Đề tài Nghiên cứu thiết kế hộ thống tiết kiệm năng lượng cho hệ thống thiết bị nhà nấu bia

LỜI MỞ ĐẦU Cùng với việc gia tăng dân số và nền kinh tế phát triển đến chóng mặt tại các nước đang phát triển thì mức độ tiêu thụ năng lượng tại các quốc gia này cũng đang tăng mạnh. Tuy nhiên nếu xét từ khía cạnh hiệu quả của việc sử dụng năng lượng, thì do kĩ thuật và công nghệ của các nước này còn thua xa so với các nước phát triển, nên năng lượng tiêu phí một cách vô ích rất nhiều. Vì vậy, nếu cứ để nguyên tình trạng tiêu thụ năng lượng một cách quá đà như hiện nay thì chẳng mấy chốc sẽ xảy ra tình trạng cung không đủ cầu Chính vì thế cho nên việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và tiết kiệm là một vấn đề rất được các nước quan tâm nghiên cứu. Hiện nay tại nhiều nơi trên thế giới, đã nghiên cứu và triển khai nhiều chương trình tiết kiệm năng lượng cho các ngành công nghiệp nói chung, đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất bia nói riêng và đã thu được nhiều kết quả rất khả quan. Cụ thể như ở Nhật, Đức. là một trong những quốc gia đã tiến hành ngiên cứu và áp dụng rất thành công các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong các nhà máy bia. Ví dụ như nhà máy bia KIRIN của Nhật Bản với công suất 290 triệu lít/năm (năm 2000), là nhà máy bia có trang bị hệ thống tiết kiệm năng lượng rất hiện đại, có mức tiêu thụ hơi chỉ là: 231,7 kg/KLBia/năm. Ở Việt Nam đây cũng là một quốc sách trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong công nghệ sản xuất bia. Đây là điều hết sức thiết thực và cấp bách mà các nhà máy bia cần phải quan tâm nghiên cứu để giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm. Nhất là trong bối cảnh như hiện nay, sự biến động giá cả của các mặt hàng nguyên, nhiên, vật liệu mà đặc biệt là trong thị trường năng lượng trên thế giới, cũng như chính sách về giá bán điện sản xuất . thì việc tiết kiêm năng lượng lại càng trở nên cần thiết hơn bao giờ hết, có tính chất sống còn đối với các doanh nghiệp. Mặt khác hiện nay, đa số các nhà máy bia của ta đang hoạt động theo công nghệ và thiết bị cũ kĩ nên chi phí sản xuất cao, khả năng cạnh tranh kém. Vì vậy việc cải tiến thiết bị, đưa công nghệ mới vào nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng để hạ giá thành sản phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh là việc làm rất cần thiết nhất là khi Việt Nam đang trong quá trình hội nhập và gia nhập WTO. Hơn nữa hiện nay ở Việt Nam chưa có một đơn vị nào giải quyết vấn đề tiết kiệm năng lượng nói chung và năng lượng nhiệt trong nhà máy bia nói riêng một cách bài bản. Chính vì vậy bản luận văn tốt nghiệp này của em với nội dung “Nghiên cứu thiết kế hộ thống tiết kiệm năng lượng cho hệ thống thiết bị nhà nấu bia”, với hi vọng sẽ phần nào đó đáp ứng được nhu cầu hết sức cấp thiết trên. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sơ lược về ngành công nghệ sản xuất bia trên thế giới Ngành công nghiệp sản xuất bia, có lịch sử phát triển lâu đời. Lịch sử đã chứng minh rằng, cách đây 5000 năm, chính người Sumérien và người Assyrien là những cư dân đầu tiên biết làm ra và sử dụng một loại đồ uống lên men từ các hạt ngũ cốc nảy mầm và được người Hy Lạp gọi là beer. Đến thế kỷ XIX, cùng với việc xuất bản các nghiên cứu về bia của Louis Paster, thay vì sản xuất bia thủ công, con người đã tạo ra một ngành sản xuất công nghiệp và ngành khoa học nghiên cứu về loại đồ uống này trên phạm vi toàn thế giới. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật hiện đại, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới, góp phần không nhỏ vào việc làm cho ngành công nghiệp này ngày càng phát triển lớn mạnh. Cho đến ngày nay, bia đã trở thành một loại đồ uống không thể thiếu được trong cuộc sống của con người hiện đại do bia là loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có độ cồn thấp với hương thơm đặc trưng của malt đại mạch, hoa houblon và các sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men. Nhà máy bia đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại Đức năm 1040, và ngay tại thời điểm đó, bia đã trở thành thức uống rất được ưa chuộng ở các nước Châu Âu khác như: Tiệp Khắc, Đan Mạch, Pháp...). Hiện nay, ngành công nghiệp bia phát triển rất nhanh, đem lại nguồn thu nhập tương đối cao cho ngành kinh doanh bia và các dịch vụ, sản phẩm phụ đi kèm. Một số nước Châu Âu có khí hậu lạnh, nhưng lại là khu vực có truyền thống sản xuất bia, ngành công nghiệp bia ở khu vực này phát triển rất mạnh, tiêu biểu là nhu cầu tiêu thụ bia của một số nước trong khu vực rất cao so với tiêu thụ bia trên thế giới, thống kê bình quân mức tiêu thụ bia hiện nay ở một số nước Châu Âu: Cộng hòa Séc 160 lít/người/năm. Cộng hòa liên bang Đức 127 lít/người/năm. Đan Mạch 125 lít/người/năm. Bỉ, Hà Lan là 120 đến 160 lít/người/năm và phổ biến là 80 lít/người/năm. Châu Á là khu vực có ngành công nghiệp bia phát triển muộn hơn Châu Âu. Nhưng khu vực này có dân số đông và là thị trường trẻ cho nên mức tiêu thụ bia đang ngày càng tăng. Sản xuất và tiêu thụ bia hằng năm của một số nước trong khu vực trước kia thấp, nhưng đến nay đã tăng trưởng khá nhanh, bình quân 6,5%/năm, ví dụ: Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm. Trung Quốc có mức tăng trưởng trên 20%/năm. Theo thống kê, hiện nay trên thế giới có khoảng trên 25 nước sản xuất bia với sản lượng khoảng 100 tỷ lít/năm. Trong đó có một số nước có sản lượng cao, chiếm khoảng 10% tổng sản lượng của thế giới như: Mỹ, CHLB Đức mỗi nước sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm và Trung Quốc khoảng 7 tỷ lít/năm. Tổng sản lượng bán ra riêng năm 2003 của một số nước trên thế giới là: Trung Quốc: 247,7 triệu lít; Mỹ: 241,8 triệu lít H1; Đức: 101 triệu H1; Brzil: 82,2 triệu H1; Nga: 74 triệu H1; Nhật Bản: 68,1 triệu H1; Anh: 120 triệu H1; Mexico: 54 triệu H1; Tây Ban Nha: 34 triệu H1; Việt Nam: 9,4 triệu H1... (nguồn: Euromonitor, Anheuser – Busch). Nhìn chung ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới hiện nay đang phát triển một cách nhanh chóng, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Ở những nước có nhu cầu tiêu dùng cao, mức tiêu thụ bình quân đầu người lên tới 100 lít/người/năm. Bảng 1-1: Mười nước có mức tiêu thụ bia bình quân đầu người cao nhất STT Tên nước Mức tiêu thụ bình quân (lít/người/năm) 1 Tiệp 154 2 Đức 144 3 AiLen 134 4 Ểc 120 5 Bỉ 114 6 New Zealand 111 7 Áo 108 8 Đan Mạch 107 9 Hung ga ri 107 10 Anh 104  Nguồn: Tổng Công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn, tháng 12 /2004 1.2 Tổng quan về ngành công nghiệp bia ở Việt Nam 1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam Trong 5 năm gần đây, do tác động của những yếu tố chính như tốc độ tăng GDP (tổng thu nhập quốc dân), tăng dân số, đô thị hoá, du lịch, tốc độ đầu tư, sắp xếp tổ chức sản xuất... ngành công nghiệp Bia Việt Nam đã có tốc độ tăng trưởng cao, bình quân 8 - 12% năm. Đặc biệt năm 2003, sản lượng bia đạt 1.290 triệu lít, tăng 20,7% so với năm 2002, đạt 79% so công suất thiết kế, tăng 90 triệu lít so chỉ tiêu năm 2005 của quy hoạch, tiêu thụ bình quân đầu người đạt khoảng 16 lít/người/năm. Nộp ngân sách khoảng 3650 tỉ đồng. Năm 2004 đạt 1.372 triệu lít (tăng 14,3% so Quy hoạch 2005) và năm 2005 đạt khoảng 1500 triệu lít (tăng 25% so với Quy hoạch). Số lượng cơ sở sản xuất: Do yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm và sự phát triển mạnh của các doanh nghiệp sản xuất bia lớn, có trình độ quản lý, công nghệ, thiết bị hiện đại, có thương hiệu uy tín đã vươn lên chiếm lĩnh thị trường, nên một số cơ sở sản xuất bia nhỏ, không có thương hiệu, không đủ khả năng cạnh tranh, sản phẩm không tiêu thụ được, sản xuất kinh doanh thua lỗ, nợ đọng thuế phải phá sản hoặc sát nhập, hoặc chuyển hướng sang sản xuất ngành hàng khác. Do đó số lượng cơ sở sản xuất đã giảm xuống so với những năm cuối thập kỷ 90. Đến năm 2003 chỉ còn 326 cơ sở/469 cơ sở (năm 1998). Có 24 tỉnh, thành phố có sản lượng bia > 20 triệu lít. Trong đó có SABECO (Tổng Công Ty Bia- Rượu – Nước Giải Khát Sài Gòn) có năng lực sản xuất trên 200 triệu lít/năm; HABECO (Tổng Công Ty Bia- Rượu – Nước Giải Khát Hà Nồi) và công ty liên doanh nhà máy bia Việt Nam trên 100 triệu lít/năm và 15 nhà máy bia có công suất lớn hơn 15 triệu lít, 19 nhà máy đạt sản lượng sản xuất thực tế trên 20 triệu lít; và khoảng 265 cơ sở có năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/năm, chủ yếu là bia hơi, thiết bị trong nước, cở sở sản xuất thủ công lạc hậu, chất lượng kém. Đến 2010, xu hướng sẽ giảm dần các cơ sở sản xuất nhỏ, kém hiệu quả nêu trên. Sản lượng và năng lực sản xuất: Về sản lượng sản xuất bia, Việt Nam đứng hàng thứ 8 ở Châu Á sau Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, ấn Độ,... và đứng hàng thứ 3 sau Thái Lan. Philippines tại khu vực Đông Nam A Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội và Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn đã phát huy hết công suất, ngoài ra Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn còn liên kết với các nhà máy bia địa phương sản xuất sản phẩm bia Sài Gòn để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của nhân dân. Hiện nay, hai Tổng công ty đang tiếp tục chuẩn bị đầu tư xây dựng các nhà máy bia mới công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại: Nhà máy bia Củ Chi, Vĩnh Phúc, Đà Nẵng, Đắc lắc,... Với hình thức đầu tư đa dạng, góp vốn cổ phần để huy động mọi nguồn vốn của các thành phần kinh tế. Sản lượng năm 2003 hai Tổng công ty đạt 472,28 triệu lít (kể cả lượng bia liên kết sản xuất với các nhà máy bia địa phương), chiếm 36,61% thị phần cả nước. Các doanh nghiệp FDI (Doanh nghiệp có vốn đàu tư nước ngoài) có 7 doanh nghiệp đạt 293,73 triệu lít, chiếm 22,77% thị phần; khai thác 69,92% công suất thiết kế, doanh nghiệp địa phương và các thành phần kinh tế khác có 310 cơ sở, đạt 523,99 triệu lít chiếm 40,62% thị phần cả nước, nhưng chủ yếu là bia hơi có giá trị thấp. Năng lực sản xuất bia tập trung chủ yếu tại những tỉnh thành phố trực thuộc Trung ương như: TP. Hồ Chí Minh chiếm: 23,2% tổng năng lực sản bia toàn quốc, TP. Hà Nội: 13,44%, TP. Hải Phòng: 7,47%; tỉnh Hà Tây: 6,1%; Tiền Giang: 3,79%; Huế: 3,05%; Đà Nẵng: 2,83%. Các nhà máy bia được phân bố tại 49 tỉnh thành trên 64 tỉnh thành của cả nước tập trung tập trung chủ yếu tại khu vực Đông Nam Bộ, đồng bằng Sông Hồng, Trung Bộ và Nam Trung Bộ. Các khu vực Tây Nguyên, Đồng Bằng Sông Cửu Long, Trung du miền núi phía Bắc, năng lực sản xuất bia ở mức thấp. Đến nay (Tính đến năm 2005), có 15 tỉnh không có cơ sở sản xuất bia bao gồm: An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Bình Phước, Đắc Lắc, Đắc Nông, Đồng Tháp, Gia Lai, Hậu Giang, Kiên Giang, Lai Châu, Long An, Ninh Thuận, Trà Vinh, Tuyên Quang. Đầu tư: Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng về bia và vươn lên giữ vai trò chủ đạo, 2 Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội và Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn đang gấp rút chuẩn bị các thủ tục, triển khai các giai đoạn trong các dự án đầu tư chiều sâu, mở rộng, đầu tư mới theo Quy hoạch đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Đồng thời xây dựng kế hoạch đầu tư từ nay đến năm 2010 như sau: +Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội: Đã hoàn thiện dự án nâng công suất nhà máy Bia Hà Nội tại 183 Hoàng Hoa Thám lên 100 triệu lít/năm (năm 2001); chuẩn bị lập dự án đầu tư mới nhà máy bia tại Vĩnh Phúc công suất 100 triệu lít/năm, có khả năng mở rộng lên 200 triệu lít/năm (năm 2010); Mở rộng năng lực sản xuất Công ty Cổ phần Bia Thanh Hoá từ 20 triệu lít/năm lên 40 triệu lít/năm. Tổng công ty đã tiếp nhận Công ty Bia Hải Dương và Công ty Bia Quảng Bình về làm công ty con đồng thời chuẩn bị đầu tư nâng cống suất tại các doanh nghiệp này. +Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn mở rộng, nâng công suất nhà máy Bia Cần Thơ từ 15 triệu lít lên 50 triệu lít/năm; Nhà máy Bia liên doanh Sài Gòn – Phú Yên từ 15 triệu lít lên 50 triệu lít/năm, nhà máy Bia Hà Tĩnh từ 15 triệu lít lên 30 triệu lít/năm. Đầu tư mới nhà máy Bia Củ Chi 100 triệu lít, có khả năng mở rộng lên 200 triệu lít/năm, nhà máy Bia Bạc Liêu 15 triệu lít. Ngoài ra hai Tổng công ty sẽ tiếp tục xem xét, tiếp nhận một số doanh nghiệp Bia địa phương đã đầu tư thiết bị tương đối tiên tiến nhưng khó khăn về tài chính, sản xuất tiêu thụ khó khăn về làm thành viên (công ty con) của Tổng công ty hoặc giúp đỡ về kỹ thuật để gia công sản xuất bia Sài Gòn. + Các doanh nghiệp sản xuất bia có vốn đầu tư nước ngoài, một số đã đạt công suất cho phép (giấy phép đầu tư) nay xin phép nâng công suất như: Công ty Bia Việt Nam từ 150 lên 230 triệu lít, công ty Bia Huế đầu tư mới 50 triệu lít (tại khu công nghiệp Phú Bài, Huế), nhà máy liên doanh Đông Hà- HuDa (Quảng Trị) 30 triệu lít đã được chính phủ cho phép lập báo cáo nghiên cứu khả thi. Công ty Foster’s Đà Nẵng cũng đề nghị cho mở rộng công suất từ 45 triệu lít lên 75 triệu lít/ năm. + Các nhà máy bia địa phương và các thành phần kinh tế khác cũng đầu tư mở rộng nâng năng lực sản xuất và chuẩn bị đầu tư như: Vilaken, Nghệ An đầu tư mới 100 triệu lít, công ty bia Hải Phòng nâng công suất từ 30 triệu lít lên 50 triệu lít/năm, Công ty Bia Á Châu (Bắc Ninh) nâng công suất từ 35 triệu lít lên 50 triệu lít/năm, Công ty Tân Hiệp Phát (Bình Dương) 100 triệu lít lên 150 triệu lít. Thương hiệu bia: Những thương hiệu bia được sản xuất tại Việt Nam đang chiếm ưu thế, đứng vững trên thị trường và có khả năng tiếp tục phát triển mạnh trong quá trình hội nhập bao gồm: Sài Gòn, Sài Gòn special, “333”, Hà Nội, Heineken, Tiger, Halida, Carlsberg, Huda, Foster’s, Larue. Lượng bia mang các thương hiệu này đạt: 713,8 triệu lít, chiếm 55,24% thị phần tiêu thụ. Ngoài ra, mảng thị trường cao cấp cũng đã xuất hiện một số loại bia nhập khẩu như Budweiser, Corolla, Ashahi. và các nhà hàng bia tươi (TP Hà Nội: 9 nhà hàng, TP. Hồ Chí Minh: 7 nhà hàng) với sản lượng nhỏ, nhưng bắt đầu được tiêu dùng phổ biến ở hai thành phố trên. Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn đang liên kiết với các nhà máy bia địa phương để sản xuất thương hiệu bia Sài Gòn khoảng trên 80 triệu lít/năm tại công ty Bia Hương Sen (Thái Bình), Công ty Bia – Nước giải khát Hà Tĩnh, nhà máy bia ViDA (Nghệ An), công ty bia Hà Nam, Công ty rượu Đồng Xuân, công ty Bia Thanh Hoá, Công ty liên doanh Bia Sài Gòn - Phú Yên, và mới đây là nhà máy bia Á Châu. Từ nay đến 2010, Tổng công ty dự kiến sẽ tiếp tục liên kết với các nhà máy bia địa phương để sản xuất khoảng 130 triệu lít/ năm. Trình độ công nghệ và trang thiết bị: - Công nghệ sản xuất bia Hai công nghệ lên men vẫn được sử dụng song song tại Việt Nam hiện nay là lên men cổ điển và lên men theo công nghệ mới. + Công nghệ lên men cổ điển: là công nghệ sử dụng hệ thống nhà lạnh lên men chính – phụ riêng biệt, chủ yếu được sử dụng trong các cơ sở sản xuất cũ và các cơ sở có quy mô nhỏ hoặc rất nhỏ (công suất dưới 1 triệu lít/năm, ở địa phương). Lên men theo phương pháp này có nhược điểm là tốn nhiều năng lượng, khó khăn trong việc thao tác cũng như vệ sinh. + Lên men theo công nghệ mới: theo công nghệ này, quá trình lên men chính và phụ cùng (thực hiện) trong một thùng hình trụ đáy côn; là công nghệ thuộc loại tiên tiến hiện nay, chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy có công suất vừa và lớn mới được xây dựng hoặc được cải tạo. -Thiết bị sản xuất bia. Các nhà máy vừa và lớn mới được xây dựng hoặc được cải tạo thường trang bị hệ thống thiết bị hiện đại, tự động hoá một phần – chủ yếu là do các nước có nền công nghiệp tiên tiến sản xuất. Còn lại các cơ sở nhỏ và rất nhỏ ở địa phương thường sử dụng các thiết bị cũ, thiết bị nhập lẻ và các dây truyền thiết bị được sản xuất ở các nước có trình độ công nghiệp thấp, thiếu đồng bộ. Cụ thể những nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít tại Việt Nam đều có thiết bị hiện đại, tiên tiến, được nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như Đức, Mỹ, Ý,. Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít cho đến nay cũng đã được đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến vào sản xuất. Thiết bị được đầu tư mới ngoài những nước phát triển kể trên còn lại là của Trung Quốc và chế tạo trong nước. Các cơ sở còn lại với công suất thấp vẫn đang trong tình trạng thiết bị, công nghệ lạc hậu, yếu kém, không đạt yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm. Chủng loại sản phẩm Hiện nay trên thị trường có 03 loại chủng loại sản phẩm bia chủ yếu là bia chai, bia lon, bia hơi ngoài ra bia tươi cũng đã bắt đầu xuất hiện và chiếm một thị phần tương đối nhỏ chủ yếu ở các Thành Phố lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh + Sản phẩm bia chai: có Sài Gòn xuất khẩu (chai 355ml x 20 chai/ ket), Sài Gòn xanh (chai 450ml x 20 chai/ket), Hà Nội (chai 450ml x 20 chai/ket), Hager (chai 330ml x 24 chai/ket), Huda (chai 370ml x 24 chai/ket), Tiger (chai 330ml x 24 chai/ket), Tiger (chai 640ml x 24 chai/ket), Heiniken (chai 330ml x 24 chai/ket)... + Sản phẩm bia lon: các sản phẩm bia lon chủ yếu trên thị trường đều theo kích thước chuẩn là 330ml x 24 lon/thùng, gồm: 333, Sài Gòn, Hà Nội, Halida, Carlsberg, Huda, Heinken, Sanmiguel, Foster’s, Tiger,... Tổng số các sản phẩm này chiếm thị phần 70% sản lượng bia của Việt Nam, trong đó sản phẩm của SABECO chiếm khoảng 25%. + Bia hơi: chủ yếu phục vụ nhu cầu tại địa phương do các cơ sở sản xuất nhỏ hoặc tư nhân tự sản xuất. Trang thiết bị thiếu đồng bộ, điều kiện sản xuất, nhà xưởng không đảm bảo về mặt vệ sinh, môi trường, hệ thống quản lý chất lượng yếu hoặc không có nên sản phẩm làm ra thường có chất lượng không ổn định, kết hợp với tình trạng cạnh tranh không lành mạnh – trốn thuế – vừa làm ảnh hưởng đến tình hình sản xuất tiêu thụ bia của các nhà máy lớn vừa ảnh hưởng đến sức khoẻ người tiêu dùng. Nguyên liệu: Cho đến nay, ngành bia vẫn là một ngành nhập siêu, theo số liệu của Hải quan, năm 2003 kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu cho sản xuất bia (chủ yếu là malt và hoa houblon) khoảng 76 triệu USD. Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội cũng đã nghiên cứu và cho trồng thử đại mạch ở một số vùng nhưng kết quả chưa đáng kể do khí hậu thổ nhưỡng của nước ta không phù hợp cho trồng đại mạch. Kinh nghiệm ở Nhật Bản là nước có nền công nghiệp rất phát triển nhưng họ không trồng đại mạch mà vẫn nhập khẩu cho sản xuất bia (vì khí hậu đất đai không phù hợp như một số vùng chuyên canh trên thế giới nên nhập khẩu malt vẫn là hiệu quả và tối ưu hơn). Công ty TNHH Đường Malt đã đầu tư nhà máy chế biến Malt từ đại mạch nhập khẩu với công suất 50.000 tấn/ năm. Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn và Hà Nội cũng dự kiến đầu tư một nhà máy chế biến Malt từ đại mạch với công suất 100.000 tấn/năm. Hiện nay, một số hãng bia nổi tiếng trên thế giới (Mỹ, Nam Phi, Đan Mạch,.) đang xúc tiến tìm hiểu thị trường bia Việt Nam và có mong muốn được hợp tác liên doanh với các doanh nghiệp sản xuất bia hàng đầu ở Việt Nam để góp vốn, áp dụng khoa học, công nghệ tiên tiến nhằm nâng cao chất lượng bia nội, mở mang thị trường xuất khẩu. 1.2.2 Định hướng phát triển ngành công nghiệp bia Việt Nam Theo báo cáo của Bộ công nghiệp trình Thủ tướng về việc điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia - Rượu - NGK Việt Nam đến năm 2010, mục tiêu cho đến năm 2010, xây dựng ngành Bia - Rượu - NGK thành một ngành kinh tế mạnh, khuyến khích sử dụng nguyên liệu trong nước, phát triển sản xuất các sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu hàng hóa mạnh trên thị trường. Để đạt được điều này, định hướng phát triển của ngành đến năm 2010 nêu rõ: - Hiện đại hóa công nghệ, từng bước thay thế công nghệ, thiết bị lạc hậu hiện có bằng công nghệ thiết bị hiện đại, tiên tiến đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm, môi trường. Ưu tiên sử dụng thiết bị trong nước tương đương chất lượng thiết bị nhập khẩu. - Tập trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn, phát huy tối đa năng lực sản xuất của các thiết bị và công nghệ tiên tiến, hiện đại. - Quy hoạch và xây dựng các phòng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu ứng dụng, triển khai thực hiện gắn với việc ứng dụng khoa học, công nghệ vào sản xuất. * Tình hình thực hiện quy hoạch ngành Bia – Rượu – NGK Trong hai năm rưỡi thực hiện Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia – Rượu- Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010, ngành Bia – Rượu - Nước giải khát ở nước ta nhìn chung đã đạt được những kết quả khả quan, không ngừng phát triển với tốc độ tăng trưởng cao và đã hạn chế việc đầu tư phát triển tràn lan, kém hiệu quả như trước khi có Quy hoạch. Một doanh nghiệp thuộc ngành sản xuất kinh doanh có hiệu quả, chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao, thương hiệu có uy tín trên thị trường trong và ngoài nước, khả năng cạnh tranh cao, tăng thu cho ngân sách Nhà nước, tạo thêm việc làm, thu nhập ổn định cho người lao động, góp phần phát triển kinh tế xã hội; trong đó 2 Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội và Sài Gòn là những đơn vị đóng góp tích cực, thực sự đóng vai trò chủ đạo trong ngành. Theo báo cáo của các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung Ương, của 2 Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội (HABECO) và Sài Gòn (SABECO) và hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam, chỉ riêng năm 2003, giá trị sản xuất công nghiệp của ngành Bia – Rượu – Nước giải khát đã đạt 14.029 tỷ đồng, bằng 4,63% giá trị toàn ngành công nghiệp của cả nước. Doanh thu đạt 16.497 tỷ đồng và đã đóng góp ngân sách Nhà nước trên 5000 tỷ đồng, (tương đương 320 triệu USD), tạo việc làm, thu nhập ổn định cho trên 20.000 lao động, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân dân về số lượng, chất lượng, chủng loại sản phẩm; đồng thời thúc đẩy một số ngành liên quan phất triển như thương mại, dịch vụ, nông nghiệp, giao thông vận tải... Sản lượng sản xuất và tiêu thụ bia toàn quốc đạt khoảng 1.290 triệu lít, khai thác 78,8% công suất thiết kế. Trong đó HABECO và SABECO đã đạt 472,28 triệu lít bia (bằng 36,61% toàn ngành). Toàn ngành (Rượu – Bia – NGK) có 50 dự án FDI còn hiệu lực với tổng số vốn đầu tư đăng ký là 1.324,7 triệu USD, trong đó có 25 dự án hoạt động theo hình thức 100% vốn nước ngoài với số vốn đầu tư đăng ký 622 triệu USD, 24 dự án liên Doanh với số vốn đầu tư đăng ký 720,69 triệu USD và một dự án hợp Doanh sản xuất nước khoáng đóng chai. Một số doanh nghiệp FDI trong lĩnh vực sản xuất bia cũng đã đạt công suất cho phép và đang lập Dự án xin phép đầu tư mở rộng. * Sự cần thiết phải điều chỉnh quy hoạch. Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam đạt được mức tăng trưởng trung bình hàng năm khoảng 12% đến 15%. Mức sống và tiêu thụ bia bình quân đầu người cũng tăng khá cao. Tình hình phát triển chung của Việt Nam được thể hiện qua bảng sau: Bảng 1-3: Tình hình dân số Việt Nam giai đoạn 1999 – 2003 Năm Dân số (ngàn người) Dân số phân bố theo thành thị và nông thôn Tỷ lệ tăng dân số theo thành thị và nông thôn Thành thị Nông thôn Thành thị Nông thôn 1999 76.596,7 18.081,6 58.515,1 3,53 2000 77.635,4 18.771,9 58.863,5 3,82 0,60 2001 78.685,8 19.469,3 59.216,5 3,72 0,60 2002 79.727,4 20.022,1 59.705,3 2,84 0,83 2003 80.902,4 20.869,5 60.032,9 4,23 0,55 Bảng 1-4: Tình hình phát triển chung Việt Nam giai đoạn 1999-2003 Năm Chỉ tiêu 1999 2000 2001 2002 2003 Tổng sản phẩm trong nước (tỷ đồng) 256.272 273.666 292.535 313.247 334.989 Chỉ tiêu phát triển(%) 104,77 106,79 106,89 107,08 107,26 Do tác động của những yếu tố như: Tốc độ tăng GDP, tăng dân số, đô thị hoá, hội nhập, du lịch, đầu tư. Thúc đẩy nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao đối với sản phẩm bia, nước giải khát. Thực tế sản xuất bia, nước giải khát đã vượt qua chỉ tiêu trong quy hoạch giai đoạn 2005 – 2010. Trong khi sản xuất rượu không đạt chỉ tiêu đề ra. Vì vậy cần điều chỉnh quy hoạch cho phù hợp với tình hình thực tế phát triển của đất nước và của ngành. Những doanh nghiệp sản xuất kinh doanh có hiệu quả, sản phẩm có chất lượng và uy tín trên thị trường đã sản xuất hết công suất hoặc đầu tư nhà máy mới; huy động nguồn vốn của các thành phần kinh tế để tham gia đầu tư, kể cả các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài. Đẩy mạnh cổ phần hoá, phát hành trái phiếu. Để chuẩn bị tốt cho việc hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, đòi hỏi các doanh nghiệp trong nước phải quy hoạch sắp xếp, tổ chức quản lý lại ngành, liên doanh liên kết trong và ngoài nước để phát triển thành những tập đoàn kinh tế mạnh, đủ sức cạnh tranh khi hội nhập mở cửa. Một số doanh nghiệp thuộc diện ô nhiễm môi trường phải di dời ra khỏi thành phố, theo quy hoạch chung và đầu tư xây dựng cơ sở sản xuất mới cần có chính sách ưu đãi, tạo nguồn vốn đầu tư. Thay đổi về cơ chế chính sách tài chính thuế cho phù hợp với tiến trình hội nhập. *Dự kiến điều chỉnh Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Rượu – Bia – Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010. Từ phân tích những số liệu thực tế và những đánh giá xu hướng phát triển ngành nêu trên, Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010 cần điều chỉnh bổ sung như sau: Mục tiêu: Xây dựng