấy 10ữ20ml dung dịch ferixyanuakali 1% cho vào bình tam giác(250ml) +3ữ5ml KaOH 2,5l + 3ữ4 giọt metyl xanh lắc đều và đặt lên bếp điện đun sôi sau 1ữ2 phút sôi dùng dung dịch đường sạch đã chuẩn bị, chuẩn bằng cách nhỏ liên tục vào bình tam giác 250ml đang sôi đến mất mầu metyl xanh đọc số ml dug dịch đường tiêu hao. Hàm lượng tinh bột được tính theo công thức: TB = a: Số gam glucoza tương ứng 20ml dung dịch ferixyanuakali 1%= 0,0225g. b: Số mol dịch đường pha loãng tiêu hao khi định phân. 0,9%: Hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. m: Số gam tinh bột đem định phân. + Xác định độ hoà tan của malt( theo phương pháp tiêu chuẩn). - Theo quy định của phương pháp thì bột malt đem dùng phải chứa > 85% bột mịn lọt qua dây số NO56. - Cách xác định: Cân 5 gam malt cho vào cốc 500ữ600ml đã biết trọng lượng, rót vào cốc 200ml nước có nhiệt độ 48ữ500C khuấy đều và đặt cốc vào nồi cách thuỷ giữ nhiệt độ 450C cho prôtêaza hoạt động. Sau 30 phút tăng dần nhiệt độ lên tới 700C, khi nhiệt độ đạt tới 70 0C rót thêm vào cốc 100ml nước nóng 700C rồi khuấy đều và đánh dấu thời gian từ phút thứ 6 trở đi, cứ sau 1 phút thử dịch đường hoá với dung dịch iốt 1% cho đến khi không đổi màu iốt. Tính thời gian từ khi đạt 700C đến khi không làm mất mầu iốt ta được thời gian đường hoá của malt - Tiếp theo vẫn giữ dung dịch ở nhiệt độ 700C cho tới 1 giờ kể cả thời gian đường hoá rồi đem làm nguội đến nhiệt độ phóng, lau khô phía ngoài cốc, rửa sạch đũa thuỷ tinh và thêm nước cất vào cốc đến trọng lượng 450g (không kể cốc) lọc qua giấy lọc, nước lọc thu được phải trong suốt ( nếu đục lọc lại ). - Đem xác định tỷ trọng của dung dịch bằng tỷ trọng kế hoặc bình tỷ trọng. - Tra bảng ta sẽ được nồng độ dịch đường theo % trọng lượng * Độ hoà tan được tính theo công thức: E1 = x % . e: Nồng độ dịch lọc tính theo % trọng lượng. W: Độ ẩm của malt. Độ hoà tan tính theo % chất khô theo công thức. E2 = x %. +. Phương pháp xác định năng lực đường hoá của malt: Trong sản xuất bia, năng lực đường hoá của malt đại mạch quyết định đến hiệu suất thuỷ phân tinh bột thành đường ảnh hưởng lớn đến chất lượng của bia và quyết định đến tỷ lệ nguyên liệu thay thế đưa vào trong sản xuất bia. Năng lực đường hoá được biểu diễn bằng mg đường maltoza tạo thành do tác dụng của enzim chứa trong 0,1 g malt sau khi thuỷ phân 30 phút ( to = 30oC, pH = 4,7 ữ 4,8). * Tiến hành thí nghiệm: Cân 10 ữ 20 g malt đã nghiền nhỏ trong cốc đã biết trong lượng, cho vào 450ml nước nóng 40oC khuấy đều và giữ ở nhiệt độ 40oC trong 1 giờ. Sau đó cho vào bình định mức 500ml làm nguội và cho đến ngấn bình, đem lọc qua giấy lọc lấy 125ml dung dịch tinh bột 2%, cho vào bình định mức 250ml sau 10 ữ 15 phút, cho vào 12,5ml dịch chiết malt đã giữ ở 30oC và giữ yên 30 phút, xong cho 3ml dung dịch NaOH 1N để đình chỉ hoạt động của men amilaza rồi đổ nước cất đến vạch. * Để xác định lượng maltoza tạo thành, ta lấy 50ml dịch cho vào bình tam giác 25ml ữ 250ml dung dịch I2 0,1N và 3ml NaOH 1N lắc nhẹ để 5 phút, sau đó cho 4,5ml H2SO4 1N và chuyển lượng I2 dư bằng dung dịch Na2S2O3 0,1N. Lượng I2 tiêu hao vào khoảng 5 ữ 15ml, nếu ngoài giới hạn này phải làm lại thí nghiệm và thay đổi lượng malt cho phù hợp ( chỉ thị dung dịch tinh bột 1% ) Song song ta cần làm thí nghiệm kiểm chứng để biết lượng I2 tiêu hao cho phản ứng với dịch chiết malt và tinh bột. Lấy 25ml dịch chiết malt thêm 250ml nước cất, 25ml dung dịch I2 0,1N, 3ml NaOH 1N. Để yên 5 phút sau đó cho 4,5ml H2SO4 1N rồi chuẩn lượng I2 dư bằng Na2S2O3 0,1N với chỉ thị tinh bột 1% tiếp theo lấy 25ml dung dịch tinh bột 2% cho vào bình tam giác 250ml, 25ml nước cất, 10ml I2 0,1N, 3ml NaOH 1N để yên 5 phút, sau đó cho 4,5ml H2SO4 1N và chuẩn lượng I2 còn lại bằng Na2S2O3 0,1N. * Tính kết quả: Lực Dizataza ( năng lực đường hoá) được xác định theo công thức: DC = [a(b/10 + c)] .k.17,1. a,b,c: Lượng I2 0,1N tiêu hoa ở thí nghiệm thực, dịch triết malt và dịch tinh bột . 17,1: Số mg maltoza tương ứng 1ml dung dịch Na2S2O3. 5H2O k: Hệ số pha loãng phụ thuộc vào lượng malt lấy ban đầu. Đối với malt vàng năng lực được đáng giá như sau: DC = 100: malt rất xấu DC = 100-150: malt xấu DC = 150-200: malt trung hoà DC = 200-250: malt tốt DC > 250: malt rất tốt + Xác định độ cứng của nước theo phương pháp Torilon B. - Độ cứng: Bao gồm có độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh viễn, độ cứng chung. Độ cứng tạm thời là gây nên bởi các muối của Ca+ và Mg+ nhưng của axit vô cơ CaSO4, CaCl, MgSO4, MgCl2, Ca3(HPO4)2. - Độ cứng chung: Là tổng số cả 2 độ cứng trên trong sản xuất bia vàng người ta thường dùng nước có độ cứng tam thời 0,713mg/l( 0,36-0,72mg/l). * Tơrtlon B kết hợp với iôn Ca2+ và Mg2+ tạo thành liên kết bền vững, chất chỉ thị Friocrom đen kết hợp với Mg2+ tạo thành hợp chất có mầu đỏ như rượu nho. * Khi tơrilon B kết hợp hoàn toàn với Ca2+ và Mg2+ màu của dung dịch sẽ biến thành màu xanh da trời, nhờ đó rất dễ nhận khi phản ứng kết thúc. - Hoá chất: Dung dịch tơrilon B 0,1N( EDTA) Cân 18,613 g rồi hoà thành 1 lít ( nếu đục đêm lọc) muốn xem xét nồng độ tơrilon B có đúng không ta dùng hỗn hợp CaCl2, và MgSO4 0,01N để chuẩn, muốn vậy lấy 75ml dung dịch CaCl2 và MgSO4 0,1N cho vào bình định mức, lấy 100ml dung dịch vừa pha cho vào bình tam giác 250ml, thêm vào đó 5ml dung dịch đệm amôniac và 5ữ6 giọt chỉ thị ETOO lắc đều rồi dùng EDTA chuẩn xuống đến khi từ màu đỏ nhạt chuyển thành màu xanh da trời . * Căn cứ vào lượng tiêu tốn ta suy ra nồng độ EDTA. Dung dịch đệm NH3. Cân 3g NH4Cl rồi hoà tan với 1 lít nước song chuyển toàn bộ vào bình định mức 1 lít thêm vào đó 8,8ml dung dịch NH4OH 25%, thêm nước