Đồ án Thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đường với hoa houblon gia nhiệt kiểu ống chùm

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỒI ĐUN SÔI DỊCH ĐƢỜNG VỚI HOA HOUBLON GIA NHIỆT KIỂU ỐNG CHÙM GVHD: Phan Vĩnh Hƣng SVTH1: Lê Thị Bé Hồng -2005130206 -04DHTP2 SVTH2: Nguyễn Thị Bích Kiều -2005130198 -04DHTP2 TP.HỒ CHÍ MINH - THÁNG 5/2016 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... Tp Hồ Chí Minh, ngày.tháng.năm 2016 Giảng viên hƣớng dẫn Phan Vĩnh Hƣng NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... Tp Hồ Chí Minh, ngày.tháng.năm 2016 Giảng viên phản biện LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa công nghệ thực phẩm, trƣờng Đại học Công nghiệp Thực phẩm TpHCM đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện tốt đồ án này. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Vĩnh Hƣng đã tận tình hƣớng dẫn cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trƣờng Đại học Công nghiệp thực phẩm thành phố Hồ Chí Minh nói chung, quý thầy cô trong bộ monn Kỹ thuật thực phẩm nói riêng đã dạy dỗ chúng em những kiến thức đại cƣơng cũng nhƣ các kiến thức chuyên ngành, giúp chúng em có đƣợc cơ sở li thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án này. Nhóm em chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Nhóm sinh viên thực hiện LỜI MỞ ĐẦU Bia là loại nƣớc giải khát có cồn đƣợc nhiều ngƣời ƣa thích. Bia là loại nƣớc giải khát nếu uống một cách hợp lí thì rất có lợi cho sức khỏe. Ngày nay, ngành công nghệ sản xuất bia ngày càng phát triển ở khắp nơi trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Nguyên liệu chính trong sản xuất bia là malt, nƣớc và hoa houblon. Trong đó, hoa houblon là một nguyên liệu tuy chiếm một tỉ lệ rất nhỏ nhƣng có vai trò quan trọng giúp bia có vị đắng và hƣơng thơm đặc trƣng. Đến nay ngƣời ta vẫn chƣa tìm đƣợc nguyên liệu nào có thể thay thế hoa houblon trong công nghệ sản xuất bia. Vì vậy công đoạn đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon là một công đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Do đó nhiệm vụ đồ án của chúng em là thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon và thiết bị gia nhiệt đƣợc sử dụng là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm. Đây là loại thiết bị đƣợc sử dụng rất phổ biến trong công nghệ thực phẩm. Với nhiệm vụ nhƣ trên, đồ án của nhóm em gồm 4 phần chính: 1. Tổng quan về bia và thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp. 2. Tính toán thiết bị nồi đun sôi với thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm. 3. Tính bền cơ khí và tính thiết bị phụ. 4. Vẽ thiết bị nồi đun sôi có thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm bên trong. Trong thời gian thực hiện đồ án này, chúng em đã nhận đƣợc sự tận tình hƣớng dẫn của thầy Phan Vĩnh Hƣng cũng nhƣ sự cố gắng tìm tài liệu để hoàn thành đồ án tuy nhiên không tránh khỏi sự thiếu sót. Do đó, chúng em rất mong sự góp ý kiến của các thầy cô để dồ án hoàn thiện hơn. Từ đó, tích lũy những kinh nghiệm bổ ích cho cuộc sống cũng nhƣ cho nghề nghiệp tƣơng lai. Mục lục CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................................................1 1.1. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ....................................................................................................................1 1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA ................................1 1.3. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BIA ....................................................................................................1 1.3.1. Trên thế giới .........................................................................................................................1 1.3.2. Tại Việt Nam ........................................................................................................................1 1.4. NGUYÊN LIỆU ...........................................................................................................................2 1.4.1. Malt đại mạch .......................................................................................................................2 1.4.2. Nƣớc .....................................................................................................................................2 1.4.3. Hoa houblon .........................................................................................................................2 1.4.4. Nấm men ..............................................................................................................................2 1.4.5. Thế liệu .................................................................................................................................3 1.5. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA ...........................................................................3 1.5.1. Sơ đồ công nghệ ...................................................................................................................3 1.5.2. Thuyết minh quy trình: .........................................................................................................5 1.5.2.1. Nghiền nguyên liệu ......................................................................................................5 1.5.2.2. Hồ hóa và thủy phân nguyên liệu .................................................................................5 1.5.2.3. Lọc tách bã, rửa bã .......................................................................................................5 1.5.2.4. Nấu dịch đƣờng với houblon ........................................................................................5 1.5.2.5. Làm lạnh dịch đƣờng....................................................................................................6 1.5.2.6. Lên men chính và thu hồi CO2 .....................................................................................6 1.5.2.7. Lên men phụ và làm chin bia .......................................................................................6 1.5.2.8. Lọc trong bia ................................................................................................................6 1.5.2.9. Bảo hòa CO2 .................................................................................................................6 1.5.2.10. Đóng chai, đóng lon .....................................................................................................7 1.5.2.11. Thanh trùng bia ............................................................................................................7 1.6. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐUN SÔI DỊCH ĐƢỜNG VỚI HOA HOUBLON ...7 1.6.1. Các quá trình cơ bản và các yếu tố ảnh hƣởng .....................................................................7 1.6.1.1. Trích ly và hòa tan chất đắng vào dịch đƣờng .............................................................7 1.6.1.2. Trích ly và hòa tan các thành phần khác ......................................................................8 1.6.1.3. Sự biến hình phi thuận nghịch và kết màng protein .....................................................8 1.6.1.4. Sự thay đổi thế oxy hóa-khử ........................................................................................9 1.6.2. Kĩ thuật đun sôi và houblon hóa dịch đƣờng........................................................................9 1.6.2.1. Kỹ thuật đun sôi ...........................................................................................................9 1.6.2.2. Hàm lƣợng và phƣơng pháp nạp ............................................................................... 10 1.7. THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ................................................................................................. 11 1.7.1. Khái niệm: ......................................................................................................................... 11 1.7.2. Phân loại: ........................................................................................................................... 