ngành Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam thành một ngành kinh tế mạnh. Khuyến khích sử dụng nguyên liệu trong nước, phát triển sản xuất các sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu hàng hoá mạnh trên thị trường, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, đa dạng hoá về chủng loại, cải tiến bao bì, mẫu mã; phấn đấu hạ giá thành, nâng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu, tăng nguồn thu ngân sách, hội nhập vững chắc kinh tế khu vực và thế giới. Định hướng phát triển +Về công nghệ, thiết bị Hiện đại hoá công nghệ, từng bước thay thế công nghệ, thiết bị lạc hậu, trung bình hiện có bằng công nghệ, thiết bị hiện đại, tiên tiến của thế giới, đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm, môi trường theo quy định của Việt Nam và quốc tế để sản phẩm có khả năng cạnh tranh ngày càng cao trên thị trường trong và ngoài nước. Ưu tiên sử dụng thiết bị chế tạo trong nước tương đương chất lượng thiết bị nhập khẩu. +Về đầu tư Tập trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn trên 100 triệu lít/năm; phát huy tối đa năng lực sản xuất của các nhà máy có thiết bị và công nghệ tiên tiến, hiện đại, đồng thời tiến hành đầu tư mở rộng năng lực sản xuất của một số nhà máy hiện có với công nghệ tiên tiến, hiện đại. Đa dạng hoá hình thức đầu tư, phương thức huy động vốn, khuyến khích huy động nguồn vốn của các thành phần kinh tế trong và ngoài nước. Phát hành trái phiếu, cổ phiếu, đẩy mạnh việc cổ phần hoá các doanh nghiệp nhà nước. +Về nghiên cứu khoa học và đào tạo Quy hoạch và xây dựng các phòng thí nghiệm. Trung tâm nghiên cứu; triển khai thực nghiệm gắn với việc ứng dụng khoa học, công nghệ vào sản xuất; đồng thời quy hoạch và đào tạo đội ngũ cán bộ khoa học, công nhân kỹ thuật đáp ứng yêu cầu phát triển của ngành. Xây dựng tổ chức khoa học và công nghệ ngành là đơn vị sự nghiệp kỹ thuật phục vụ quản lý Nhà nước về tiêu chuẩn chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm, bảo vệ môi trường sinh thái, có chức năng kiểm tra, thử nghiệm hàng hoá thuộc lĩnh vực bia, rượu, nước giải khát. Các chỉ tiêu chủ yếu +Quy hoạch toàn ngành Bảng 1-5 Bảng quy hoạch toàn ngành về sản lượng bia tới năm 2010 Đơn vị tính: triệu.lít CHỈ TIÊU Năm 2005 Năm 2010 QH cũ Điều chỉnh QH cũ Điều chỉnh SẢN XUẤT BIA 1200 1500 1500 2500 1 Doanh nghiệp Trung ương 550 490 780 1210 1.1 Tổng công ty Bia Rượu – NGK Sài Gòn 350 290 530 710 1.2 Tổng công ty Bia Rượu – NGK Hà Nội 200 200 250 500 2 Doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài 350 371 400 700 3 Địa phương và thành phần kinh tế khác 300 639 320 590 (*) (*) Sản lượng năm 2010 của các doanh nghiệp giảm do tổ chức sắp xếp lại sản xuất, một số doanh nghiệp thuộc địa phương gia nhập vào 2 Tổng công ty Bia Rượu – NGK Sài Gòn và Hà Nội. Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội, Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn và các doanh nghiệp sản xuất bia với sản lượng lớn vươn lên giữ vai trò chủ chốt trong việc nâng uy tín thương hiệu bia, tăng thị phần và khả năng cạnh tranh, hướng vệ sinh an toàn thực phẩm, đảm bảo chất lượng môi trường, giá thành được người tiêu dùng chấp nhận, theo hình thức thành lập công ty cổ phần, liên doanh, liên kết. Không khuyến khích tới xuất khẩu. Tập trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn, sản xuất kinh doanh hiệu quả, quản lý chặt chẽ về thành lập các nhà máy bia có công suất nhỏ hơn 15 triệu lít/năm (không bao gồm các nhà hàng bia tươi, mini) và không có thương hiệu, khả năng cạnh tranh. Vì kinh nghiệm tại Việt Nam, ở các nước phát triển và các nước đang phát triển trên thế giới, các hãng bia không có thương hiệu và các nhà máy bia có công suất nhỏ sẽ bị đào thải hoặc phải sát nhập, bán lại cổ phần cho các hãng bia lớn, có thương hiệu mạnh. 1.2.3 Sự cần thiết phải tiến hành nghiên cứu những giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các nhà máy bia Từ nhận thức về tiềm năng phát triển lớn lao của nghành công nghiệp bia Việt Nam, chúng ta có thể khẳng định rằng việc phân tích, nghiên cứu ứng dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng trong các nhà máy bia là hết sức cần thiết vì: - Hiện nay cả nước có tới 326 cơ sở sản xuất bia nhưng hầu hết chưa áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng. Đây vừa là sự lãng phí rất lớn vừa là thị trường giàu tiềm năng cho việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng. - Các hệ thống tiết kiệm năng lượng khi được áp dụng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế lớn không chỉ cho doanh nghiệp mà cho toàn nghành - Hệ quả trực tiếp của hiệu quả kinh tế thu được là tăng sức cạnh tranh của sản phẩm bia Việt Nam, tạo thương hiệu mạnh cho sản phẩm tiến tới hội nhập với thị trường quốc tế -Về mặt môi trường, các hệ thống tiết kiệm năng lượng góp phần tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên đang ngày một cạn kiệt, bảo vệ môi trường sống đang ngày càng bị ô nhiễm. - Cuối cùng, nếu các giải pháp đưa ra được áp dụng thành công, nó sẽ giúp chúng ta tiếp cận su thế phát triển chung của thế giới, thực hiện đúng chủ trương định hướng phát triển của nghành, giúp hoàn thành thắng lợi định hướng phát triển cho tới năm 2010 là hiện đại hóa thiết bị, đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm, môi trường, ưu tiên sử dụng thiết bị trong nước tương đương chất lượng thiết bị nhập khẩu và triển khai thực hiện gắn với việc ứng dụng khoa học, công nghệ vào sản xuất. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC NHÀ MÁY BIA CÓ NĂNG SUẤT VỪA VÀ LỚN 2.1 Quy trình công nghệ và trang thiết bị trong nhà máy bia 2.1.1 Giới thiệu quy trình công nghệ sản xuất bia Bia được sản xuất từ nguyên liệu chính là: malt, gạo, nước, hoa húp lông, men giống. Ngoài ra còn một số nguyên liệu có thể được thêm vào để thay thế malt như: mì, ngô, đường... Sản xuất bia được tiến hành qua nhiều công đoạn (quy trình công nghệ được thể hiện trên hình 2-1). Malt được nghiền thành bột sau đó hoà trộn với nước theo tỷ lệ nhất định và ngâm ủ theo yêu cầu của công nghệ sản xuất. Gạo nghiền thành bột được chuyển đến nồi hồ hoá. Tại đây bột được hoà trộn với nước và ngâm ủ trong nồi. Sau đó được cấp nhiệt để phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến chúng thành trạng thái hoà tan trong dung dịch. Kết thúc quá trình hồ hoá, cháo được bơm chuyển sang hoà trộn với malt. Tại nồi đường hoá, malt được trộn đều với cháo sau đó được ủ và gia nhiệt, mục đích để chuyển các chất không hoà tan trong malt và những chất hoà tan trong tinh bột, tạo thành đường, các axít amin và những chất hoà tan khác. Sau đó dịch được bơm đi lọc thô tại nồi lọc. Mục đích của quá trình lọc bã malt là tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để tiếp tục các bước tiếp theo của tiến trình công nghệ, còn pha rắn - phế liệu sẽ được loại bỏ ra ngoài. Trong quá trình này, nước được thêm vào có tác dụng rửa bã, đồng thời để bù lại tổn thất do bay hơi trong khi nấu. Quá trình lọc hoàn thành, dịch được chuyển sang nồi húp lông. ở nồi húp lông hoá, người ta cấp nhiệt nấu dịch sau khi đã được trộn với hoa húp lông trong thời gian khoảng từ 1h ở nhiệt độ 100 0C đến 1050C. Mục đích của quá trình húp lông là tạo cho bia thành phẩm có vị đắng, hương thơm và khả năng tạo bọt. Sau quá trình húp lông hoá, dịch được chuyển sang thùng lắng xoáy để tiếp tục lọc lần cuối bằng phương pháp ly tâm. Kết thúc quá trình lọc ở thùng lắng xoáy, dịch được bơm chuyển đến thiết bị làm lạnh nhanh, sau đó được sục khí vô trùng và trộn với men giống rồi chuyển đến các tank lên men, thực hiện quá trình lên men. Quá trình lên men thường được thực hiện qua hai giai đoạn đó là: lên men chính và lên men phụ. Kết thúc hai quá trình lên men, dịch có mùi thơm và vị đắng đặc trưng, dịch này được gọi là bia bán thành phẩm. Tiếp đó tiến hành lọc, sục CO2 đưa đi bảo quản tại tank thành phẩm để bia ổn định. Bia đã ổn định một phần được đem đi chiết chai, đóng nắp, đưa sang thanh trùng, dán nhãn, nhập kho để tiêu thụ. 2.1.2 Thiết bị trong phân xưởng nấu của nhà máy bia Nhà máy bia có các hệ thống chính sau: hệ thống nấu, cấp nhiệt, cấp lạnh, lên men, bảo quản, vệ sinh, thanh trùng thiết bị (CIP), thu hồi CO2, chứa nguyên liệu, cấp nước sản xuất, xử lý nước, đóng chai... Do khuôn khổ của đề tài nghiên cứu không cho phép ở đây chỉ xét đến những thiết bị trong các hệ thống có liên quan đến tính toán nhiệt sau này. Nồi hồ hoá: nồi hồ hoá có nhiệm vụ ủ và gia nhiệt cho dung dịch bột gạo để nấu thành cháo, mục đích là nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến tinh bột thành trạng thái hoà tan trong dung dịch. Nồi đường hoá: thực hiện quá trình ngâm ủ malt và dịch cháo, hỗn hợp này sẽ thuỷ phân dịch thành đường maltoza và các dextrin. Sau đó tạo ra một lượng đường glucoza. Nồi lọc: nồi lọc bã có nhiệm vụ lọc thô dịch đường, nhằm loại bỏ bã nguyên liệu và tạo cho dịch đường có được độ trong theo yêu cầu công nghệ trước khi chuyển sang thực hiện quá trình húp lông hoá. Nồi húp lông: nồi húp lông có nhiệm vụ gia nhiệt cho dịch đến nhiệt độ sôi, đây là quá trình húp lông hoá dịch đường sau khi được trộn hoa húp lông. Mục đích của quá trình húp lông là tạo cho bia thành phẩm có vị đắng, hương thơm và khả năng tạo bọt. Thùng lắng xoáy: thùng lắng xoáy là thiết bị lọc tinh dịch hèm trước khi đi làm lạnh nhanh để đưa đến tank lên men. Để thực hiện quá trình nấu nguyên liệu, thanh trùng thiết bị và hệ thống cung cấp nước nóng cần phải có hệ thống cấp nhiệt. Nhiệt cấp cho các thiết bị được sản xuất từ nồi hơi. Tuỳ theo từng nhà máy, nồi hơi có thể sử dụng nhiên liệu đốt là chất rắn, lỏng hay khí. Hệ thống vệ sinh, thanh trùng thiết bị Hệ thống vệ sinh và thanh trùng thiết bị có nhiệm vụ làm sạch và khử trùng các thiết bị để đảm bảo vệ sinh an toàn trong quá trình sản xuất. Hệ thống vệ sinh thiết bị thường có: bình chứa dung dịch xút loãng, bình axít loãng, bình chứa nước nóng. Các hệ thống thiết bị phụ trợ khác Ngoài các hệ thống thiết bị được liệt kê ở trên, nhà máy bia còn có các hệ thống thiết bị phụ trợ khác như hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt, nước nấu, nước cấp cho lò hơi, nước thải; hệ thống điện phục vụ sản xuất và sinh hoạt; hệ thống máy nén khí; hệ thống máy phát điện dự phòng... 2.2 Công ty cổ phần bia Thanh Hoá 2.3.1 Công nghệ sản xuất bia Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt đại mạch. Tuy nhiên do malt phải nhập khẩu với giá cao nên gạo được sử dụng để thay thế một phần. Bia được sản xuất từ nguyên liệu chính là: malt, gạo, nước và các nguyên liệu phụ như hoa húp lông, men giống. Sản xuất bia được tiến hành qua nhiều quy trình công nghệ. Malt được nghiền thành bột sau đó được hoà trộn với nước theo tỷ lệ nhất định và ngâm ủ theo yêu cầu của công nghệ sản xuất. Gạo nghiền thành bột được chuyển đến nồi hồ hoá. Tại đây bột được hoà trộn với nước, 2/3 lượng Malt lót và giữ ở nhiệt độ 30 0C trong thời gian 10 phút. Sau đó được cấp nhiệt đến 720C trong thời gian 20 phút, rồi giữ ở 720C trong vòng 10 phút và tiếp theo dịch được nâng đến 830C trong thời gian 5 phút. Sau đó được giữ ở 830C trong 5 phút, tiếp đó hạ nhiệt độ xuống 720C, thêm 1/3 lượng malt lót còn lại vào và giữ ở 720C trong thời gian 20 phút. Cuối cùng nâng nhiệt độ lên đến 1000C trong 10 phút và giữ ở 1000C trong 15 phút. Kết thúc quá trình hồ hoá, cháo được bơm chuyển sang nồi đường hoá. Tại nồi đường hoá, trước đó malt được ngâm ở nhiệt độ 500C trong khoảng 10 phút. Sau khi hoà trộn dịch cháo và dung dịch malt, dịch được giữ ở 65 0C trong khoảng 40 phút. Toàn bộ lượng dịch này được gia nhiệt lên 76 0C, giữ trong khoảng 1 phút, rồi chuyển sang nồi lọc. Tại nồi lọc, dịch được lọc trong và rửa bã, tổng thời gian của quá trình lọc trong và rửa bã là khoảng 150 phút. Trong quá trình này lượng nước nóng có nhiệt độ là 800C được thêm vào để thực hiện quá trình rửa bã nguyên liệu. Sau đó, dịch được bơm sang nồi húp lông hoá. Người ta cho hoa húp lông (gồm cả 2 dạng viên và cao hoa) vào thực hiện quá trình húp lông hoá ở nhiệt độ 1000C trong 70 phút. Sau đó dịch được chuyển sang nồi lắng xoáy để loại bỏ cặn tinh, quá trình này diễn ra trong khoảng 30 phút. Sau đó, dịch chuyển sang làm lạnh nhanh, đồng thời được sục khí vô trùng (nhằm cung cấp ôxy cho quá trình lên men) và men giống rồi chuyển vào các tank lên men. Lên men thường gồm hai quá trình là: lên men chính và lên men phụ. Quá lên men chính kéo dài bảy ngày ở nhiệt độ khoảng120C đến 16 oC (tuỳ thuộc vào điều kiện). Sau đó hạ nhiệt độ của dịch xuống 4 oC và rút bã men. Dịch tiếp tục giữ nguyên ở nhiệt độ này trong một ngày. Tiếp theo phải hạ nhiệt độ xuống - 1oC và giữ khoảng 2 ngày. Trong thời gian này quá trình lên men phụ sẽ diễn ra. Kết thúc hai quá trình trên dịch có mùi thơm và hương vị đặc trưng, dịch này được gọi là bia bán thành phẩm. Tiếp đó tiến hành lọc, sục CO2 đưa đi bảo quản tại tank thành phẩm để bia ổn định. Bia đã ổn định một phần được đem đi chiết chai, đóng nắp, đưa sang thanh trùng, dán nhãn, nhập kho để tiêu thụ. Phần còn lại đem chiết bok sau đó được đem đi tiêu thụ ngay. 2.2.