Технологические расчеты в бродильных производствах (стр. 4 из 16)
Основными стадиями производства пивоваренного солода являются: вторичная очистка и сортирование ячменя, замачивание, проращивание зерна, сушка свежепроросшего солода, удаление ростков и выдерживание сухого солода.
2.1. Технологические расчеты на стадии замачивания
Цель замачивания состоит в удалении пыли и легких сорных примесей, дезинфекции зерна и активизации жизненных процессов в зерне. Замачивание осуществляется одним из следующих способов: воздушно–водяное, оросительное, воздушно–оросительное, замачивание в непрерывном токе воды и воздуха, замачивание с продолжительными воздушными паузами и перезамачивание.
2.1.1. Основные расчетные формулы и справочные материалы
Приблизительный объем замочного чана можно установить из условия, что на 1 т замачиваемого ячменя требуется 2,2–2,4 м3 объема аппарата. Более точно объем замочного аппарата можно определить по формуле
, (11)где G — масса одновременно замачиваемого ячменя, кг; ρ — насыпная плотность зерна, кг/м3; 1,5 — коэффициент, учитывающий увеличение объема ячменя к концу замачивания на 40–50% и необходимый запас вместимости аппарата (5–10%) во избежание выброса зерна и воды при мойке и перекачивании зерна.
По приложению 2 подбирают подходящий замочной аппарат и определяют его геометрические размеры. Если вместимость одного аппарата недостаточна, принимают к установке несколько замочных аппаратов. При этом в каждом порядке аппаратов предусматривают 1 запасной аппарат.
Примерный расход воды и сжатого воздуха на замачивание находят, пользуясь приложениями 3 и 4, в зависимости от способа замачивания. Расход воздуха определяют при нормальном давлении (0,1 МПа). Пересчет объема сжатого воздуха рабочего давления на объем при нормальных условиях ведут по формуле
, (12)где Vр — объем потребляемого сжатого воздуха при рабочем давлении, м3; ρр и ρн — плотность воздуха соответственно при рабочем и нормальном давлении, кг/м3; τ — продолжительность операции, ч.
2.1.2. Задания и задачи
1. Рассчитать и подобрать замочной чан для одновремного замачивания 7 т ячменя в сутки. Определить примерный расход воды на замачивание. Замачивание воздушно–водяное, трехсуточное. Средняя натура перерабатываемого ячменя 650 кг/м3.
2. В условиях задачи 1 рассчитать примерный расход воды на замачивание зерна при воздушно–оросительном замачивании и при замачивании в непрерывном токе воды и воздуха.
3. График проведения воздушно–водяного замачивания приведен в таблице. Определить примерный расход воздуха на проведение замачивания. Расчет провести при нормальном давлении на 1 т замачиваемого зерна.
4. На мойку 24 т ячменя затрачено 120 м3 сжатого воздуха давлением 0,15 МПа. Пересчитать этот объем на объем при нормальном давлении и сравнить с нормативным. Продолжительность продувки зерна во время мойки составила 20 мин.
5. Замочное отделение для трехсуточного воздушно–водяного замачивания ячменя оборудовано 4 замочными чанами емкостью 30 м3. Определить суточный расход воды в отделении.
6. Замачивание ячменя проводится по графику, приведенному в таблице. Как изменится расход свежей воды на замачивание, если на первичную мойку зерна использовать замочную воду, сливаемую из аппаратов после водяного замачивания?
2.2. Определение расхода воздуха на проветривание зерна
Проращивают ячмень в ящичных солодовнях типа «передвижная грядка», барабанных солодовнях, непрерывных и статических солодорастильных установках. Обязательным условием солодоращения является подвод к прорастающему зерну необходимого количества кондиционированного воздуха и отвод диоксида углерода, образующегося при дыхании зерна. Кроме того, зерно необходимо периодически ворошить во избежание слеживания и срастания корешков.
2.2.1. Основные расчетные формулы и справочные материалы
Для определения количества кондиционированного воздуха, который необходимо подать в солодовню, составляют тепловой баланс солодовни (см. таблицу 6).
Таблица 6. Тепловой баланс солодовни
| Приход тепла | Расход тепла |
| Тепло, вносимое в аппарат с замоченным зерном, кДж Q1=Мзяcзяt1 | Тепло, выносимое из аппарата с солодом, кДж Q5=Мпсcпсt2 |
| Тепло, выделяемое при проращивании зерна, кДж Q2=qМпд | Тепло, выносимое из аппарата отработавшим воздухом, кДж Q6=LIо |
| Теплота самого аппарата при загрузке,кДж Q3= Маcаt1 | Теплота самого аппарата при выгрузке, кДж Q7=Маcаt2 |
| Тепло, вносимое в аппарат с воздухом, кДж Q4=LIк | Потери тепла в окружающую среду, кДж Q8=aFDtt |
В таблице приняты следующие обозначения:
Мзя и Мпс — масса замоченного ячменя и свежепроросшего солода, кг;
t1иt2 — температура зерна при загрузке и солода при выгрузке, °С;
сзя и спс— удельная теплоемкость зерна и солода, кДж/(кг×К);
q — удельное количество теплоты, выделяемой при проращивании зерна на 1 кг потерь сухих веществ, кДж; при приближенных расчетах q=17982 кДж/кг; для точных расчетов количества выделяемой теплоты используют формулу профессора И.Я. Веселова
,где a, b, c — количество ячменя, солода и ростков, кг; qa, qb,qc — теплота сгорания ячменя, солода и ростков; для некоторого определенного сорта ячменя эти величины соответственно составляют 17848, 17940 и 18422 кДж/кг;
Мпд — потери сухих веществ на дыхание при проращивании, кг;
Ма — масса частей аппарата (барабана или ящика), нагреваемых при солодоращении, кг;
Са — удельная теплоемкость материала аппарата, кДж/(кг×К);
Iки Iо — энтальпия кондиционированного и отработавшего воздуха, кДж/кг;
L — расход воздуха на проветривание солода, кг;
a — коэффициент теплоотдачи от поверхности солода в окружающую среду (или от поверхности барабана для барабанных солодовен), 25,12 Вт/(м2×ч×К).
F— площадь поверхности барабана или открытой поверхности солода в ящиках, м2;
Dt — разность температур солода и воздуха в помещении солодовни, °С;
t —продолжительность проращивания солода, ч.
Итак, уравнение теплового баланса пневматической солодовни будет иметь вид
Q1+Q2+Q3+LIк=Q5+LIо+Q7+Q8.
Так как теплота аппарата при разгрузке Q7 мало отличается от теплоты его при загрузке Q3, исключим эти составляющие и решим уравнение относительно L. В результате получим
. (13)2.2.2. Пример
Рассчитать примерный расход воздуха на проветривание 16 т ячменя в солодовне с передвижной грядкой при следующих условиях: влажность исходного (очищенного) ячменя 13,5%, влажность замоченного ячменя 45%, влажность свежепроросшего солода 44%, температура замоченного ячменя 12°С, конечная температура свежепроросшего солода 15°С, средняя температура солода 16°С, температура воздуха в солодовне 14°С, высота слоя замоченного зерна 0,6 м, продолжительность проращивания солода 8 суток. Параметры кондиционированного и отработанного воздуха приведены в таблице 7.
Таблица 7. Параметры кондиционированного и отработанного воздуха
| Параметры | Воздух | |
| кондиционированный | отработанный | |
| Температура, °С | 12 | 16 |
| Влажность, % | 98 | 84 |
Решение. Массу сухих веществ сортированного ячменя можно рассчитать по формуле