11 1.7.3. Các loại thiết bị trao đổi nhiệt thƣờng gặp ........................................................................ 11 1.7.3.1. Loại vỏ bọc ................................................................................................................ 11 1.7.3.2. Loại ống..................................................................................................................... 12 1.7.3.3. Loại có dạng tấm ....................................................................................................... 13 1.7.4. Cấu tạo và ứng dụng một số dạng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm .................................. 13 1.8. CHỌN THIẾT BỊ ...................................................................................................................... 14 1.9. CÁC THIẾT BỊ VÀ CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG NỒI ĐUN SÔI .................................... 14 CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH .......................................................... 16 2.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG ........................................................................... 18 2.1.1. Dữ liệu ban đầu ...................................................................................................................... 18 2.1.2. Cân bằng vật chất .................................................................................................................... 18 2.1.2.1. Lƣợng houblon sử dụng ................................................................................................... 18 2.1.2.2. Lƣợng bã hoa .................................................................................................................... 19 2.1.2.3. Tính lƣợng nƣớc trong dịch đƣờng ban đầu ..................................................................... 19 2.1.3. Cân bằng năng lƣợng .............................................................................................................. 19 2.2. THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐUN NÓNG BÊN TRONG ...................................................................... 21 2.2.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt .................................................................... 21 2.2.1.1. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình ................................................................................... 21 2.2.1.2. Hệ số cấp nhiệt khi ngƣng tụ hơi: ............................................................................... 21 2.2.1.3. Hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch cần đun sôi ............... Error! Bookmark not defined. 2.2.1.4. Xác định hệ số trao đổi nhiệt tổng quát K ........................................................................ 25 2.2.1.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt ........................................................................................... 26 2.2.2. Tính kích thƣớc buồng đốt ..................................................................................................... 26 2.2.2.1. Số ống truyền nhiệt ......................................................................................................... 26 2.2.2.2. Tính đƣờng kính thiết bị gia nhiệt .................................................................................... 26 2.2.2.3. Kiểm tra diện tích truyền nhiệt .................................................................................. 27 2.2.3. Kích thƣớc tấm định hƣớng hình nón cụt trên buồng đốt ................................................. 27 2.2.4. Kích thƣớc tấm định hƣớng hình trụ ................................................................................. 28 2.2.5. Nón phân tán dịch ............................................................................................................. 28 2.3. TÍNH KÍCH THƢỚC NỒI ĐUN VÀ TỔN THẤT TRONG QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT 28 2.3.1. Tính đƣờng kính trong của thiết bị .......................................................................................... 28 2.3.2. Tổn thất nhiệt lƣợng cho phần thân tiếp xúc với dịch đƣờng .................................................. 29 2.3.3. Tổn thất nhiệt lƣợng của dịch đƣờng khi tiếp xúc với thân: ............................................. 30 2.3.4. Tổn thất nhiệt lƣợng cho phần đáy: ................................................................................... 31 2.3.5. Tổn thất nhiêt lƣợng ở phần nắp và 1 phần của thân do hơi nƣớc bốc hơi: Error! Bookmark not defined. 2.3.6. Tổn thất nhiệt lƣợng qua ống ngƣng: ................................................................................ 36 CHƢƠNG 3: TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ ........................................................... 41 3.1. THIẾT BỊ GIA NHIỆT TRUNG TÂM .......................................................................................... 41 3.1.1. Sơ lƣợc về cấu tạo ................................................................................................................... 41 3.1.2. Tính toán ................................................................................................................................. 41 3.1.3. Tính bền cho các lỗ ..................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2. TÍNH KÍCH THƢỚC CÁC ỐNG DẪN ........................................................................................ 43 3.2.1.Cửa tháo sản phẩm ................................................................................................................... 44 3.2.2. Cửa nạp liệu ............................................................................................................................ 44 3.2.3. Ống dẫn hơi đốt ....................................................................................................................... 44 3.2.4. Ống dẫn nƣớc ngƣng ............................................................................................................... 45 3.3. TÍNH VỈ ỐNG ................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Sơ lƣợc cấu tạo ............................................................................ Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.4. TÍNH THÂN THIẾT BỊ ..................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.4.1. Sơ lƣợc về cấu tạo: ...................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.4.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.5. TÍNH CHO ĐÁY THIẾT BỊ .............................................................. Error! Bookmark not defined. 3.5.1. Sơ lƣợc cấu tạo ........................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.5.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.6. TÍNH CHO NẮP THIẾT BỊ .......................................................................................................... 51 3.6.1. Sơ lƣợc về cấu tạo ....................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.6.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.7. TÍNH CHÂN ĐỠ THIẾT BỊ .......................................................................................................... 55 3.7.1. Sơ lƣợc cấu tạo chân đỡ thiết bị .............................................................................................. 55 3.7.1.1. Khối lƣợng nắp nón .............................................................. Error! Bookmark not defined. 3.7.1.2. Khối lƣợng thép làm thân nồi ........................................................................................... 56 3.7.1.3. Khối lƣợng thép làm đáy ellipse tiêu chuẩn ..................................................................... 57 3.7.1.4. Khối lƣợng thép làm ống truyền nhiệt.............................................................................. 57 3.7.1.5. Khối lƣợng vỉ ống ............................................................................................................ 57 3.7.1.6. Khối lƣợng buồng đốt .....................