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống nhà nấu Hiện tại, nhà máy bia Thanh Hoá sử dụng 02 hệ nấu có công suất 8 m3 và 30 m3 dịch/mẻ. Hệ thống nấu 8 m3 dịch/mẻ là hệ nấu có năng suất mẻ nấu tương đối thấp, nên trong luận văn này hệ thông nấu có năng suất 30 m3 dịch/mẻ được lựa chọn để phân tích và nghiên cứu. Hệ thống nấu này được lựa chọn do các nguyên nhân sau: - Hệ nấu được thi công chế tạo và lắp đặt rất gần với thời gian thực hiện đề tài. Đây là điều hết sức thuận lợi để có thể kết hợp lắp đặt song song và tích hợp các thiết bị tiết kiệm năng lượng vào hệ thống, và đánh giá mức độ hiệu quả của nó - Hệ thống có công suất lớn, hiệu quả tiết kiệm năng lượng (nếu có) sẽ rất dễ so sánh và hiệu quả đạt được sẽ cao hơn. - Hệ thống này chính là một trong những cụm thiết bị chính của toàn nhà máy, có ảnh hưởng lớn tới công suất của các hệ thống phụ trợ như lò hơi, hệ thống lạnh, hệ thống CIP vệ sinh, và các dây chuyền thiết bị khác như dây chuyền chiết chai, tank lên men... do đó khi cải tạo hệ thống này tức là đã can thiệp vào quá trình sản xuất của cả nhà máy. Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật cơ bản của các thiết bị trong hệ thống nấu Các thông số cơ bản của thiết bị Đơn vị Nồi hồ hoá Nồi đường hoá Nồi lọc bã Nồi houblon hoá Nồi trung gian Nồi lắng xoáy 1 Số lượng nồi Cái 1 1 2 1 1 1 2 Chiều cao thân trụ mm 2000 2500 1700 3000 2500 2250 3 Đường kính trong d1 mm 3200 4300 4100 4500 4300 5000 4 Đường kính ngoài(kể cả bảo ôn) d2 mm 3400 4500 4300 4700 5400 5010 5 Độ côn ở đỉnh nồi độ 130 130 130 130 130 130 6 Độ côn ở đáy nồi độ 144 144 0 144 144 0 7 Chiều dày cách nhiệt mm 93 93 93 93 93 0 8 Chiều dày thân nồi mm 4 4 4 4 4 5 9 Chiều dầy nón nồi mm 3 4 4 4 4 5 10 Chiều dày đáy nồi mm 5 5 8 5 5 8 11 Chiều dày vỏ bảo ôn mm 2 2 2 2 2 0 12 Đường kính ống thoát hơi mm 360 360 360 360 360 360 13 Thể tích tổng thẻ m3 16,7 43,5 26,7 57,2 43,5 51,8 12 Thề tích dịch chứa m3 10,3 28,2 13,6 34,5 34,5 31 Áp dụng các công thức (2-1), (2-2), (2-3) và (2-4) ta tính được các thông số của các nồi như bảng 2-2. Bảng 2.2 Thể tích và khối lượng của các nồi trong hệ thống nấu TT Các thông số cơ bản của thiết bị Đơn vị Nồi hồ hoá Nồi đường hoá Nồi lọc bã Nồi houblon hoá Nồi trung gian Nồi lắng xoáy 1 Thể tích vật liệu chế tạo thân m3 0,0805 0,1352 0,0877 0,1698 0,1352 0,1769 2 Thể tích vật liệu chế tạo nón nồi m3 0,0113 0,0271 0,0247 0,0297 0,0271 0,0459 3 Thể tích vật liệu chế tạo đáy nồi m3 0,0131 0,0236 0,1056 0,0259 0,0236 0,1571 4 Tổng thể tích vật liệu chế tạo nồi m3 0,1049 0,186 0,218 0,2254 0,186 0,3798 5 Tổng khối lượng vật liệu chế tạo nồi kg 832 1.475 1.728 1.787 1.475 3.012 Hệ thống nấu là nơi tiêu thụ năng lượng để thực hiện quá trình chuẩn bị dịch cho quá trình lên men, năng lượng nhiệt tiêu thụ gồm: lượng nhiệt cấp để nâng nhiệt độ của dịch, vách nồi và bù vào các tổn thất nhiệt trong quá trình nấu như tổn thất nhiệt do bay hơi và tổn thất truyền qua kết cấu ra môi trường do độ chênh lệch nhiệt độ. 2.2.3 Phân bố tiêu thụ năng lượng trong nhà máy bia Năng lượng sử dụng trong nhà máy bia gồm các dạng: Điện, nhiệt và lạnh. Nhưng do khuôn khổ của luận văn không cho phép, ở đây chỉ nói đến dạng năng lượng nhiệt và lạnh. Dạng năng lượng này được sử dụng ở nhiều quá trình, công đoạn khác nhau: Các quá trình cần sử dụng nhiệt gồm: - Quá trình nấu: trong quá trình này có nhiều giai đoạn cần sử dụng hơi từ lò hơi để gia nhiệt cho dịch; - Quá trình CIP: sau một thời gian định kỳ phải tiến hành về sinh các thiết bị nấu, lên men... bằng nước nóng, xút nóng và axít; - Quá trình thanh trùng: để bảo quản được bia lâu hơn sau khi đóng chai, bia phải được thanh trùng bằng nước nóng để diệt men; Các quá trình công nghệ cần sử dụng lạnh: - Quá trình làm lạnh dịch hèm: dịch hèm nóng ở thùng lắng xoáy trước khi đi lên men phải được làm lạnh bằng chất tải lạnh (thường là glycol, nước lạnh...) xuống nhiệt độ yêu cầu (từ 60C đến 120C tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ lên men của từng loại sản phẩm). Nhu cầu lạnh ở khâu này rất lớn do dịch hèm có độ chênh nhiệt độ cao, khối lượng dịch lớn. Thông thường, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm được sử dụng làm thiết bị trao đổi nhiệt giữa dịch hèm và chất tải lạnh do nó có ưu điểm là hiệu quả trao đổi nhiệt cao, kích thước nhỏ gọn. - Quá trình làm lạnh các tank lên men: vì quá trình lên men toả nhiệt nên để đảm bảo cho quá trình lên men diễn ra ở nhiệt độ yêu cầu phải có một phụ tải lạnh tương đương để bù vào lượng nhiệt đó. Lượng nhiệt này thường được lấy đi nhờ chất tải lạnh như: glycol lạnh, nước lạnh hoặc trong một vài trường hợp được làm lạnh trực tiếp bằng gas lạnh (NH3, Freon)... - Quá trình thu hồi CO2: sản phẩm đồng hành với rượu (C2H5OH) được tạo ra trong quá trình lên men là CO2. Để thu hồi CO2, phải nén CO2 đến áp suất đủ lớn để hoá lỏng lạnh. Quá trình hoá lỏng CO2 đòi hỏi năng suất lạnh lớn. - Các quá trình khác: bảo quản bia, nuôi cấy lên men cũng cần sử dụng lạnh. Hệ thống thiết bị trong nhà máy bia tiêu thụ rất nhiều năng lượng cho các quá trình trao đổi nhiệt, cụ thể bao gồm các quá trình gia nhiệt, các quá trình làm lạnh, kéo theo đó là việc tiêu tốn các dạng năng lượng khác như điện năng cung cấp cho quá trình làm lạnh của các máy lạnh, dầu, than đá tiêu tốn cho các lò hơi. Sơ đồ tiêu thụ năng lượng trong dây chuyền công nghệ sản xuất bia được minh họa trong hình 2-2 và hình vẽ 2 trong phần phụ lục. Dây chuyền được lựa chọn trong tính toán là: dây chuyền của Nhà máy bia Thanh Hoá - Công ty Cổ phần bia Thanh Hoá với công suất 60 triệu lít/năm. Cũng giống như gần 400 nhà máy bia đang vận hành ở Việt Nam, Nhà máy bia Thanh Hoá có trình độ công nghệ ở mức trung bình, trang thiết bị trong dây chuyền sản xuất không đồng bộ do đã trải qua nhiều lần cải tạo nâng công suất. Nhà máy bia Thanh Hoá có những đặc điểm chung đặc trưng cho các nhà máy bia ở nước ta. Cho nên, công nghệ sản suất và dây chuyền thiết bị trong nhà máy được lựa chọn để giới thiệu và làm cơ sở tính toán năng lượng tiêu thụ. 2.2.4 Tính toán cân bằng sản phẩm cho hệ thống nấu Để đảm bảo năng suất mẻ nấu đạt 30m3 dịch/mẻ hay năng suất của hệ thống đạt 60 triệu lít/năm, tính được lượng dịch đi lên men là: Tỷ lệ malt và gạo cho mỗi mẻ nấu là 75/25% ta tính được lượng gạo (Gg), và malt (Gm) cần thiết cho một mẻ nấu là: Gg = Gđường. . (2-7) = = 1269 (kg) Gm = Gđường. (2-8) = = 3561 (kg). Trong đó: η - Hiệu suất hoà tan thực tế của gạo và malt (lấy bằng 80% và 76%); g - Độ ẩm của gạo (bằng 13% ). m - Độ ẩm của malt (bằng 7% ). ζng - Tổn thất trong quá trình nghiền (bằng 0,3% ). ζs - Tổn thất do quá trình thuỷ phân còn sót lại (bằng 1% ). Tính toán cân bằng chất tại nồi hồ hoá: + Khối lượng dịch trong nồi hồ hoá giai đoạn phối trộn nguyên liệu: Khối lượng dịch tại nồi hồ hoá bao gồm: khối lượng của bột gạo, khối lượng của nước và khối lượng của malt lót (Gml) (theo yêu cầu công nghệ lấy bằng 10% lượng bột gạo): Khối lượng malt lót: Gml = Gg.10% = 1269. 10% = 126,9, lấy bằng 127 (kg). (2-9) Lượng nước đưa vào phối trộn với bột gạo trong nồi hồ hoá (Gnhh ) (tỷ lệ phối trộn nước/bột là 4/1) là: Gnhh = 4.(Gg + Gml) = 4.(1269 + 127) = 5584 (kg). (2-10) Do độ ẩm của gạo là 13%, độ ẩm của malt là 7% (khối lượng gạo 1269(kg)/mẻ, khối lượng malt 126,9 (kg)/mẻ nên khối lượng chất khô trong dung dịch hồ hoá (Gkgạo) là: Gkgạo = = =1222 (kg) (2-11) Lượng nước có trong nguyên liệu đưa vào nồi hồ hoá ( Gn1) là: Gn1= Gg + Gml - Gkgạo= 1269 + 127 - 1222= 174 (kg). (2-12) Để đánh giá được lượng nhiệt tiêu tốn cho hệ nấu và cho cả nhà máy, chọn nhiệt độ môi trường là nhiệt độ trung bình năm của thành phố Thanh Hoá làm căn cứ tính toán cho tất cả các phần của hệ nấu. Nhiệt độ trung bình năm của thành phố Thanh Hoá tf = 23,60C. Sở dĩ chọn nhiệt độ trung bình năm của thành phố Thanh Hoá mà không chọn nhiệt độ cực tiểu trong năm là do trên thực tế về mùa đông, lượng bia tiêu thụ ít nên có thể số mẻ nấu trong ngày giảm xuống ngược lại tăng lên về mùa hè, khi đó, công suất hơi tính cho trường hợp này vẫn đủ cho sử dụng vào mùa đông. Nước thêm vào nồi hồ hoá (bao gồm cả nước ở 800C và nước ở 23,60C) có khối lượng Gnhh = 5583(kg). Lượng nước này thêm vào nồi để nâng nhiệt độ của bột từ 23,60C lên đến 300C, mục đích để bột đạt được độ trương phồng lớn nhất, tức là giảm được thời gian nấu. Do nhiệt lượng mà malt, gạo và nước lạnh nhận được bằng nhiệt lượng mà nước nóng toả ra nên ta có phương trình cân bằng năng lượng như sau: Gnl.Cn l.∆t1 + Gk.Ck.∆t2 = Gnn.Cn n.∆t3 (2-13) Trong đó: Cn l - Nhiệt dung riêng của nước ở 23,60C (bằng 4,179 kJ/kg.K). Cnn - Nhiệt dung riêng của nước ở 800C (bằng 4,195 kJ/kg.K). Các loại thóc, gạo, lúa mì, mạch... có nhiệt dung riêng là: Ck = 1,5 kJ/kg.K. Từ (2-13) ta được: (Gnl + 174). 4,179. (30 - 23,6) + 1222. 1,5. (30 - 23,6) = (5584 - Gnl ). 4,195.( 80 - 30) Giải phương trình này ta tìm được khối lượng nước lạnh cho phối trộn nguyên liệu tại nồi hồ hoá: Gnl = 4882 kg. Từ đó, ta tính được lượng nước nóng cấp cho phối trộn nguyên liệu tại nồi hồ hoá là: Gnn = Gnhh - Gnl = 5583 - 4882 = 701 (kg). Tổng khối lượng dung dịch hồ hoá (Gdịch1) sau khi phối trộn nguyên liệu: Gdịch1 = Gn1 + Gk - Gh = Gn1 + Gnhh + Gk (2-14) Trong đó Gh là lượng hơi nước thoát ra trong quá trình sôi (kg). Tuy nhiên, do giai đoạn này, dịch chỉ được nâng nhiệt lên 830C nên lượng nước bốc hơi không đáng kể. Quá trình bốc hơi chỉ diễn ra mạnh mẽ trong thời gian đun sôi tới 1000C. Gdịch1 = 5583 + 174 + 1222 = 6979 (kg). Nhiệt dung riêng của khối dịch: C dịch1 = (2-15) Ck - Nhiệt dung riêng của vật liệu khô (bằng 1,5 kJ/kg.K). Ca: Nhiệt dung riêng của nước (bằng 4,18 kJ/kg.K). : Độ ẩm tương đối = 82,49% (2-16) Nhiệt dung riêng của khối dịch, theo công thức (3-15): Cdịch1 = = 3,71 (kJ/kg.K) + Khối lượng dịch trong nồi hồ hoá từ sau giai đoạn hạ nhiệt từ 830C xuống còn 72 0C Theo yêu cầu công nghệ, dịch cháo chứa trong nồi hồ hoá sau khi được nâng nhiệt lên đến 830C phải được hạ nhiệt độ xuống còn 720C. Quá trình hạ nhiệt này được thực hiện bằng cách thêm nước lạnh vào nồi. Khối lượng nước lạnh thêm vào (Gnl2) được tính theo công thức: Gnl2.Cn l. ∆t1 = Gdịch1. Cdịch1. ∆t2 (2-17) Từ (2-17) ta được: Gnl2 = = = 1408 (kg) Tổng khối lượng dịch cháo trong nồi hồ hoá sau khi hạ nhiệt là: Gdịch2 = Gdịch1 + Gnl 2 = 6979 + 1408 = 8387 (kg). Nhiệt dung riêng của khối dịch sau khi hạ nhiệt (Cdịch2) cũng được tính theo công thức (2-15 ) với độ ẩm tương đối của khối dịch () là: = 85,43% Cdịch2 = = 3,79 (kJ/kg.K). + Khối lượng dịch trong nồi hồ hoá sau khi sôi Theo yêu cầu công nghệ, dịch cháo trong nồi hồ hoá được đun sôi trong vòng 25 phút và được hoá hơi tới 5% lượng nước có trong dịch. Theo đó khối lượng nước bốc hơi trong quá trình đun sôi tại nồi hồ hóa là: Ghơihh = 5%.( Ga1+ Gnhh + G nl2) = 5%.(5583+174+1408) = 358 (kg). Sau khi kết thúc quá trình đun sôi tại nồi hồ hoá, dịch cháo được bơm đưa sang nồi đường để hoà trộn với dịch malt tại nồi đường hoá và tiến hành quá trình đường hoá. Quá trình này được gọi là hội cháo, khối lượng dịch từ nồi hồ hoá đi hội cháo tại nồi đường hoá: GDịchhh = Gdịch2 - Ghơihh = 8387 - 358= 8029 (kg). Nhiệt dung riêng của khối dịch hồ hoá trước khi hội cháo cũng được tính theo công thức (3-15) với độ ẩm tương đối là: = 84,79% Cdịch = = 3,77 ( kJ/kg.K) Tính toán cân bằng chất tại nồi đường hoá + Khối lượng dịch trong nồi đường hoá sau khi phối trộn nguyên liệu Khối lượng dịch tại nồi đường hoá bao gồm: khối lượng của bột malt, khối lượng của nước. Lượng nước đưa vào phối trộn với bột malt trong nồi đường hoá (Gndh) (tỷ lệ phối trộn nước/bột là 5/1) là: Gndh = 5.(Gm - Gml) = 5.(3560,90 - 126,883) = 17170,09 (kg). (2-18) Độ ẩm của malt là 7% nên khối lượng chất khô của malt trong dung dịch đường hoá: Gkmalt = = 3194 (kg) (2-19) Lượng nước có trong nguyên liệu đưa vào nồi đường hoá là: Ga2 = Gm- Gk2 = 3560,90 - 3193,64 = 240,38 (kg). (2-20) Do nhiệt lượng mà malt, gạo và nước lạnh nhận được bằng nhiệt lượng mà nước nóng toả ra nên ta có phương trình cân bằng năng lượng như sau: Gnl2.Cnl. ∆t1 + Gk. Ck. ∆t2 = Gnn2.Cnn.∆t3 (2-21) Tính toán tương tự như với nồi hồ hoá ta có: (Gnl2 + 204,38). 4,179. (30 - 23,6) + 3193,64. 1,5. (30 - 23,6) = (17170,09 - Gnl2 ). 4,195.