cất tới vạch mức. Chỉ thị ETOO. Cân 0,5 g ETOO rồi hoà tan bằng cồn 96%, chuyển vào bình định mức 100ml thêm vào đó 10ml dung dịch đệm NH3 rồi thêm cồn tới vạch định mức. Tiến hành. Lấy 100ml H2O cho vào bình tam giác 250ml, thêm 5ml dung dịch đệm + 5 giọt chỉ thị ETOO. Rồi dùng EDTA 0,1N chuẩn đến xuất hiện mầu da trời, số ml EDTA tiêu tốn đến nhân với 2,8 ta được độ cứng chung của nước. DC = 2,8 . Vm ( EDTA) Mdg = Muốn xác định độ cứng vĩnh viễn ta làm như sau: Lấy 500ml cho vào bình cầu 1 lít rồi đem cân ta được a(g), sau đó nối bình với ống sinh hàn khí và đem đun sôi khoảng 1 giờ, tiếp theo làm lạnh tới nhiệt độ phóng, lau khô và đem cân lại, khi cân lấy thêm nước cất để bình đạt tới trọng lượng ban đầu a(g) sau đó đem lọc kỹ rồi lấy. 100ml nước lọc để xác định độ cứng vĩnh viễn: Phương pháp tiến hành: Tương tự như trên. Độ cứng vĩnh viễn = Số ml EDTA x 2,8. Độ cứng tạm thời = Độ cứng chung - Độ cứng vĩnh viễn. 1 độ cứng tương đương 10mg CaO và 14 mg MgO/1l H2O. 1mg đương lượng tương đương 20,4 mg Ca2+ hay 12,16 mg Mg2+/1l nước. 5.3. Phương pháp kiểm tra trong quá trình sản xuất: Chủ yếu sử dụng các phương pháp kiểm tra thông dụng, tiện lợi bằng các trang thiết bị và công cụ chuyên dùng như máy đo pH, thước đo độ đường, nhiệt kế, kiểm tra bằng cảm quan về sắc màu, độ trong, hương vị, kết lắng sau lên men, kiểm tra mức độ đường hoá bằng iốt, sau quá trình đường hoá theo dõi, kiểm tra quá trình lên men, kiểm tra một số thành phẩm sau lên men chính và trong quá trình lên men phụ như độ axit, độ cồn, nồng độ CO2 bằng các phương pháp hoá học đã biết. PHẦN VI. TÍNH TOÁN KINH TẾ Tính toán kinh tế là một phần quan trọng không thể thiếu trong bất cứ một công trình xây dựng nào. Dựa vào phần tính toán kinh tế này ta biết được đơn giá, lên kế hoạch chi phí xây dựng, lắp đặt thiết bị, công nghệ và các chi phí có liên quan trong quá `trình thực hiện. Qua đó trình lên cấp có thẩm quyền xét duyệt. Phần tính toán kinh tế là không thể thiếu trong khi thực hiện thiết kế công trình, xưởng nó quyết định sự thành bại của phân xưởng. Dựa vào năng suất yêu cầu được xây dựng và các phần quan trọng khác như chọn địa điểm xây dựng , chọn dây chuyền công nghệ, chọn thiết bị, tính cân bằng sản phẩm, kết cấu xây dựng phân xưởng.. Tất cả các phần tinh bột và lựa chọn trên đòi hỏi người thiết kế phân xưởng, công trình phải có kiến thức tổng hợp nhằm tìm ra biện pháp tối ưu đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Nội dung phần tính toán kinh tế. Năng suất thiết kế phân xưởng bia là 5000 lít /ngày. Dựa vào kết quả tính toán ở phần trước nên ta có thể tính toán kinh tế theo các bước sau: I. Vốn đầu tư cho nhà máy: I.1. Vốn đầu tư cho công trình xây dung: Chi phí đầu tư xây dựng được tính theo đơn vị là 1 m2 xây dựng nhân với đơn giá lấy theo kinh nghiệm