Технологические расчеты в бродильных производствах (стр. 7 из 16)
Решение. Тепло при проведении затирания расходуется на нагрев воды до температуры 56°С (Q1) и на прогрев заторной массы от температуры 52°С до 75°С (Q2). Рассчитаем теплоты по уравнению (28):
кДж. 
кДж.Поскольку образующийся конденсат охлаждается до 100°С, для определения расхода пара воспользуемся уравнением (30). По справочным таблицам (см. приложение 7) определяем, что удельная теплота парообразования для пара избыточным давлением 0,245 МПа составляет 2157,5 кДж/кг, а температура этого пара 137,4°С. Тогда требуется определить удельную теплоемкость конденсата при средней температуре (137,4+100)∙0,5=119°С. Она составляет 4,23 кДж/(кг∙К) (см. приложение 8). Отсюда расход пара на затирание составит
кг.В пересчете на каждые 100 кг затираемых зернопродуктов это составит
кг.3.1.3. Задания и задачи
1. Рассчитать состав засыпи для Жигулевского пива, если общая масса засыпи составляет 5500 кг.
2. Рассчитать объем воды, необходимый для приготовления затора в условиях задачи 1, если экстрактивность лабораторного сусла составляет 73,5%, а желаемая концентрация первого сусла 14%?
3. В условиях задач 1 и 2 определить начальную температуру затора, если зернопродукты поступают на затирание с температурой 12°С, а вода — с температурой 47°С. Какие ферменты будут активизироваться при этой температуре в заторе прежде всего?
4. На затирание поступает 1500 кг зернопродуктов, имеющих температуру 13°С. Какова должна быть температура воды, подаваемой в заторный котел, если гидромодуль затора 1:3,5, а начальная температура затора должна составлять 52°С?
5. Определить общий и удельный расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на приготовление затора настойным способом в условиях задачи 4 при условии охлаждения конденсата до 100°С. Начальная температура технологической воды 15°С.
6. Какой объем затора необходимо отобрать на отварку после белковой паузы, если после возврата отварки планируется поднять температуру затора до 72°С? Объем затора 10,5 м3.
7. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на приготовление затора одноотварочным способом. Единовременная засыпь 3000 кг, гидромодуль 1:4. Начальная температура технологической воды 15°С, температура солода 12°С, начальная температура затора 52°С. Отварку отбирают после белковой паузы в количестве 45% от массы затора. Во время кипячения отварки испаряется 2% воды. Расчет провести при условии, что конденсат греющего пара охлаждается до 100°С. КПД заторных аппаратов 0,95.
3.2. Технологические расчеты на стадии кипячения сусла с хмелем
При кипячении сусла с хмелем ценные вещества хмеля переходят в раствор, происходит инактивация ферментов, коагуляция белков, стерилизация сусла и увеличение его концентрации до заданной плотности. Процесс кипячения продолжается 1,5–2,5 ч, за это время массовая концентрация сухих веществ в сусле возрастает на 1,6–2%. Часовое испарение воды составляет 8–12% от общего объема сусла.
3.2.1. Основные расчетные формулы
Количество сухих веществ в сусле до и после кипячения является величиной постоянной. Поэтому количество испарившейся в процессе кипячения воды (W) находят из уравнения материального баланса
, (33)где М — начальная масса сусла, кг (т); Хн и Хк — концентрация сусла в начале и конце кипячения, массовые доли.
Выразим из уравнения (33) массу испаренной воды:
(34)Для определения расхода пара на кипячение сусла пользуются уравнениями теплового баланса (28–30).
Зерновое сырье, применяемое для изготовления пива, не всегда обладает одинаковым качеством, из–за чего каждая следующая варка несколько отличается от предыдущей. Для выравнивания качества сусла и пива используют прием смешивания сусла одного сорта, но разных варок. Иногда смешивают сусло с различной начальной экстрактивностью для корректировки плотности. Материальный баланс в случае смешивания сусла различной плотности будет иметь вид
, (35)где V1 и V2 — смешиваемые объемы сусла, л; В1 и В2 — концентрации смешиваемых сусел, %; В3 — требуемая концентрация сусла, %.