( 80 - 30) Giải phương trình này ta tìm được khối lượng nước lạnh cho phối trộn nguyên liệu tại nồi đường hoá: Gnl2 = 15072kg. Từ đó, ta tính được lượng nước nóng cấp cho phối trộn nguyên liệu tại nồi đường hoá là: Gnn2 = Gndh - Gnl2 = 17170 - 15071 = 2099 (kg). (2-22) Tổng khối lượng dung dịch đường hoá sau khi phối trộn nguyên liệu: Gdịchdh = Gadh + Gk2 - Gh = Ga2 + Gndh + Gk2 (2-23) Trong đó Gh là lượng hơi nước thoát ra (kg). Tuy nhiên, do giai đoạn này, dịch chỉ được nâng nhiệt nên 500C nên lượng nước bốc hơi không đáng kể. Do đó ta có: Gdịchdh = 240 + 17170 + 3194 = 20604 (kg) Với độ ẩm tương đối của dịch trong nồi đường hoá là: = 84,5% Nhiệt dung riêng của khối dịch, theo công thức (2-16): + Khối lượng b∙ hèm thải ra sau quá trình lọc: Lượng malt khô (độ ẩm của malt là 7%): Gkmalt = 3561. 0,93 = 3312 (kg) (2-26) Lượng bã malt tính theo chất khô: ` = 3561 – 0,75. 3487 = 697 (kg) Lượng gạo khô (độ ẩm của gạo 13%): Gk gạo = 1269. (1- 0,13) = 1104 (kg). Lượng bã gạo tính theo chất khô: = 1104 - 0,25.3487 = 232 ( kg) Tổng lượng bã tính theo chất khô: = 232 + 697 = 929 (kg). (2-28) Độ ẩm của bã sau khi lọc là 80% (số liệu thực tế của nhà máy). Vậy tổng lượng bã ẩm là: Gbã = 929. = 4645 ( kg) (2-29) Lượng nước còn lại trong bã: Gnước bã = = 4645 - 929 = 3716 (kg). Để đảm bảo dịch đường đi lên men có nồng độ đường đúng yêu cầu là 11,5 0Bx, và năng suất của hệ nấu (Vmẻ) đạt 30m3 dịch, lượng dịch ra khỏi nồi lọc (bơm sang nồi húp lông hoá) là: Ghúp lông = Vmẻ. (2-30) = 30.1028. = 33733 (kg) Trong đó: ζlangxoay-Tổn thất do lắng cặn hoa khi qua nồi lắng xoáy (bằng 2%.). ζhúp lông-Tổn thất do bay hơi trong quá trình húp lông hoá (bằng 8%). Lượng nước cần có trong dịch đi húp lông hoá là: Gnướchl = Ghúp lông - Gk = 33733- 3452 = 30283 (kg). Do trong quá trình rửa bã, nhiệt độ dịch khá lớn (76 oC) và thời gian kéo dài nên có tổn thất hơi nước (theo thực tế thống kê khoảng 1% tổng lượng nước có trong nồi lọc), đồng thời lượng bã sẽ mang theo một lượng nước như đã tính ở phần trên nên tổng lượng nước đi qua nồi lọc sẽ là: Gnướclọc = Gnướchl. + Gnước bã (2-31) = 30283. + 3716 = 34303 (kg) Lượng nước có trong dịch đường hoá là: Gnướcdh = Ga1 + Ga2 +Gnhh + Gndh + Gnướclạnh2 + Gnnhc - Ghơihh - Ghơidh =174 + 240 + 5529 + 17170 + 1408 + 1645 – 358 - 776 = 25086,45 (kg). Trên thực tế quá trình nấu tại Nhà máy bia Thanh Hoá và các nhà máy bia khác tại Việt Nam, tổn thất tinh bột sót tại nồi lọc bã khoảng 1%. Và để làm được điều này, các nhà máy phải rửa bã 3 lần. Lượng nước rửa bã bổ sung vào nồi lọc bã trong quá trình rửa bã có nhiệt độ 76 oC (theo yêu cầu công nghệ) là: Grửa bã = Gnướchl - Gnướcdh = 34303 - 25086 = 9217 (kg). (2-32) Lượng nước nóng và nước lạnh hoà trộn để được 9217 kg nước 76 oC được tính theo hệ phương trình sau: Gnlrửa.Cn l. ∆t1 = Gnnrửa. Cnn. ∆t2 (2-33) Gnlrửa + Gnnrửa = 9217 Giải hệ phương trình trên ta được khối lượng nước nóng 80 oC và nước nấu 23,6 oC là: Gnlrửa = 656 (kg). Gnnrửa = 8561 (kg). Tính toán cân bằng chất tại nồi húp lông hoá Như đã nêu, trong quá trình húp lông hoá, lượng nước bốc hơi tại nồi húp lông hoá theo yêu cầu công nghệ là 8%. Vậy lượng nước bốc hơi tại nồi húp lông hoá là: Ghơihl = 8%. Ghúp lông = 8%.33733 = 2699 (kg). Tính toán cân bằng chất tại nồi lắng xoáy Tại nồi lắng xoáy, như đã nêu, có tác dụng lắng cặn hoa sau khi cô hoa. Tổn thất trong quá trình này thực chất là loại bỏ cặn hoa. Khối lượng cặn hoa có khối lượng bằng 2% (theo thực tế tại Nhà máy bia Thanh Hoá). Vậy lượng dịch ra khỏi nồi lắng xoáy (Glanhnhanh): Glanhnhanh = (100 - 2)%.Glangxoay =(100 - 2)%.31034,78 = 30414,09 (kg). (3-36) Lượng đường có trong dịch đường đi lắng xoáy (nồng độ 11,5 0Bx) là: Gđườnglx = 11,5%.30414 = 3498 (kg). (3-37) Do quá trình lắng xoáy có sự thay đổi không đáng kể về tính chất của dịch nên ta tạm coi các thông số vật lý của dịch không thay đổi so với dịch sau khi ra khỏi nồi húp lông hoá. Ngoài các nồi kể trên, hệ thống nấu còn có một nồi đa năng có cấu tạo và kích thước đúng bằng nồi đường hoá. Nồi này có tác dụng như một nồi dự phòng đồng thời là nồi trung gian có tác dụng giải phóng nồi lọc cho mẻ kế tiếp khi nồi húp lông hoá chưa kết thúc. Thông thường, với tác dụng như một nồi trung gian, nồi này chỉ chứa dịch trước khi cấp vào nồi húp lông hoá. Tính chất của dịch chính là dịch sau lọc. Tại đây không diễn ra sự thay đổi chất và lượng nào đáng kể. Chỉ có tổn thất nhiệt ra môi trường mặc dù khá nhỏ. Bảng 2-4 Bảng tổng kết cân bằng chất tại các nồi trong hệ nấu TT Thành phần dịch Đơn vị Nồi hồ hoá Nồi đường hoá Nồi lọc bã Nồi houblon hoá Nồi trung gian Nồi lắng xoáy 1 Gk kg 1222 4416 4416 3498 3498 3498 2 Ga kg 6807 25086 29318 27537 30236 26916 3 Gh kg 358 776 302,8 2699 4 Gbã kg 4645 5 Gtổng kg 8029 29502 33733 31035 33733 30414 6 C kJ/kg.K 3,77 3,78 3,92 3,92 7 Nước 800C kg 701 3744 8561 8 Nước 23,60C kg 6291 15071 656 Ghi chú: Gk : Khối lượng chất khô Ga :Khối lượng nước Gh : Khối lượng hơi Gbã :Khối lượng bã Gtổng :Khối lượng tổng cộng 2.2.5 Tính toán cân bằng nhiệt cho hệ thống nấu Chi phí năng lượng trong hệ nấu bao gồm: - Lượng nhiệt hữu ích để gia nhiệt cho dịch; - Lượng nhiệt để đốt nóng kết cấu vỏ; - Lượng nhiệt tổn thất trong quá trình nấu (tổn thất qua kết cấu, tổn thất do bã thải, tổn thất do bay hơi). Quá trình tính toán lượng nhiệt tiêu tốn cho hệ nấu bao gồm: tính lượng nhiệt cấp cho nồi hồ hoá, nồi đường hoá, nồi húp lông hoá, nồi lọc, nồi lắng xoáy. Vì thiết bị trong hệ nấu có cấu tạo tương tự nhau nên chỉ tính chi tiết cho một nồi, các nồi khác áp dụng công thức và phương pháp tính tương tự. ở đáy của các nồi hồ hoá, đường hoá, đa năng, nồi lọc có lắp cánh khuấy, mục đích là để cho dịch được gia nhiệt đồng đều, tuy nhiên công suất của cánh khuấy nhỏ, vì vậy có thể bỏ qua năng lượng mà cánh khuấy truyền cho dịch. * Ta tính toán chi tiết cho nồi hồ hoá + Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của dịch Quá trình gia nhiệt cho dung dịch hồ hoá gồm bốn giai đoạn - Giai đoạn nâng nhiệt độ cho dịch từ 23,6 oC đến 30 oC; - Giai đoạn nâng nhiệt độ cho dịch từ 30 oC đến 72 oC; - Giai đoạn nâng nhiệt độ cho dịch từ 72 oC đến 83 oC; - Giai đoạn nâng nhiệt độ cho dịch từ 72 oC đến 100 oC. Lượng nhiệt cần để nâng nhiệt độ dung dịch hồ hoá từ 23,6 oC đến 72 oC và từ 72oC đến 83 oC (với khối lượng dịch cháo, nhiệt dung riêng dịch cháo đã tính ở mục trên) là: Q1 = Gdịch1. C dịch1. ∆t (2-38) = 6979. 3,71. (83-23,6) = 1538203 (kJ). Lượng nhiệt cần để nâng nhiệt độ dung dịch hồ hoá từ 72oC đến 100oC sau khi hạ nhiệt: Q2 = Gdịch2. C dịch2. ∆t (2-39) = 8387. 3,79. (100-72) = 847980 (kJ). + Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của vỏ Quá trình gia nhiệt cho vỏ nồi hồ hoá cũng bao gồm bốn giai đoạn tương tự như đối với dịch. Lượng nhiệt cần để nâng nhiệt độ vỏ nồi hồ hoá từ 23,6 oC đến 83 oC: Qv1 = Gvỏ. C vỏ. ∆t1 (3-40) Theo tài liệu kỹ thuật, inox 304 có nhiệt dung riêng là 0,48 kJ/kg.K. Với khối lượng, nhiệt dung riêng dịch cháo đã tính ở mục trên, ta được: Qv1 = 6979. 0,48. (83-23,6) = 1538203 (kJ). Lượng nhiệt cần để nâng nhiệt độ vỏ nồi hồ hoá từ 720C đến 100 oC sau khi hạ nhiệt: Qv2 = Gvỏ. C vỏ. ∆t2 (3-41) = 8387. 3,79. (100-72) = 847980 (kJ). + Tính tổn thất nhiệt do truyền nhiệt ra môi trường Tổn thất nhiệt qua kết cấu nồi được tính cho các giai đoạn sau: Giai đoạn 1: hoà trộn nguyên liệu ở 30oC 15 phút; Giai đoạn 2: gia nhiệt từ 30oC đến 72oC trong 25 phút; Giai đoạn 3: ngâm ủ ở 72 oC trong 20 phút; Giai đoạn 4: gia nhiệt độ từ 72oC đến 83oC trong 11 phút; Giai đoạn 5: ngâm ủ ở 83oC trong 5 phút; Giai đoạn 6: hạ nhiệt độ từ 83oC xuống còn 72oC trong 6 phút; Giai đoạn 7: ngâm ủ ở 72 oC trong 25 phút; Giai đoạn 8: gia nhiệt từ 72oC đến 100oC trong 25 phút; Giai đoạn 9: đun sôi ở 100oC trong 15 phút. Tổn thất nhiệt từ thiết bị ra môi trường được chia làm hai phần: nhiệt toả từ bề mặt ngoài của thiết bị tới môi trường và dẫn nhiệt qua vách. - Nhiệt truyền ra ngoài môi trường từ bề mặt ngoài của nồi được tính theo công thức: Q = α. F. (tw - tf) (2-42) Trong đó: Q - dòng nhiệt tổn thất qua bề mặt vách (W). F - diện tích trao đổi nhiệt (m2). tw - nhiệt độ trung bình của bề mặt vách (oC). tf - nhiệt độ môi trường (oC). Bề mặt trao đổi nhiệt của nồi được tính theo 2 cách: phần nắp và phần đáy nồi được tính theo vách phẳng; phần thân tính theo vách trụ. Tính cho bề mặt vách trụ: Vách trụ gồm 3 lớp, cấu trúc vách trụ được thể hiện trên hình 2-4 - Lớp 1 (trong cùng) được làm bằng inox AISI 304 có hệ số dẫn nhiệt: λ1 = 15,45 W/mK; chiều dày 4 mm. - Lớp 2: là lớp bông thuỷ tinh có độ dày 100 mm và có hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,0394 + 0,000348. ttb W/m.K ttb: nhiệt độ trung bình của bông thuỷ tinh, ttb = 0,5(tw1 + tw), oC. - Lớp 3: là lớp thép inox AISI 304 bọc ngoài cùng, có chiều dày 2 mm. Cấu trúc vách trụ và đáy của nồi được thể hiện trên hình 2-4: Hệ số toả nhiệt α được tính theo công thức sau: α = αđl + αbx (2-43) Trong đó: αđl - Hệ số toả nhiệt đối lưu được tính bằng công thức: (W/m2.K) [4]. (2-44) αbx: Hệ số toả nhiệt bức xạ và được tính theo công thức: αbx = (W/m2.K). (2-45) Với: Num - Tiêu chuẩn Nusselt; λkk - Hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 23,6 oC, λkk = 0,026 (W/mK); h: Chiều cao thân nồi (m); : Nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ vách và được tính bằng: = 273 + Với: ε: Độ đen của vật liệu, ε = 0,3 σ: Hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối. σ0 = 5,67.10 -8 (W/m2.K4 ). Vì quá trình trao đổi nhiệt đối lưu ở đây là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian rộng vô hạn nên tiêu chuẩn Nusselt được xác định theo công thức: Num = C(Gr.Pr)n m [4]. (2-47) Với nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình: tm = 0,5.(tw + tf) Các tiêu chuẩn đồng dạng khác được tính theo các công thức: Gr: tiêu chuẩn Grashof, Gr = Pr: tiêu chuẩn Prandt, Pr = Trong đó: ν: Độ nhớt động học, [m2/s]. β: Hệ số giãn nở thể tích, [1/K]. a: Hệ số dẫn nhiệt độ, [m2/s]. Dòng nhiệt truyền qua thân trụ 3 lớp ứng với một đơn vị chiều dài vách trụ: q = (W/m). Giả thiết nhiệt độ bề mặt vách trong bằng nhiệt độ của dịch nóng: tv =tw1 Do chiều dày hai lớp kim loại 1 và 3 rất nhỏ và hệ số dẫn nhiệt lớn hơn hệ số dẫn nhiệt của bông thuỷ tinh rất nhiều nên bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt trở 2 lớp này, khi đó: q = (W/m). (2-48) Dòng nhiệt truyền qua vách trụ ứng với một đơn vị chiều dài vách được xác định theo công thức: q = α. π. d4.(tw - tf) (W/m) (2-49) Trong hai công thức (2-44) và (2-45) trên, các đại lượng α, λ phụ thuộc vào tw nhưng tw chưa biết. Vậy muốn xác định được dòng nhiệt phải tính được tw. Giá trị tw là giá trị đảm bảo kết quả tính dòng nhiệt tính theo 2 công thức (3-48) và (3-49) phải bằng nhau nên suy ra: q = = α. π. d4.(tw - tf) (W/m). (2-50) Ta dùng phương pháp lặp để giải bài toán này. Lập các công thức và sử dụng phần mềm Excel để giải rất thuận tiện và đạt độ chính xác cao. Bằng cách cho các giá trị tw khác nhau, giá trị nào thoả mãn phương trình (2-50) thì đó chính là nhiệt độ bên ngoài của thân trụ. Kết quả tính toán được thể hiện trên bảng 2-4. + Tính cho bề mặt phần đáy nồi: Tương tự như thân nồi, cấu trúc của đáy nồi cũng gồm 3 lớp: lớp 1 và lớp 2 giống thân trụ, riêng lớp 3 có chiều dày 0,5 mm. Do lớp 1 và lớp 3 có chiều dày nhỏ nên bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt trở hai lớp này. Khi đó, tương tự như đối với thân trụ, mật độ dòng nhiệt cho phần đáy được xác định theo công thức sau: q = .(tw1- tw) = α.(tw-tf) (2-51) Nhiệt tổn thất qua phần đáy: Q = q.s (W). α: Được tính theo công thức (2-31). tw1: là nhiệt độ của áo hơi, vì các áo hơi là vật liệu dẫn nhiệt tốt, nên có thể coi nhiệt độ của áo hơi bằng nhiệt độ của hơi: tw1 = th S: là diện tích đáy, được tính như sau: S = , α là góc côn. Do mặt dưới đáy nồi có các áo hơi bao quanh. Hơi đi bên trong các áo này truyền nhiệt cho dịch đồng thời bị tổn thất một phần ra ngoài môi trường nên đối với những giai đoạn có cấp hơi, nhiệt độ tính toán tw1 được lấy bằng nhiệt độ hơi. Mặt khác bề mặt đốt nóng của đáy nồi quay xuống dưới do đó hệ số toả nhiệt đối lưu của không khí thực tế thu được sẽ giảm đi 30% so với tính toán. Hơi đi vào áo hơi có áp suất 4 bar, tra bảng, ứng với áp suất đó có nhiệt độ của hơi: th = 143,62oC. + Tính nhiệt tổn thất qua phần nắp nồi Do vách rất mỏng, hơn nữa hệ số dẫn nhiệt của vật liệu AISI 304 nên bỏ qua ảnh hưởng nhiệt trở của vách tới quá trình truyền nhiệt ra bên ngoài. Khi đó nhiệt độ bề mặt vách trong bằng nhiệt độ bề mặt vách ngoài. Mật độ dòng nhiệt tổn thất qua nắp có thể tính theo công thức: q = α1.(tv - tw) (W/m2) q = α2.