thực tế cho từng hạng mục, cụ thể như trong bảng 1. Bảng 1 TT Tên công trình Diện tích (m2) Đơn giá (triệu đồng) Thành tiền (triệu đồng) 1 Phân xưởng nấu 288 1 100 000 316,8 2 Phân xưởng lên men 288 1 100 000 316,8 3 Phân xưởng hoàn thiện 100 1 100 000 110 4 Kho nguyên liệu + s. phẩm 150 1 000 000 150 5 Khu Hành chính 120 1 200 000 144 6 Xưởng cơ điện 100 1 000 000 100 7 Nhà nồi hơi 12 1 000 000 12 8 Bãi chứa than, xỉ than 100 600 000 60 9 Trạm biến thế 20 600 000 12 10 Kho vỏ chai, bock 100 600 000 60 11 Gara ôtô 30 600 000 18 12 Khu xử lý nước thải 12 1 000 000 12 13 Nhà giới thiệu sản phẩm 70 800 000 56 14 Nhà để xe đạp 60 600 000 36 15 Nhà vệ sinh tắm giặt 12 1000 000 12 16 Bể chứa nước đã xử lý 36 600 000 21,6 17 Thu hồi CO2, dịch lạnh 12 1000000 12 18 Phòng bảo vệ 10 600 000 6 Tổng cộng là: 1455,2 Ngoài các khoản mục trên nhà máy còn phải xây dựng hệ thống giao thông, thông thoát nước, vườn hoa….lấy bằng 15% so với tổng chi phí xây dựng ở trên. Vậy vốn xây dựng của nhà máy là: Vxd= 1455,2 x 1,15 = 1673,48 đồng I.2. Vốn đầu tư cho thiết bị: Vốn đầu tư cho thiết bị được trình bày trong bảng 2. Bảng 2 TT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá (triệu đồng) Thành tiền (triệu đồng) 1 Cân 1 1,2 1 ,2 2 Máy nghiền malt 1 8 8 3 Máy nghiền gạo 1 5 5 4 Thùng chứa bột malt 1 2 2 5 Thùng chứa bột gạo 1 1 1 6 Nồi hồ hoá 1 15 15 7 Nồi đường hoá 1 25 25 8 Nồi nấu hoa 1 30 30 9 Thùng lắng xoáy 1 80 80 10 Nồi nước nóng 1 50 50 11 Nồi nước lạnh 1 50 50 12 Thùng chứa bã malt 1 10 10 13 Máy lạnh nhanh 1 12 12 14 Thiết bị rửa men 2 10 20 15 Thiết bị gây men cấp II 1 5 5 16 Thiết bị gây men cấp I 1 5 5 17 Máy lọc khung bản 1 50 50 18 Thiết bị lên men chính 20 25 500 19 Thiết bị bão hoà CO2 2 20 30 20 Máy rửa bock+chiết bock 1 65 65 21 Dây chuyền chiết chai 1 120 120 22 Các loại bơm 10 1 10 23 Hệ thống vệ sinh 4 2 8 24 Nồi hơi 1 80 80 25 Máy nén 1 60 60 26 Xe ôtô 1 150 150 27 Hệ thống xử lý nước 200 28 Hệ thống điện 100 Tổng 1672,2 Tổng chi phí đầu tư thiết bị chính là : 1672,2 triệu đồng. Các thiết bị phụ lấy bằng 15%, chi phí vận chuyển, lắp đặt lấy bằng 15% so với thiết bị chính. Vậy tổng giá trị thiết bị là: 1672,2 x(1+0,15+0,15) = 2173,86 triệu đồng Thuế giá trị gia tăng 5%: Tổng giá trị đầu tư thiết bị là: 2173,86 x (1+0,05) = 3260,7 triệu đồng I.3. Tổng chi phí đầu tư cho nhà máy: Vcd= Vxd+ Vtb= 1673,48 + 3260,79= 4934,27 triệu đồng. II. Tính giá thành cho sản phẩm: II.1. Chi phí nguyên liệu chính: (Bảng 3) . Bảng 3 TT Tên nguyên liệu Số lượng Đơn giá Thành tiền (triệu đồng) 1 Malt 202326 7000 1416,282 2 Gạo 86706 3400 294,8 3 Hoa viên 1950 52000 101,4 4 Cao hoa 195 200000 39 Tổng 1851,4824 II.2. Nguyên liệu phụ(Gp): Theo kinh nghiệm chi phí nguyên liệu phụ chiếm 4% so với chi phí nguyên liệu chính: Gp= 1851,4824 x 4% = 74,059 triệu đồng