3.2.2.Пример
Начальный объем сусла в сусловарочном аппарате 9,75 м3. Плотность сусла 1033,9 кг/м3. Начальная концентрация сухих веществ в сусле 9%; конечная — 11%. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на кипячение сусла, при условии, что конденсат греющего пара охлаждается до 100°С. Начальная температура сусла 68°С. КПД сусловарочного аппарата 0,95.
Решение. Определим массу воды, испаряемой в процессе кипячения, по уравнению (34)
кг.Удельную теплоемкость сусла с концентрацией сухих веществ 9% определим по формуле (20)
кДж/(кг∙К).Количество тепла, требуемое для нагревания сусла до температуры кипения, находим по формуле (28)
кДж.Количество тепла, требуемое для испарения воды, найдем по уравнению (29)
кДж.Расход греющего пара определим по уравнению (30)
кг.3.2.3. Задания и задачи
1. Определить количество воды, выпариваемой при варке сусла, если начальная концентрация сухих веществ 11%, конечная — 13%, а количество сусла в котле на момент начала кипячения составляло 19,3 м3.
2. Кипячение сусла продолжалось 2 ч. За это время испарилось 5062 кг воды. Какова была начальная концентрация сусла, если готовилось Рижское пиво? Начальная масса сусла 40493 кг.
3. В процессе кипячения 9,75 м3 сусла с концентрацией сухих веществ 13,6% было выпарено 11% воды. Какова концентрация сусла в конце кипячения?
4. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,3 МПа на варку сусла для Мартовского пива, если начальная концентрация сухих веществ в сусле 12,7%. Начальная температура сусла 70°С, начальный объем сусла в котле 38,4 м3. Расход пара определить при условии, что конденсат охлаждается до 100°С.
5. Рассчитать расход пара на приготовление сусла для пива «Московское» в варочном агрегате с единовременной засыпью 3000 кг. Начальная температура холодной воды 10°С, начальная температура затирания 52°С, способ затирания одноотварочный. Избыточное давление пара 0,4 МПа, конденсат отводится при температуре конденсации. Гидромодуль 1:4, расход воды на промывание пивной дробины 430 л на каждые 100 кг зернопродуктов.
6. Получено 1567 дал сусла с содержанием сухих веществ 12,5%. Сколько воды необходимо добавить в сусло, чтобы снизить его концентрацию до 12%?
7. Имеется 5200 дал сусла экстрактивностью 11%. Какой объем сусла экстрактивностью 20% необходимо добавить, чтобы получить сусло с содержанием сухих веществ 13,5%?
8. Какую концентрацию будет иметь смесь 2000 дал сусла экстрактивностью 14% и 520 дал сусла экстрактивностью 11,5%?
9. Сколько воды необходимо добавить в сусло, полученное в задаче 3, если известно, что готовилось Самарское пиво?
3.3. Определение выхода экстракта в варочном цехе
Под выходом экстракта понимают количество растворимых веществ, перешедших в сусло из затертых зернопродуктов. В варочном цехе потери сусла происходят в солодовой и хмелевой дробине, кроме того, имеют место кажущиеся потери объема сусла в результате его сжатия при охлаждении.
Для оценки работы варочного цеха определяют выход экстракта за определенный период и сравнивают его со средневзвешенной экстрактивностью израсходованных зернопродуктов. Разница между средневзвешенной экстрактивностью сырья по данным лаборатории и выходом экстракта в варочном цехе должна составлять 1,6–2,2%. Более высокие потери указывают на необходимость усовершенствования технологических процессов дробления зернопродуктов, промывания дробины или затирания.
3.3.1. Расчетные формулы
Выход экстракта в варочном отделении рассчитывают по формуле
, (36)где Е — выход экстракта, %; V — объем горячего сусла, л; В — массовая доля сухих веществ в сусле, %; d — относительная плотность сусла при 20°С, кг/дм3; Р — масса израсходованных зернопродуктов, кг; 0,96 — коэффициент, учитывающий уменьшение объема сусла при его охлаждении от 100 до 20°С и изменение объема за счет внесения хмеля и коагуляции белков.
Потери экстракта вычисляют по разности между массой экстрактивных веществ в затертых зернопродуктах и массовой долей сухих веществ в сусле
, (37)где Пэ — потери экстракта в варочном цехе, кг; Ес — экстрактивность солода на сухое вещество, %; Р — количество израсходованного солода, кг.