(tw - tf) (W/m2) α1: Hệ số toả nhiệt từ môi trường nóng vào bề mặt vách trong. α2: Hệ số toả nhiệt từ bề mặt vách ngoài ra môi trường. Hệ số toả nhiệt α1, α2 được tính theo công thức (2-31), riêng αđl1, αđl2 được tính theo công thức: αđl = 2,56. (2-52) + Tổn thất do hơi nước mang ra ngoài Hơi nước thoát ra trong quá trình nấu là hơi bão hoà khô ở 100oC. Lượng nhiệt tổn thất do hơi nước mang theo được tính theo công thức: Q = Gh.i’’ i”: Entanpi của hơi nước bão hoà khô ở 100oC, i’’ = 2676 (kJ/kg). 2.3 Phân tích, lựa chọn phương án tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nấu Như đã trình bày ở phần trên, nhà máy bia Thanh Hóa là một trong các nhà máy có quy mô, mức độ tự động và công suất ở mức trung bình, có thể đại diện cho các nhà máy bia hiện đại có công suất vừa và lớn tại Việt Nam. Vì vậy việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng thành công cho Nhà máy bia Thanh Hóa sẽ mở ra một hướng mới cho các nhà máy bia tại Việt Nam và có thể ứng dụng một cách rộng rãi cho rất nhiều các nhà máy bia có công suất tương tự. Sau khi nghiên cứu kỹ các sơ đồ công nghệ của nhà máy bia Thanh Hóa, có thể nhận thấy một số khâu trong quá trính sản xuất chưa được bố trí hợp lý để có thể tiết kiệm chi phí năng lượng tiêu thụ cho quá trình sản xuất. Từ đó, xin được đưa ra một số cơ sở để lựa chọn các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho nhà máy thông qua việc tác động vào một số khâu, một số quá trình và thiết bị tại nhà máy trên cơ sở cải tạo, đầu tư thêm các thiết bị mới để đảm bảo việc nâng công suất của nhà máy trong giai đoạn hiện nay. 2.3.1 Nhận xét Trong sản xuất người ta luôn muốn giảm tối đa chi phí đồng thời tăng hiệu quả sử dụng năng lượng. Vì vậy cần có biện pháp kết hợp sử dụng hai nguồn năng lượng và các biện pháp hạn chế, tận dụng tối đa các tổn thất trong các quá trình. Đây chính là mục tiêu của đề tài nghiên cứu. Qua phân tích việc sử dụng năng lượng thực tế trong các khâu của quá trình sản xuất ở các nhà máy bia, cũng như chính sách về giá điện sản xuất của ngành điện đưa ra ta có thể đưa ra các hướng tiết kiệm như sau: - Hạn chế tốt thiểu các tổn thất về năng lượng sử dụng trong sản xuất, cụ thể là: + Phải tối ưu hoá các quá trình sản xuất sao cho tiết kiệm nhất + Tìm cách thu nhận và tái sử dụng lại các dạng năng lượng thải ra trong quá trình sản xuất như năng lượng nhiệt thải ra trong nước ngưng, trong hơi thứ bay ra ở các nồi hồ hoá, hup long hoá, đường hoá. - Tìm cách tận dụng những khoảng thời gian trong ngày có giá bán điện rẻ (vào ban đêm) để vận hành các hệ thống có sử dụng năng lượng điện và hết sức hạn chế việc vận hành các hệ thống này vào những khoảng thừi gian có giá bán điện cao. - Tìm cách tận dụng những chất thải bỏ (bã thải, nước thải. ) để biến chúng thành năng lượng sử dụng lại trong nhà máy. Trong khuôn khổ của một đề tài tốt nghiệp, do điều kiện thời gian không cho phép nên chúng tôi chỉ xin được đi sâu vào tìm hiểu, phân tích và đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng nhiệt trong hệ thống nấu. 2.3.2 Cơ sở đề xuất giải pháp Tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nấu Từ các kết quả tính toán thu được ở phần trên, ta rút ra được bảng 2-10, tổng kết lượng nhiệt tiêu thụ tại các nồi trong hệ thống nấu, từ đó có thể đưa ra các biểu đồ hình 2-10, phân bố tiêu thụ năng lượng cho hệ nấu theo từng nồi, hình 2-11, phân bố tiêu thụ năng lượng cho hệ nấu theo thành phần nhiệt tổn thất và hình 2-12, phân bố lượng nhiệt tổn thất do bốc hơi tại các nồi. Giải pháp mà luận văn này đi vào nghiên cứu và giải quyết là giải pháp tiết kiệm hơi tổn thất ở nồi húp lông hóa. Lượng hơi cung cấp cho hệ nấu rất lớn và tập trung vào nồi húp lông hóa, hơi cấp cho nồi húp lông hóa chủ yếu làm bốc hơi nước từ nồi húp lông hóa và thải ra môi trường gây tổn thất nhiệt rất lớn và gây ô nhiễm môi trường. Do đó, nên tận dụng thu hồi lượng nước bốc hơi từ nồi húp lông hóa để tái sử dụng cho hệ nấu. Việc tái sử dụng hơi có thể được cân nhắc trong quá trình tính toán. Hơi có thể được tái nén và đưa trở về phục vụ cho việc cấp nhiệt cho nồi húp lông hóa hoặc trao đổi nhiệt với nước công nghệ để có nước nóng sử dụng trong quá trình hòa trộn nguyên liệu và rửa bã hoặc cả hai mục đích trên. Hình 2-13 và 2-14 dưới đây mô tả hai giải pháp tận dụng thu hồi nhiệt tại nồi húp lông hóa. Trên cơ sở tính toán, ta có thể lựa chọn phương án phù hợp áp dụng cho công trình. Để giải quyết các nhược điểm của sơ đồ trên, luận văn này xin đưa ra và nghiên cứu thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lượng theo sơ đồ trình bày trên hình 2-15. Theo sơ đồ hình 4-5, hơi nước thoát ra từ nồi húp lông hóa một phần được trao đổi nhiệt với nước để có nước nóng 990C đưa về bình tích trữ năng lượng và dùng để gia nhiệt dịch đường. Phần còn lại sẽ được đưa về máy nén hơi, tái nén lên áp suất cao và đưa vào nồi húp lông hóa. Sơ đồ này thay vì sử dụng bình ngưng ống vỏ đã dùng tháp rửa hơi vừa làm sạch hơi cấp cho máy nén vừa tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt. 2.3.3 Phân tích, định hướng lựa chọn giải pháp Dựa trên biểu đồ phân bố tổn thất năng lượng tại nồi húp lông hóa thì ta thấy lượng nhiệt tổn thất ra môi trường chỉ chiếm 0,81%. Tuy nhiên, tại thời điểm nồi húp lông hóa đã sôi thì chỉ tồn tại hai thành phần tổn thất là tổn thất do hơi nước thải ra môi trường và do tổn thất ra môi trường qua kết cấu. Như vậy, tại thời điểm nồi húp lông hóa sôi, việc tận dụng thu hồi hơi thải có ý nghĩa rất lớn vì nhiệt lượng này đã gần như cân bằng với lượng nhiệt cấp vào. Nhiệt được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình sản xuất, nhưng lượng nhiệt được sử dụng chủ yếu ở một số khâu như: - Nhiệt được sử dụng trong quá trình nấu (theo bảng 2-9). Thông thường lượng nhiệt này được cấp trực tiếp bởi lò hơi. Tại nhà máy bia Thanh Hóa sử dụng 3 lò hơi đốt than công suất 2,5 tấn/h. - Nước công nghệ có nhiệt độ 800C được sử dụng để hoà trộn với dịch tại nồi hồ hoá, nồi malt và bổ sung cho quá trình lọc là 13,38 m3 (theo các tính toán ở phần trên) và được cấp bởi lượng nước sau khi làm lạnh dịch sau thùng lắng xoáy. Sơ đồ công nghệ cho quá trình này được trình bày trên hình vẽ 1 trong phần phụ lục. Lượng nước thu được đủ cung cấp cho nhu cầu sử dụng tại hệ nấu, nên các biện pháp gia nhiệt nước cấp của hệ nấu là không cần thiết, vì đã tận dụngtriệt để lượng nhiệt từ hơi thoát ra trong nồi húp lông. Hơi sau khi ra khỏi nồi húp lông là hơi sạch, hơi này có nhiệt độ 1000C và áp suất 1 kg/cm2. Các thông số vật lý của hơi chưa đủ để gia nhiệt cho dịch và đảm bảo chế độ sôi yêu cầu hay nói chính xác hơn là sẽ đòi hỏi thiết bị trao đổi nhiệt có diện tích truyền nhiệt lớn, thời gian trao đổi nhiệt lâu. Mặt khác, lượng hơi này chưa không thể đủ để có thể gia nhiệt cho chính thiết bị sinh hơi và tổn thất tại thiết bị rửa hơi. Do đó, ngoài lượng hơi tái nén tuần hoàn, cần bổ sung thêm một lượng hơi cấp từ lò hơi của nhà máy. Hai dòng hơi thứ cấp (hơi tái tuần hoàn) và cấp I (hơi từ lò hơi) sẽ được phối trộn với nhau nhờ một bơm hơi (từ đây được gọi là ejector). CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ VÀ THUYẾT MINH KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG PHÂN XƯỞNG NẤU 3.1 Sơ đồ nguyên lý của hê thống tiết kiệm năng lượng Hơi bốc lên từ nồi hup lông hoá sau khi đi qua thiết bị làm kín đường ống, được đưa về tháp rửa hơi, tại đây hơi được rửa sạch để loại bỏ những cặn bẩn hữu cơ có cuấn theo hơi khi bay ra khỏi nồi húp lông hóa, ở đây hơi được cho đi từ dưới lên, ngược chiều vơi dòng nước nóng 900C được phun từ trên đỉnh tháp xuống. Hơi sau khi ra khỏi tháp rửa hơi là hơi sạch đã được loại bỏ hết cặn bẩn, có nhiệt độ là 1000C, áp suất hơi là 1 kg/cm2, hơi này được đưa về máy nén hơi, tại đây hơi được nén lên áp suất cao (có P khoảng 1,6kg/m2 và nhiệt độ khoảng 1450C) sau đó lượng hơi tái nén này được phối trộn với một lượng hơi từ lò hơi (Hơi cấp I) trong thiết bị phối trộn (Ejector) hơi tái nén sau khi phối trộn với hơi cấp I có được áp suất khoảng 1,8 kg/cm2, hơi này được đưa trở lại nồi húp lông hoá để gia nhiệt cho dịch đường. Nước rửa hơi sau khi thực hiện quá trình rửa hơi xong có nhiệt độ là 1000C sau khi đi qua thiết bị tách cặn, sẽ được trao đổi nhiệt với nước nóng 800C để có nước nóng 990C đưa về tank tích trữ năng lượng và hạ nhiệt độ xuống còn 900C sau đó quay trở lại tháp rửa hơi để thực hiện quá trình rửa hơi. Nước ngưng trong quá trình rửa hơi và lượng nước nằm lại trong tháp rửa trước mỗi lần rửa hơi sẽ được gia nhiệt cho nước thường có nhiệt độ 23,60C để có nước nóng 800C đưa về tank chứa nước nóng trước khi được thải bỏ ra cống ở nhiệt độ khoảng 350C. Thông thường trong thực tế sản xuất cho thấy, các ống trao đổi nhiệt được chế tạo từ ống F52. Khi sử dụng các ống này, thiết bị tránh được hiện tượng bám cháy trên bề mặt ống nhưng tốc độ sôi, tốc độ tuần hoàn rất chậm. Để tăng khả năng tuần hoàn và tốc độ sôi, và để tận dụng hiệu quả hệ thống thiết bị tiết kiệm năng lượng nên ta đã thay thế các ống F52 bằng các ống F38. Để tránh hiện tượng bám cháy thành trong ống, nên ta cần phải lắp đặt thêm một bộ gia nhiệt dịch trước khi đưa vào nồi hup lông hóa. Dịch đường được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt dịch để nâng nhiệt độ của dịch từ 760C lên 950C bằng nước nóng 990C từ tank tích trữ năng lượng, sau khi gia nhiệt nước nóng có nhiệt độ là 800C sẽ được đưa về phần đáy của tank tích trữ năng lượng. 3.2 Tính và chọn các thiết bị của hệ thống tiết kiệm năng lượng 3.2.1 Tính và chọn cụm thiết bị gia nhiệt cho dịch trước đun hoa Nhiệm vụ: Như đã nói ở trên, khi lựa chọn giải pháp tái nén hơi tuần hoàn ở nồi hoa, chúng ta cần có tốc độ sôi nhanh và ổn định. Vì vây, chùm ống trao đổi nhiệt đã được thay ổi từ loại ống F52 thông thường xuống đường kính ống F38 để dịch luân chuyển trong ống nhanh hơn. Tuy nhiên, việc thay đổi này có thể dẫn đến việc bám cháy trên thành trong của ống. Để khăc phục hiện tượng này, cần phải thiết kế bổ sung cho hệ thống thiết bị một bộ gia nhiệt dịch trước khi vào nồi hoa. Thiết bị này có tác dụng nâng nhiệt độ dịch lên tới 95OC. Vì vậy, ngay sau khi tiếp xúc với bộ gia nhiệt trung tâm, dịch đạt đến trạng thái sôi rất nhanh làm quá trình lưu chuyển trong ống diễn ra mạnh mẽ. 3.2.2 Tính và chọn các thiết bị cho cụm trao đổi nhiệt nước ngưng Thông thường, tại nhà máy bia, nước ngưng tại thiết bị gia nhiệt được thu hồi về lò hơi để tiết kiệm năng lượng nhiệt và xử lý nước. Do tính toán cho trường hợp tận dụng, tái nén hơi cấp vào nồi húp lông hóa nên nước ngưng từ nồi húp lông hóa có độ tinh khiết không cao. Mặt khác, do tái nén hơi nên chỉ bổ sung một phần hơi từ lò hơi. Vì vậy, trong hệ thống này, ta không tuần hoàn nước ngưng trực tiếp về lò hơi mà thải bỏ. Để tận dụng thu hồi nhiệt, trước khi thải bỏ, cho nước ngưng trao đổi nhiệt với nước cấp có nhiệt độ thường của nhà máy để có nước nóng cho quá trình gia nhiệt dịch vừa nêu ở trên Do có sự thay đổi về quá trình cấp nhiệt tại nồi húp lông hóa nên tổn thất nhiệt tại nồi húp lông hóa cũng thay đổi. Theo cách tính tương tự như chương 2, ta tính được các tổn thất năng lượng cho nồi húp lông hóa theo bảng 3-1 và xây dựng được biểu đồ phân bố tổn thất nhiệt tại nồi húp lông hóa khi áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng theo hình 3-1. Tính toán, chọn thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản cho nước ngưng Tham khảo tài liệu kỹ thuật của ejector do hãng GEA Jet pump (CHLB Đức) thì với áp suất hơi thứ cấp là 1 kg/cm2 và hơi cấp I là 10 kg/c m2, áp suất hơi đầu ra của ejector thường vào khoảng 1,6 đến 1,8 kg/c m2. Vậy tạm tính với áp suất hơi đầu ra là 1,8 kg/c m2. Giá trị này sẽ được kiểm tra lại khi chọn ejector. Theo tính toán trên đây, lượng nhiệt cần thiết cấp cho nồi hoa trong toàn bộ quá trình là: Qtổn thất = 8601796 kJ. Nhiệt lượng này được cấp bởi hơi nước bão hòa ở áp suất 1,8 kg/c m2 và nhiệt độ nước ngưng tụ ra khỏi thiết bị là 1050C (bằng nhiệt độ sôi của dịch). Theo đó, các thông số vật lý của nước và hơi nước là: - Nhiệt độ hơi nước bão hòa khô ở áp suất phơi=1,8 kg/c m2: thơi =116,90C. - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước bão hòa ở nhiệt độ 116,90C là: r = 2211 kJ/kg. - Entanpi của nước bão hòa ở nhiệt độ 116,90C là: i1 = 490,7 kJ/kg. - Entanpi của nước bão hòa ở nhiệt độ 1050C là: i2 = 439,4 kJ/kg. Công suất nhiệt của thiết bị là: Q = = 218 (kW) = 218000 (W). Lượng nhiệt mà nước truyền cho dịch được tính theo công thức: Q = k.F.