II.3. Chi phí nhiên liệu và động lực: Nhiên liệu bao gồm: Điện, than, nước với tổng chi phí là:167,804 triệu đồng. II.4. Chi phí tiền lương: * Tính nhân lực cho các bộ phận sản xuất. Số công nhân có mặt trong nhà máy trong một ngày đêm là :34 người. * Tính số công nhân có trong danh sách: Số công nhân có trong danh sách bằng số công nhân có mặt + Số công nhân điểm khuyết: Theo kinh nghiệm thì hệ số điểm khuyết Hdk= 1,1 Số công nhân có trong danh sách là : 34 x 1,1= 38 người Lương bình quân tính cho đầu người là: 1,2 triệu đồng. Quĩ tiền lương của nhà máy trong 1 năm là: 38 x 1,2 = 547,2 triệu đồng. Bảo hiểm tính theo lương: Lấy bảo hiểm bằng 19% quĩ lương: Gh= 19% x 547,2 = 103,968 triệu đồng. Chi phí sử dụng nhà xưởng, thiết bị (khấu hao tài sản cố định). Chi phí khấu hao sử dụng máy móc(Ptb) lấy bằng 10% so với Vcd: Vậy: Ptb = 2173,86 x 10%= 217,386 triệu đồng. Chi phí khấu hao nhà xưởng lấy bằng 5% so với Vxd: Pxd = 1673,48 x 5% = 83,674 triệu đồng. Vậy khấu hao tài sản cố định là: P = Pxd + Ptb= 83,674 + 217,386 = 301,06 triệu đồng. Tổng chi phí là : G1 = 3045,5734 triệu đồng. Ngoài các chi phí kể trên, khi hoạt động nhà máy còn thêm 6% chi phí quản lý Phân xưởng, 2% chi phí dịch vụ bán hàng, 2% chi phí phát sinh trong quá trình sản xuất. Vậy: G2= G1*1,1 = 3045,5734 x 1,1 = 3350,131 triệu đồng. Tính giá thành toàn bộ. G = G2- G3 Trong đó G3 là là tiền thu nhận từ việc bán sản phẩm phụ của nhà máy như sữa men, bã malt, CO2 dư. Lượng bã malt thu được hàng năm là : 280995 kg. Giá bán 300 đồng/kg Lượng sữa men dư thừa: 6592,2 kg. Giá bán 1000 đồng/kg Lượng CO2 dư là : 26092,2 kg. Giá bán 3000 đồng/kg Vậy: G3 = 169,1673 triệu đồng. G = 3180,9637 triệu đồng. Do đó giá thành một đơn vị sản phẩm là(tính trung bình cho bia chai và bia hơi). Gsp= = 2120,64 đồng/lít. (NS = 1500000 ) Vậy định mức giá bán như sau: Căn cứ vào giá thành bình quân một lít bia sản phẩm và giá cả hàng hoá bia hiện nay thì việc định mức giá bán 1 lít bia sao cho nhà máy có lợi nhuận. Giá bán : + bia hơi : 3 000 đồng + bia chai: 6 000 đồng. III. Đánh giá các chỉ tiêu kết quả và hiệu quả: Tổng doanh thu của nhà máy: DT = Pi : Giá một đơn vị sản phẩm. Qi : Số sản phẩm được bán ra. DT = 600000 x 3000 + 900000 x 6000 = 96 000 000 000 đồng. Doanh thu thuần= GT-VAT. Thuế giá trị gia tăng: nhà máy bia là đơn vị sản xuất đặc biệt nên phải chịu thuế giá trị gia tăng (VAT). Doanh thu thuần của nhà máy (DTT): DTT = DT - (Thuế vốn + các khoản giảm trừ +thuế tiêu thụ). Khoản giảm trừ gồm : + Giảm giá bán do chất lượng sản phẩm kém và được thoả thuận với khách hàng. + Chiết khấu bán hàng : là khoản giảm trừ cho người mua để khuyến khích bán với số lượng lớn, mua thường xuyên thanh toán đúng hạn. Các khoản này thường lấy 2% so với doanh thu. Thuế vốn: Thường lấy 3% so với vốn lưu động và vốn cố định của nhà máy: + Vốn cố định: Vcd= 4934,27 triệu đồng. + Vốn lưu động của nhà máy: Vld Vld = Số vòng quay năm: 1 chu kì sản xuất của nhà máy là: 20 ngày. Vậy số vòng quay 1 năm là := 18,25 vòng/năm. Để an toàn sản xuất ta chọn số vòng quay là 12 vòng/ năm. Vậy vốn lưu động: Vld = = 265,08 triệu đồng. Vậy thuế vốn( TV): TV = (Vcd + Vld). 