Учебное пособие: Технологические расчеты в бродильных производствах

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

В таблице приняты следующие обозначения:

Мзя и Мпс — масса замоченного ячменя и свежепроросшего солода, кг;

t1 и t2 — 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);

Iк и 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

Решение. Массу сухих веществ сортированного ячменя можно рассчитать по формуле

,                                             (14)

где Мя — масса сортированного ячменя, кг; Wя — масса воды, содержащейся в ячмене, кг.

  При влажности сортированного ячменя 13,5% масса сухих веществ в нем составит

кг.

  Суммарные потери сухих веществ при замачивании (Пз) складываются из потерь на сплав (1%) и на выщелачивание (0,6%), т.е. составляют 1,6%. Поэтому масса сухих веществ в ячмене после замачивания

 кг.      (15)

  Масса замоченного ячменя

 кг,            (16)

где Wзя — влажность замоченного ячменя, %.

  Потери сухих веществ на дыхание (Пд) при проращивании составляют 5,7%, поэтому масса потерь на дыхание будет

 кг.                      (17)

Отсюда масса сухих веществ свежепроросшего солода

 кг,            (18)

а масса свежепроросшего солода при влажности его 44%

 кг.            (19)

  Для расчета тепла, вносимого в солодовню с замоченным зерном, необходимо определить удельную теплоемкость зерна. Удельную теплоемкость всякого влажного продукта можно определить как средневзвешенную величину удельных теплоемкостей сухих веществ данного продукта и воды по формуле

,                                        (20)

где сСВ и св — удельная теплоемкость сухих веществ и воды соответственно, кДж/(кг∙К); Х — массовая доля сухих веществ во влажном продукте.

  Удельная теплоемкость сухих веществ зерна или солода для ячменя, овса, проса и ржи составляет 1,423 кДж/(кг∙К), для пшеницы 1,51 кДж/(кг∙К). Удельная теплоемкость воды составляет 4,19 кДж/(кг∙К). Подставив все необходимые значения в формулу (20), найдем

 кДж/(кг∙К).

  Тепло, вносимое в солодовню с замоченным зерном

 кДж.

  Аналогично рассчитаем удельную теплоемкость свежепроросшего солода и тепло, выносимое из солодовни со свежепроросшим солодом:

 кДж/(кг∙К);

 кДж.

  Тепло, выделяющееся при проращивании солода, составляет

 кДж.

  Потери тепла в окружающую среду происходят преимущественно с открытой поверхности солода. Площадь открытой поверхности солода можно принять примерно равной площади сит солодовни. Замоченный ячмень будет иметь объем

 м3,

где 660 — объемная масса замоченного ячменя, кг/м3 (см. приложение 1).

  Высота слоя замоченного зерна по условию составляет 0,6 м, следова­тельно, замоченный ячмень будет занимать площадь F=37,5/0,6=62,5 м2. Отсюда потери тепла в окружающую среду составят

 кДж.

  Энтальпию кондиционированного и отработанного воздуха можно определить по формуле

,                                           (21)

где свзд — удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха (1,005 кДж/(кг∙К)); сп — удельная теплоемкость водяного пара (1,88 кДж/(кг∙К)); t — температура воздуха, °С; x — влагосодержание влажного воздуха, кг/кг (определяется по диаграмме I–x или по приложению 5); r — теплота испарения воды при 0°С (2500 кДж/кг); φ — относительная влажность воздуха, доли единицы.

  Подставив соответствующие значения для кондиционированного и отработанного воздуха, получим:

Iк= 1,005×12 + 1,88×12×0,0089×0,98 + 2500×0,0089×0,98 = 34,06 кДж/кг;

Iо= 1,005×16 + 1,88×16×0,01159×0,84 + 2500×0,01159×0,84 = 40,71 кДж/кг.

  Все вычисленные значения подставляем в выражение (13)

 кг.

  Объемный расход воздуха за весь период солодоращения составит

 м3,

где 1,239 — плотность воздуха при нормальном давлении и температуре 12ºС, кг/м3.

  При восьмисуточном проращивании проветривание солода проводится в течение 6,5 суток, т.е. удельный часовой расход воздуха на проветривание составит

 м3/ч.

2.3. Определение показателей работы солодовни

  При производстве солода неизбежны технологические потери. Из–за больших изменений, которые претерпевает объем и масса зерна в процессе переработки на солод, потери сухих веществ сложно учитывать. Обычно потери при солодоращении вычисляют по разности между массой сортированного ячменя, поступающего на замачивание, и массой готового выдержанного солода. Эти потери можно условно разделить на истинные и кажущиеся. Кажущиеся потери возникают из–за разницы во влажности ячменя и готового солода. Истинные потери — это потери на сплав, выщелачивание, дыхание и образование ростков.

  Количество потерь зависит от сорта вырабатываемого солода, качества исходного зерна, режима замачивания и проращивания.

2.3.1. Расчетные формулы и справочные материалы

  Суммарные потери при солодоращении

,                                                 (21)

где Мя и Мвс — масса сортированного ячменя и выдержанного солода соответственно, кг.

  Истинные потери определяют продуктовым расчетом или учитывая сухие вещества сортированного ячменя и готового солода:

.                                           (22)

  Потери можно также определить как разницу между 100% и выходом солода на сухое вещество (ВСВ), который рассчитывается по формуле

,                                     (23)

где Wя и Wвс — соответственно влажность сортированного ячменя и готового выдержанного солода, %.

  Оценить качество работы солодовни можно, сравнивая плановый выход солода с фактическим, рассчитанным по уравнению (23). Плановый выход солода определяется по формуле

,                                         (24)

где ВСВбаз — базисный выход солода на сухое вещество, принятый при круп­ности ячменя 60%, массовой доле белковых веществ в ячмене 11,0% на сухое вещество и продолжительности проращивания 7 суток (87,6%); ΔСк — уточне­ние на качество сортированного ячменя, %; ΔСп — уточнение на продолжи­тельность солодоращения, %. Поправки ΔСк и ΔСп определяют по таблицам 8 и 9.

Таблица 8. Уточнения базисного выхода солода на качество

сортированного ячменя

Таблица 9. Уточнения базисного выхода солода на

продолжительность проращивания

2.3.2. Пример

Определить общие, ка­жущиеся и истинные потери при солодора­щении, если за отчетный период было переработано 5000 кг ячменя влажностью 14,2% и крупностью 65% и получено 3900 кг готового солода влажностью 5%. Содержание белка в исходном ячмене составляло 11,6%. Солодоращение восьмисуточное.

Решение. Общие потери определяем по формуле (21)

 кг.

  Истинные потери находим как разницу между массой сухих веществ сортированного ячменя и готового солода

 кг.

Таким образом, кажущиеся потери составляют

 кг.

  Выход солода на сухое вещество за отчетный период найдем по формуле (23)

 %,

тогда потери сухих веществ составят    %.

  Плановый выход солода установим по формуле (24) с учетом поправок, найденных по таблицам 8 и 9:

%.

  Сравнение планового и фактического выходов солода дает возможность установить, что за отчетный период солодовней произведено солода меньше на 0,54%.

2.4. Контрольные задания и задачи

1. Определить выход свежепроросшего солода из сортированного ячменя при следующих исходных данных:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10