∆t, [W]. Trong đó: k: là hệ số truyền nhiệt, [W/ m2K]. F: là diện tích truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, [m2]. ∆t: là độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nước và dịch, [K]. Hệ số truyền nhiệt k được chọn dựa vào các thông số sau: lưu lượng môi chất, nhiệt độ môi chất vào, ra... Theo catalogue của nhà sản xuất chọn k = 6371,3 W/m2K. Vậy diện tích truyền nhiệt của thiết bị là: F = = 2,61 m2. Từ các thông số trên ta chọn được thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm model Sigma M7NBL của hãng Schmitd có các thông số kỹ thuật đáp ứng được các yêu cầu trên. Tính toán, chọn kế tank chứa nước ngưng tuần hoàn Chọn bơm có lưu lượng (Qbơm) là 3m3/h tại cột áp 5m H2O. Do nước ngưng được bơm tuần hoàn, nên tank chứa không cần có kích thước lớn. Lượng nước sẽ được tự động xả ra cống nhờ van điện từ điều khiển bằng báo mức. Do độ trễ lớn nhất của các thiêt bị tự động hóa thường nhỏ hơn 30 giây nên ta thiết kế tank trao đổi nhiệt nước ngưng đảm bảo chứa được 1 phút lượng dịch cấp cho bơm. Thể tích chứa nước trong tank tuần hoàn nước ngưng là: 3.2.3 Tính và chọn thiét bị cho cụm thiết bị rửa hơi Chọn loại thiết bị rửa hơi và trao đổi nhiệt hỗn hợp kiểu tưới. Hơi đi vào được chuyển động qua lớp đệm bằng vòng pala thép không gỉ đường kính 25mm, dày 3mm có diện tích bề mặt riêng là 200 m2/m3 và khối lượng riêng 530 kg/ m3. Tại đó hơi trao đổi nhiệt với nước xối ngược chiều và trao đổi nhiệt với nước để hạ nhiệt độ từ 1050C xuống còn 1000C và một phần ngưng tụ. Tổng năng suất trao đổi nhiệt tại thiết bị rửa hơi (Qtháp rửa) và thiết bị thu hồi nhiệt nước ngưng (Qnước ngưng) bằng lượng nhiệt dùng để gia nhiệt nước nóng từ 800C lên 990C (Qnước 99) có kể đến tổn thất. Do đó, có thể tính được nhiệt lượng và lưu lượng nước cần thiết cấp cho thiết bị rửa hơi dựa trên các thông số của nước và hơi bão hòa có tính tới tổn thất (bằng 5%): Qtháp rửa = (Qnước 99 - Qnước ngưng).1,05 (3-7) Theo các số liệu tính toán ở phần trước ta có Qtháp rửa = (2643215- 1112268). 1,05 = 1607494 (kJ) Tại tháp rửa đồng thời diễn ra 2 quá trình trao đổi nhiệt: quá trình ngưng tụ hơi nước ở nhiệt độ 1050C và quá trình hạ nhiệt độ của nước từ 1050C xuống còn 900C bằng cách bơm lượng nước đã ngưng tụ trao đổi nhiệt với nước nóng 800C để tạo ra nước 990C. Lượng hơi ngưng tụ tại tháp rửa hơi được tính bằng: Ghơingưng= = 709 kg. (4-8) Trong đó: - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước bão hòa ở nhiệt độ 1050C là: r =2244 kJ/kg. - Entanpi của nước bão hòa ở nhiệt độ 1050C là: i1 = 439,4 kJ/kg. - Entanpi của nước bão hòa ở nhiệt độ 1000C là: i2 = 417,4 kJ/kg. Nhiệt lượng do ngưng tụ là: QN = Ghơi ngưng. r = 709.2244 = 1591886 (kJ). Nhiệt lượng do hạ nhiệt hơi là: Qhạnhiệt = Ghơingưng.(i1-i2) = 709.(439,4-417,4) = 15608 (kJ). Tính toán, chọn tháp rửa hơi Thông số quan trọng nhất của tháp rửa là diện tích truyền nhiệt của khối đệm. Như đã tính ở trên, lượng nhiệt trao đổi tại tháp gồm 2 thành phần, nhiệt ngưng tụ và nhiệt hạ nhiệt. Do quá trình ngưng tụ có hệ số tỏa nhiệt rất lớn (tới hàng nghìn W/m2K) trong khi hệ số tỏa nhiệt đối lưu chỉ nhỏ hơn 20 W/ m2K. Do đó, khi tính toán diện tích trao đổi nhiệt cho thiết bị rửa hơi ta chỉ cần tính toán cho lượng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu, đối với lượng nhiệt trao đổi nhiệt do ngưng tụ, bản thân việc lấy dự phòng 5% tổn thất cũng đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị. Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị được tính theo công thức: F = = 274,6 (m2). (3-9 Trong đó: Hiệu nhiệt độ trung bình: ∆t == 7,7 0C Hệ số truyền nhiệt k = 7,35 (W/m2K). Ta có diện tích bề mặt riêng của đệm kim loại pala là 200 m2/m3 Do đó, thể tích khối đệm là: Vđệm = = 1,37 (m3). (3-10) Diện tích mặt cắt thân tháp: S = = 0,71(m2). (3-11) Với vhơi = 1,3 m/s là vận tốc dòng khí qua tháp và thời gian hoạt động của thiết bị là 70 phút. Đường kính tháp: D = = 0,95; m. (3-12) Chiều cao khối đệm: h = = 1,94; m. (3-13) Tính, chọn thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản cho nước ngưng Theo tính toán trên đây, lượng nhiệt trao đổi tại thiết bị là: Qtháp rửa=1607494 (kJ). Tại thiết bị trao đổi nhiệt này, nhiệt lượng do nước rửa hơi thải ra sẽ gia nhiệt cho nước 800C để có nước nóng 990C đưa về tank trữ nhiệt đồng thời giảm nhiệt độ từ 1000C xuống còn 900C. Do đó, môi chất có nhiệt độ thấp là nước có nhiệt độ đầu vào và ra là: tnl1 = 800C và tnl2 = 990C. Môi chất có nhiệt độ cao là nước có nhiệt độ đầu vào là tnn1=1000C sẽ được làm lạnh xuống còn tnn2 = 900C. Các thông số vật lý khác tìm được: - Nhiệt dung riêng của nước bão hòa tại nhiệt độ trung bình 950C là: 4,22 kJ/kgK. - Khối lượng riêng của nước bão hòa tại nhiệt độ trung bình 950C là: 959 kg/m3. - Nhiệt dung riêng của nước bão hòa tại nhiệt độ trung bình 89,50C là: 4,195 kJ/kgK. - Khối lượng riêng của nước bão hòa tại nhiệt độ trung bình 89,50C là: 959 kg/m3. Theo công thức (3-2) ta tính được lượng nước được gia nhiệt tại thiết bị: Gnước 90 == 20049 (kg) Theo công thức (3-3) ta tính được = 3,910C Công suất nhiệt của thiết bị là: Q = = 383 (kW) = 383000 (W). Hệ số truyền nhiệt k được chọn dựa vào các thông số sau: lưu lượng môi chất, nhiệt độ môi chất vào/ra... Theo catalogue của nhà sản xuất chọn k = 5495W/m2K Vậy diện tích truyền nhiệt là: F = = 17,81(m2). Chọn thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản của hãng Schmitd model Sigma26NBL có các thông số kỹ thuật phù hợp. Tính, chọn thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản cho nước cấp hai Lượng nước nóng trao đổi nhiệt tại thiết bị này bao gồm lượng nước ngưng tụ tại tháp rửa hơi và lượng nước nóng lấy từ tank nước nóng chứa trong đáy tháp trước mỗi mẻ nấu. Theo thiết kế tháp, chiều cao cột lỏng trong tháp là 500mm, tương đương với thể tích khối nước tại đáy tháp là 0,354 m3 nước có khối lượng riêng là 959 (kg/ m3). 3.2.4 Tính và chọn thùng tích trữ năng lượng Lượng nước cần gia nhiệt cho dịch trước khi vào nồi húp lông hóa là 35,1m3. Do nước tại tank tích trữ năng lượng có sự phân tầng nhiệt độ nước, nước nóng 990C sẽ nằm ở phần trên của tank và dưới đáy tank nước có nhiệt độ 800C. Do đó, thể tích nước 990C chỉ chiếm khoảng 50% tổng thể tích tank tích trữ năng lượng. Vậy thể tích tank tích trữ năng lượng là: Vtank = 2.35,1 = 70,2 m3 Các kích thước cơ bản của tank như sau: - Đường kính trong: d1 = 3000 mm - Chiều cao thùng: h = 9500 mm. - Bảo ôn bằng bông thuỷ tinh dày: δ2 = 100 mm. - Lớp bảo ôn bọc tôn inox dày: δ3 = 0,5 mm. 3.2.5 Tính, chọn máy nén hơi và thiết bị phối trộn hơi (Ejector) Chọn máy nén hơi Như đã phân tích ở trên, áp suất hơi bão hòa vào máy nén là 1 kg/cm2. và nhiệt độ là 1000C. Sau khi ra khỏi máy nén, áp suất hơi có giá trị bằng 1,6 kg/cm2. Các thông số khác của hơi có giá trị như sau: - Entanpi của hơi nước bão hòa tại nhiệt độ 100 0C là: i1 = 2675 kJ/kg. - Entropi hơi nước bão hòa tại nhiệt độ 100 0C là: s1 = 7,360 kJ/kgK. Giả thiết quá trình nén là quá trình đẳng entropi, theo các bảng và đồ thị, ta có các thông số trạng thái của hơi sau khi nén là: - áp suất cuối quá trình nén là: p2 = 1,6 kg/cm2. - Nhiệt độ hơi cuối quá trình nén là: t2 = 145,480C. - Entropi hơi nước quá nhiệt là: s2 = 7,360 kJ/kgK. - Entanpi của hơi nước quá nhiệt tại nhiệt độ 145,480C là: i’2 = 2765 kJ/kg. - Thể tích riêng: v = 1,194 m3/kg. Từ các thông số nêu trên, ta có thể tính được công nén riêng lý thuyết của máy nén: l = i’2 - i1 = 2765 - 2675 = 90 kJ/kg. (3-17) Công nén lý thuyết của quá trình nén đoạn nhiệt: L = l.Ghơi nén = 90.1989,3 = 179035,2 (kJ). (3-18) Trong đó: Ghơi nén : Là khối lượng hơi đi được nén qua máy nén (chính bằng lượng hơi đi ra khỏi tháp rửa hơi) và bằng 1989 kg. Công suất máy nén hơi thực tế tính cho cả quá trình nén kéo dài 70 phút sôi dịch húp lông hóa: Ptt = = 53,3 (kW). (3-19) Các thông số trên hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đề ra của hệ thống. Lượng nhiệt do 1989 kg hơi thứ cấp quá nhiệt ở áp suất 1,6 kg/cm2 cấp cho nồi húp lông hóa khi ngưng tụ tại nhiệt độ 1050C là: Qhơi nén = Ghơi nén.(i’2 - i3) = 1989.(2765 - 439,4) = 4626268 (kJ). (3-20) Nhiệt lượng hơi nén cấp I cần cung cấp cho nồi húp long hóa là: Qcấp I = Qtổn thất - Qhơi nén = 8601796 - 4626268 = 3975528 (kJ). (3-21) Trong đó: i 3 là entanpi của nước ngưng tụ tại nồi húp lông hóa ở nhiệt độ 1500C. Công suất nhiệt do lượng hơi nén thứ cấp tạo ra là: = 1102 (kW) (3-22) Chọn Ejector ( thiết bị phối trộn hơi) Lượng hơi cấp một được cấp từ lò hơi có áp suất hơi bão hòa là 10 kg/cm2. Trong điều kiện vận hành thực tế, để đảm bảo áp suất làm việc an toàn cho thiết bị, áp suất cấp vào nồi nấu thường đi qua trạm giảm áp và có áp suất 4 kg/cm2. Tuy nhiên, trong trường hợp này, hơi cấp một và hơi thứ cấp sau khi nén cần được phối trộn với nhau để có một lượng hơi bão hòa ở áp suất ổn định trước khi được cấp trở lại nồi húp lông hóa. Lượng hơi cấp một cấp vào nồi húp lông hóa được tính theo công thức: Ghơibs = Ghơi - Ghơi nén = 3802 - 1989 = 1813 (kg). (3-23) Từ đó ta tính được các thông số lưu lượng: = 1554 (kg/h). (3-24) = 3259 (kg/h). (3-25) Từ các thông số trên và yêu cầu áp suất hơi thứ cấp Phơi nén = 1,6 kg/cm2, áp suất đầu ra Pra = 1,8 kg/cm2, theo catalogue thiết bị của hãng GEA jet pump GmbH (CHLB Đức) ta chọn được ejector dạng máy nén nhiệt (thermo compressor) chế tạo bằng vật liệu Inox 316L đảm bảo các yêu cầu trên. Cũng theo catalogue này, đường kính miệng cấp hơi cấp một là: dcấp = 0,16. (3-26) Đồng thời theo đồ thị tra được dcấp theo áp suất đầu ra và lưu lượng hơi là: dcấp = 65 mm. Do đó, áp suất hơi cấp nén cấp I cấp cho ejector là: Phơibs = 1000. = 9,32 (kg/cm2) Vậy áp suất hơi vào cấp I vào ejector là: 9,32 kg/cm2. Công suất này phù hợp với thực tế tại nhà máy nơi có nguồn hơi cấp ra khỏi lò hơi là 10 kg/cm2. Các kích thước cơ bản của thiết bị: - Đường kính cấp hơi cấp I: dcấp = 65 mm. - Chiều dài: 653 mm. - Chiều dài đoạn ống hỗn hợp: 523 mm. - Khối lượng: 10 kg. 3.2.6 Tính và chọn các loại bơm cho hệ thống thiết bị Ngoài 02 bơm lắp trực tiếp trên cụm thiết bị rửa hơi và thiết bị trao đổi nhiệt nước ngưng đã chọn ở trên, theo cách tính tương tự, dựa vào các tính toán đã nêu ở phần trên, ta có thể chọn được một số bơm nước lắp đặt cho hệ thống bao gồm: Bơm nước cấp nước nóng 800C vào thiết bị rửa hơi - Công suất động cơ điện: 3,7 kW (có kèm theo biến tần). - Cột áp đẩy của bơm: 21 mH2O. - Lưu lượng bơm: 23 m3/h. - Nhiệt độ làm việc: 800C. Bơm nước cấp nước nóng 990C gia nhiệt dịch - Công suất động cơ điện: 5,5 kW (có kèm theo biến tần). - Cột áp đẩy của bơm: 20 mH2O. - Lưu lượng bơm: 52 m3/h. - Nhiệt độ làm việc: 990C. Bơm CIP vệ sinh thiết bị gia nhiệt dịch - Công suất động cơ điện: 2,2 kW. - Cột áp đẩy của bơm: 10 mH2O. - Lưu lượng bơm: 42 m3/h. - Nhiệt độ làm việc: 800C. CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG PHÂN XƯỞNG NẤU CỦA CÁC NHÀ MÁY BIA KHI ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ SẢN XUẤT Như đã trình bày ở phần trên, tất cả các số liệu tính toán đều được lấy theo đúng số liệu thực tế của nhà máy bia Thanh Hoá. Trong phần trước chúng tôi đã tính toán, phân tích và lựa chọn giải pháp tiết kiệm năng lượng sử dụng trong phân xưởng nấu của nhà máy bia. Kết quả thu được cho thấy giải pháp sử dụng hơi tái nén tuần hoàn ở nồi hoa để tiết kiệm năng lượng cho phân xưởng nấu là phù hợp với điều kiện ở Việt Nam và có khả năng áp dụng vào thực tế sản xuất. Trên cơ sở đó đã tính toán và lựa chọn các thiết bị trong hệ thống tiết kiệm năng lượng có thể lắp đặt tích hợp cho dây chuyền nấu với năng suất 30 m3 dịch/ 1 mẻ nấu, tương đương với năng suất 60 triệu lít bia/ năm. Dưới đây chúng tôi tiến hành dánh giá tính khả thi của hệ thống tiết kiệm năng lượng nói trên khi dưa vào vận hành thực tế 4.1 Hiệu quả kinh tế do hệ thống thiết bị mang lại 4.1.1 Chi phí đầu tư và khả năng thu hồi vốn Chi phí đầu tư Chi phí đầu tư cho thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống thiết bị tại công trình được thống kê trong bảng 4-1. Bảng 4- 1 Chi phí đầu tư cho hệ thống tiết kiệm năng lượng sử dụng trong phân xưởng nấu của nhà máy bia Thanh Hoá ( Nguồn: Công ty cơ nhiệt Điện Lạnh Bách Khoa Hà Nội- POLYCO) TT Tên thiết bị Đơn Vị Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Máy nén hơi Model: STM190L Cái 1 6.437.398.000 6.437.398.000 2 Tank tích trữ năng lượng 71m3 Tank 1 480.624.000 480.624.000 3 Thiết bị làm kín nước Cái 1 74.938.625 74.938.625 4 Tháp rửa hơi Hệ 1 378.302.145 378.302.145 5 Thiết bị trao đổi nhiệt nước ngưng Hệ 1 131.145.500 131.145.500 6 TB gia nhiệt dịch đường trước khi vào nồi hoa Hệ 1 400.985.000 400.985.000 7 Bơm Hệ 1 15.500.000 15.500.000 8 Nhân công, máy thi công, lắp đặt Hệ 1 108.500.000 108.500.000 Tổng 8.027.393.270 Ngân sách tiết kiệm được khi áp dụng hệ nén hơi thu hồi từ nồi đun hoa Hiệu quả của hệ thống thiết bị tiết kiệm năng lượng cho nhà nấu được tính bằng nhiệt lượng tiết kiệm được do áp dụng biện pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ nấu là: Qthu = QΣtổn thất - Qcấp I = 10479170- 3975527 = 6503643 (kJ/mẻ) (4-1) Hiệu suất tiết kiệm năng lượng có thể tính theo công thức: = 62,06% (4-2) Nhiệt lượng tiết kiệm được tính cho một ngày (nấu 8 mẻ): Qthu/ngày = 8.6503643 = 52029144 (kJ/ngày) (4-3) Như vậy sau khi áp dụng giải pháp sử dụng hơi tái nén tuần hoàn ở nồi húp lông hoá để tiết kiệm năng lượng, chưa kể tới hiệu quả của việc giảm phát thải khí CO2 ra môi trường, lượng nhiệt cấp cho nồi hoa đã giảm tới trên 62%, mỗi ngày tiết kiệm được 52029144 kJ. Thông thường, hiệu suất của lò hơi (ηl) tại Việt Nam khoảng từ 60% đến 80%, trong tính toán lấy (ηl=75%) giả thiết hiệu suất do hơi truyền tải từ lò hơi tới thiết bị dùng nhiệt (η) là 95%. Theo (4-3) toàn bộ lượng nhiệt tiết kiệm được từ giải pháp trên là 52029144(kJ/ngày). Lượng nhiên liệu ( quy ra dầu FO) (Gdầu) để sản xuất ra lượng nhiệt trên là: Gdầu = = 1710 (kg/ngày) (4 - 4) Trong đó: - η1, η: là hiệu suất của lò hơi và hiệu suất truyền tải. - = 42700 kJ/kg, nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 1kg dầu FO. Thời gian hoạt động của lò hơi là 312 ngày/1 năm. Như vậy, lượng dầu tiết kiệm được trong một năm (Gdầu/năm) là: Gdầu/năm = 1710. 