0,036 = (4934,27+265,08).0,036 = 187,1766 triệu đồng. Thuế tiêu thụ đặc biệt bằng 50% doanh thu Doanh thu thuần là: DTT = DT(1-0,5-0,02) -TV= 7200 x(1-0,5-0,02) –187,1766 = 3268,823 triệu đồng. Nên tổng lợi nhuận: TLN = DTT - tổng chi phí (giá thành toàn bộ) = = 3268,823 – 3180,9637 = 87,8596 triệu đồng. Đánh giá các chỉ tiêu hiệu quả. Doanh lợi lao động : DLĐ = TLN/số lao động = 87,8596/38 = 2,3 64. đồng/người. Số tiền được quay vòng để phát triển nhà máy. KẾT LUẬN Sau một thời gian tham khảo, tra cứu các tài liệu với sự hớng dẫn nhiệt tình của GS.TS Nguyễn Văn Xá, bản đồ án của em với đề tài: “ Thiết kế phân xởng sản xuất bia 5000 lít/ngày và hệ thống kiểm tra chất lợng sản phẩm”. Em đã hoàn thành đợc một số nội dung nh sau: Tổng quan: Đã đa ra đợc đợc cái nhìn khái quát về thành phần, tính chất của nguyên vật liệu làm bia là: Malt và hoa houblon. Trình bày đợc công nghệ sản xuất bia, trong phần này bao gồm: Các phơng pháp lựa chọn về công nghệ nh: Phơng pháp đờng hoá, phơng pháp lên men, chọn loại men hợp lý cũng nh các nguyên liệu phụ khác. Tính toán: Đã tính đợc cân bằng vật liệu và nhiệt lượng. Tính và chọn thiết bị: bao gồm (Thiết bị hồ hoá, thiết bị đờng hoá, nồi nấu hoa…). Xây dựng một hệ thống kiểm tra chất lợng sản phẩm. Kinh tế: Đã tính toán và dự trù chi phí hợp lý cho quá trình sản xuất có lãi và thời gian thu hồi vốn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. Hà nội 1987 tập I. 2. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật.hà nội 1999 tập II. 3. GS.TS. Nguyễn Bin. Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩmNhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. Hà nội 1999 tập 1. 4. GS.TS.Nguyễn Bin. Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. Hà nội 1999 tập 2. 5. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn Huỳnh. Cở sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội-2000 tập 1. 6. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn Huỳnh. Cở sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội-2000 tập 2. 7. PGS. TS. Hoàng Đình Hoà. Công nghệ sản xuất malt và bia. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-2000. 8. Hồ Sưởng. Công nghệ sản xuất bia. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-2000. 9. Bùi ái. Kỹ thuật sản xuất malt và bia. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội-1994. 10. Hoá sinh công nghiệp 11. Nguyễn Đức Lợi. Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-2002.