312 = 533551 (kg/năm) (4-5) Dầu là một mặt hàng nhạy cảm, giá cả luôn biến động không ngừng. Tuy nhiên để thuận tiện cho việc tính toán, giả thiết giá thành 1 kg dầu FO là 3500 VNĐ thì 1 năm tiết kiệm được một lượng tiền (T) là: T = 3500.533551,2 = 1867429200 VNĐ = 1,867 tỷ đồng (4-6) Thời gian hoàn vốn Theo tính toán ở trên thì tổng chi phí đầu tư cho hệ thống tái nén hơi thu hồi ở nồi hoa là: D = 8.027.393.270 VND Giả thiết số tiền đầu tư là tiền vay ngân hàng với lãi suất ưu đãi 10%/năm, giả thiết giá trị đồng tiền không thay đổi theo thời gian, thời gian hoàn vốn là: t = = = 7,54 (năm) Như vậy sau hơn 7 năm thì lượng tiền đầu tư sẽ khấu hao hết. 4.1.2 Thực trạng sản xuất và tiêu thụ năng lượng tại nhà máy bia Thanh Hoá lúc trước và sau khi hệ thống tiết kiệm năng lượng đưa vào hoạt động Hiện tại, ở công ty Cổ Phần Bia Thanh Hoá đang vận hành các hệ thống tiết kiệm năng lượng trong chương trình nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong nhà máy bia do tổ chức NEDO Nhật Bản phối hợp với phía Việt Nam thực hiện là: + Hệ nén hơi thu hồi từ nồi đun hoa (như đã trình bày kĩ ở phần trên) + Hệ làm lạnh cấp và hệ làm đá lạnh + Hệ bơm nhiệt lắp cho máy thanh trùng + Và hiện đang chuẩn bị đưa vào vận hành hệ thống xử lý nước thải và lò hơi khí sinh học. Tuy nhiên trong luận văn này chỉ xin đi sâu vào tìm hiểu, đánh giá tính khả thi của hệ thống tái nén hơi thu hồi ở nồi hoa. Dứơi đây ta tiến hành tìm hiểu tình hình sử dụng năng lượng tại công ty CP Bia Thanh Hoá trong các năm + 2004 và 2005 khi hệ thống tiết kiệm năng lượng chưa đưa vào vận hành + 3 tháng đầu năm năm 2006 khi hệ thống nén hơi thu hồi từ nồi đun hoa chính thức đi vào hoạt động Theo số liệu thống kế tại nhà máy bia Thanh Hoá, sản lượng bia và tiêu thụ năng lượng trong năm 2004, 2005 ( khi chưa vận hành hệ thống tiết kiệm năng lượng) và 3 tháng đầu năm 2006 ( khi hệ thống tiết kiệm năng lượng được đưa vào vận hành) như sau: Bảng 4-2 Sản lượng bia và tình hình tiêu thụ năng lượng trước và sau khi vận hành hệ thống tiết kiệm năng lượng ( Nguồn: Công Ty Cổ Phần bia Thanh Hoá) Đơn vị Năm 2004 Năm 2005 3 tháng đầu năm 2006 Điện kWh/hl 7,9 7,5 7,8 Nước Lít nước/hl bia 980 985 932 Than kg/hl bia 5,64 5,54 4,42 Dầu Diezel lít dầu 45247 50238 5300 Tổng sản lượng bia Triệu lít 52,52 59,33 14,68 4.2 Hiệu quả về việc bảo vệ môi trường Ngoài hiệu quả về mặt kinh tế mà hệ thống tiết kiệm năng lượng mang lại như ta đã tính toán chi tiết ở phần trên thì hệ thống tiết kiệm năng lượng còn góp phần giảm thải ô nhiễm và bảo vệ môi trường, cụ thể là: - Giảm được lượng hơi thải có nhiệt độ và hàm lượng BOD cao phát thải ra môi trường từ nồi húp lông hoá do ta đã thu lại lượng hơi này và tái sử dụng - Giảm được khí thải CO2 phát thải ra môi trường do tiết kiệm được lượng nhiên liêu dùng để đốt lò hơi. Cứ 1 kg dầu FO khi cháy sinh ra 3 kg CO2. Do đó lượng phát thải CO2 ra môi trường trong một ngày là: GCO2 = 3. 1710 = 5130 (kg CO2/ngày). Thể tích khí CO2 (ở điều kiện tiêu chuẩn) là: VCO2 = = 2612 (m3CO2/ngày). = 2612. 312 = 814944 (m3 CO2/năm) 4.3 Tác động của hệ thống tiết kiệm năng lượng lên chất lượng của dịch đường Bên cạnh những lợi ích rất lớn về mặt kinh tế cũng như bảo vệ môi trường của hệ thống tiết kiệm năng lượng nói trên mang lại thì một vấn đề rất quan trọng đặt ra đó là: “Liệu hệ thống này có gây ảnh hưởng gì tới chất lượng của dịch đường hay không ?...” Tuy do điều kiện không cho phép chúng tôi tiến hành phân tích từng chỉ tiêu cụ thể về chất lượng của dịch đường được nấu từ hệ thống nấu không có sử dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng và dịch đường được nấu cũng từ hệ thống nấu đó mà có sử dụng đến hệ thống tiết kiệm năng lượng. Nhưng sau khi nghiên cứu, phân tích kĩ lưỡng cũng như theo các số liệu do nhà máy cung cấp, chúng tôi có thể khẳng định rằng: “ Chất lượng của dịch đường sau khi nấu ra hầu như không chịu ảnh hưởng bởi hệ thống tiết kiệm năng lượng nói trên” Không những thế, do thiết bị gia nhiệt trung tâm ở nồi húp lông hoá đã được cải tiến và dịch đường trước khi đi vào nồi húp lông hoá đã được gia nhiệt lên gần với nhiệt đọ sôi ( 950C) nên thời gian đun sôi dịch đường, cường độ sôi của dịch đường dễ dàng đạt được và ổn định. 4.4 Nhận xét Theo phân tích ở phần trên, chúng ta có thể nhận thấy rằng bằng cách tác động tới một số khâu, một số thiết bị trong nhà máy, có nhiều giải pháp có thể tiết kiệm được năng lượng trong nhà máy bia. Các giải pháp này có thể thực hiện đơn lẻ nhưng để có hiệu quả cao, chúng ta nên kết hợp nhiều giải pháp để có một giải pháp tiết kiệm năng lượng tổng thể cho nhà máy. Cùng với các biện pháp này, còn có thể áp dụng các phương pháp quản lý, vận chuyển, hợp lý hóa quá trình sản xuất như lựa chọn tối ưu hóa các thiết bị vận chuyển, xuất, nhập nguyên liệu để tiết kiệm nguyên, nhiên, vật liệu; nâng cao mức độ tự động hóa để giảm chi phí nhân công và chi phí quản lý; bố trí dây chuyền sản xuất hợp lý, liên kết giữa các phòng ban, các tổ sản xuất tốt để giảm chi phí vận chuyển, đầu tư cơ sở hạ tầng, giảm tổn thất trong vận chuyển và giảm nguy cơ hư hỏng thiết bị. Với giải pháp đề ra là sử dụng hơi tái nén tuần hoàn ở nồi hoa để tiết kiệm năng lượng cho phân xưởng nấu của nhà máy bia, sau khi áp dụng vào trong thực tế đã mang lại một số lợi ích rất lớn như: - Tận dụng được toàn bộ lượng nhiệt thoát ra tại nồi húp lông hoá (nồi hoa). - Giảm lượng nhiên liệu sử dụng cho nhà máy tương đương với 553551 kgdầu/năm. - Giảm phát thải độc hại ra môi trường như BOD trong hơi ẩm, giảm lượng CO2 tới 814944 m3 CO2/năm. - Các thiết bị có mức độ tự động hóa cao, tất cả các bơm, động cơ điện đều có biến tần nên tiết kiệm rất nhiều chi phí vận hành. - Cũng do các thiết bị có mức độ tự động hóa cao nên việc vận hành trở nên đơn giản, giảm chi phí nhân công vận hành và tránh được các sự cố đáng tiếc có thể xảy ra cho hệ thống. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Như vậy, từ nhu cầu cấp thiết trong giai đoạn hiên nay đối với ngành công nghiệp sản xuất bia của Việt Nam là phải tiến hành nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong nhà máy bia. Sau một thời gian tiến hành nghiên cứu, tính toán và phân tích những tổn thất trong các nhà máy bia ở Việt Nam, cùng với việc tham khảo những mô hình tiết kiêm năng lượng trong các nhà máy bia ở các nước có ngành công nghiệp sản xuất bia phát triển trên thế giới. Kết quả thu được cho thấy giải pháp sử dụng hơi tái nén tuần hoàn ở nồi hoa để tiết kiệm năng lượng cho phân xưởng nấu của nhà máy bia là phù hợp với điều kiện ở Việt Nam và có khả năng áp dụng vào thực tế sản xuất. Trên cơ sở đó đã tính toán và lựa chọn các thiết bị trong hệ thống tiết kiệm năng lượng có thể lắp đặt tích hợp cho dây chuyền nấu với năng suất 30 m3 dịch/ 1 mẻ nấu. Thực tế khi áp dụng giải pháp này tại công ty cổ phần bia Thanh Hoá đã cho thấy kết quả hết sức khả quan. Giảm tiêu hao năng lượng khoảng 10% khi giải pháp này thực hiên độc lập và có khả năng giảm được tới trên 30% tiêu hao năng lượng khi giải pháp này áp dụng cùng với các giải pháp tiết kiệm khác là: Hệ làm lạnh cấp và hệ làm đá lạnh, hệ bơm nhiệt lắp cho máy thanh trùng, hệ thống xử lý nước thải và lò hơi khí sinh học. Giải pháp đề ra không những tiết kiệm được năng lượng cho quá trình nấu mà còn giảm được một lượng lớn khí thải độc hại ra môi trường. Lượng nhiệt tổn thất do bay hơi trong quá trình húp lông hoá là rất lớn và đã được tận dụng một cách triệt để. Nếu kết quả này được áp dụng trên khắp cả nước với hơn 300 nhà máy bia như hiện nay, chúng ta sẽ tiết kiệm được một khối lượng nhiên liệu khổng lồ và giảm được rất nhiều khí thải độc hại ra môi trường. Mặc dù thời gian hoàn vốn tới hơn 7 năm không phải là thời gian hoàn vốn nhanh nhưng so với tuổi thọ của thiết bị trong ngành bia thông thường khoảng 20 năm thì đây là khoảng thời gian có thể chấp nhận được. Đặc biệt là trong hoàn cảnh hiện nay, khi giá dầu luôn có xu thế tăng và việc giảm phát thải các khí gây hiệu ứng nhà kính đang được quan tâm thì đây là dự án hoàn toàn khả thi và có độ tin cậy, đặc biệt đối với các dự án thực hiện theo hình thức mua bán quyền phát thải trong khuôn khổ nghị định thư Kioto. Các thông số vận hành ban đầu tại nhà máy bia Thanh Hoá cho thấy thiết bị hoạt động ổn định và bước đầu cho những kết quả đáng khích lệ. Hệ thống vẫn đang trong giai đoạn vận hành thử và căn chỉnh để đạt hiệu quả tối đa. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Nguyễn Bin, (1992), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 1. Nhà Xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. Nguyễn Bin, (1992), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2. Nhà Xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. Bộ công nghiệp (2004). Báo cáo “Về việc điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển nghành Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010” . Bùi Hải, Trần Thế Sơn, (1998), Bài tập nhiệt động truyền nhiệt và kỹ thuật lạnh. Nhà Xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư (2001), Thiết bị trao đổi nhiệt. Nhà Xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật. Hoàng Đình Hoà (1997), Công nghệ sản xuất malt và bia. Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. Chu Văn Kính, Nguyễn Sĩ Mão, Phạm Lê Dần, Mai Thanh Hà Huế, Lê Đức Dũng (2001), “Nghiên cứu thiết kế chế tạo lò hơi công suất nhỏ hiệu suất cao”, Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ mã số B2001 - 28 -31. Nộp lưu chuyển cho Bộ Giáo Dục và Đào tạo (Việt Nam). Tháng 12/. Nguyễn Đức Lợi, Vũ Diễm Hương, Nguyễn Khắc Xương, (1998), Vật liệu kỹ thuật nhiệt. Nhà Xuất bản Giáo Dục. Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú (1999), Truyền Nhiệt, Nhà xuất bản Giáo Dục. Tài liệu tiếng Anh Hans Dieter, Bachr (2000). Heat and mass tranfer. Springer – Verlag, Berlin. Wolfgang Kunze (1992). Technology Brewing and Malting. Volgel Fachbuch Vertag. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Phó Giáo sư, Tiến sĩ Lê Thanh Mai, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo Viện Công nghệ sinh học- Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhịêt tình giúp đỡ tôi trong suốt khóa học cũng như trong thời gian tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp cao học khóa 2004-2006. Tôi xin cảm ơn Viện công nghệ Sinh học - Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Nhà máy bia Thanh Hoá; PGS. TS Đinh Văn Thuận Tổng Giám Đốc Công ty POLYCO, GS Nguyễn Thị Hiền và KS Phạm Ngọc Phiên đã hết lòng giúp đỡ. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ tình cảm và lòng biết ơn của mình tới gia đình và bạn bè, những người luôn bên cạnh tôi, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Hà Nội, ,ngày 29 thàng 11 năm 2006 Tác giả Lê Viết Thắng ABSTRACT Tittle: “Study on designing the saving energy system for the equipment system of brewing house”. With the purpose of contributing to improve the statement of using energy at breweries and wishing the study’s result can be widely applied, especially in this period, which natural resource is more and more scarce. - Basic for choosing solution: The outgoing heat in the brewery system is higher from 30 – 40% of consuming energy in vessel (waste) The consuming heat inside VS – TTTH system is very high. In general, a brewery, which has power of 40 million lits/year demands around 700 m3 hot water, from 600C to 800C. Choosing solution