Bilant de Masa Si Termic Vin

CAPITOLUL V

BILANȚUL DE MATERIALE

5.1 Calculul bilanțului de materiale

Capacitatea de producţie este de 290 vagoane pe campanie

Capacitatea unui vagon este de 10000 kg

Cantitatea de struguri recepţionaţi=2900000 kg

Durata campaniei este de 17 zile, iar un schimb durează 10 h

Cantitatea de struguri recepţionaţi într-o zi=207142,9 kg

Cantitatea de struguri prelucraţi pe oră=20714,29 kg/h

1.Recepţia calitativă şi cantitativă S

S - stuguri aduși la unitatea de vinificaţie

SR - struguri recepţionaţi

S = 20714,28571kg/h

P1 = 0,3 % P1 = 62,14286 kg/h

S = SR + P1 Sr P1

SR = 20652,14286 kg/h

2.Zdrobire - desciorchinare

M - mustuială

Sr

SR - struguri recepţionaţi

C - ciorchini

C = 5,0 % C = 1032,607 kg/h

P2 = 0,5 % P2 = 103,2607 kg/h

P2 - pierderi la zdrobire - descirchinare

SR = M + C + P2

M = 19516,275 kg/h M C P2

1

Recepţiecalitativă şi cantitativă

Zdrobire - desciorchinare

3.Sulfitare

M - mustuială M SO2

SO2 - cantitatea de SO2 folosită

M1 - mustuială sulfitată

P3 - pierderi la sulfitare

P3 = 0,03 % P3 = 5,854883 kg/h

SO2 = 40 mg/kg SO2 = 0,780651 kg/h M 1 P3

M + SO2 = M1 + P3

M1 = 19511,20077 kg/h

4. Scurgere mustuială

M 1

M1 - mustuială sulfitată

Mr - must răvac

B - boştina scursă

P4 - pierderi la scurgere mustuială

P4 = 0,2 % P4 = 39,0224 kg/h

Mr = 60 % din mustuiala supusă scurgerii Mr = 11706,72kg/h B P4

M1 = Mr + B + P4

B = M1 - Mr - P4

B = 7765,457906 kg/h

5. Presare discontinuă

B - boştina scursă B

MPd - must de presă discontinuă

Bpd - boștină presată ( presă discontinuă)

MPd = 35 % MPd = 2717,91kg/h

P5 = 0,8 % P5 = 62,12366 kg/h

B = MPd + BPd + P5

BPd = B - MPd - P5 MPd Bpd P5

2

Sulfitare

Scurgere mustuială

Presare discontinuă

BPd = 4985,423976 kg/h

6. Presare continuă

BPd - boștină presată ( presă discontinuă)

MSt1 - must ştuţ 1



T - tescovină

MSt1 = 23 % MSt1 = 1121,72 kg/h Bpd

MSt2 = 29 % MSt2 = 1420,846 kg/h

MSt3 = 27 % MSt3 = 1346,064 kg/h

P6 = 0,8 % P6 = 39,88339 kg/h

BPd = MSt1 + MSt2 + MSt3 + T+ P6

T = BPd - MSt1 - MSt2 - MSt3 - P6 MSt1 MSt2 MSt 3 T P6

T = 1056,909883 kg/h

7. Asamblarea mustului pentru vinul de calitate superioară

Mr - must răvac

MPd - must de presă discontinuă Mr MPd MSt1


M - must asamblat

P7= 0,2% P7 = 31,0927 kg/h

Mr + MSt1 + MPd = M + P7

M = Mr + MSt1 + MPd - P7

M = 15515,25842 kg/h M P7

8. Limpezire-deburbare M

M -must asamblat B - burbă

ML - must limpezit

P8 - pierderi la limpezire

P8 = 0,8 % P8 = 124,1221 kg/h

B = 1,3 % B = 201,6984 kg/h ML B P8

3

Presare continuă

Asamblare

Limpezire - deburbare

M = ML + B + P8

ML = 15189,43799 kg/h

9. Fermentaţia alcoolică:

ML D

ML - must limpezit

D - drojdie

VCSL - vin de calitate superioară licoros

P9 - pierderi la fermentare

P9 = 4,2 % P9 = 637,9564 kg/h

D = 4,5 % D = 683,5247kg/h

ML + D = VCSL + P9 VCSL P9

VCSL = 15235,00631 kg/h

10. Tragerea vinului de pe drojdie

VCSL - vin de calitate superioară licoros

VCSLF - vin de calitate superioară licoros final VCSL

D1 - drojdie rezultată de la fermentare

D1 = 7,0 % D1 = 1066,45kg/h

P10 = 0,7% P10 = 106,645 kg/h

VCSL = VCSLF + D1 + P10

VCSLF = VCSL - D1 - P10 VCSLF D1 P10

VCSLF = 14061,91082kg/h

Obținerea vinului de consum curent

11. Limpezire-deburbare MSt2

MSt2 - must ştuţ 2 B - burbă

MLCC - must limpezit de consum curent

P11 - pierderi la limpezire

P11 = 0,8 % P11 = 11,36677 kg/h

B = 1,3 % B = 18,471 kg/h MLCC B P11

MSt2 = MLCC + B + P11

4


Tragerea vinului de pe drojdie


MLCC = 1391,008kg/h


MLCC - must limpezit de consum curent MLCC D2

D2 - drojdie

VCC - vin de consum curent


P12 = 4,5 % P12 = 62,59536 kg/h

D2 = 3 % D2 = 41,73024kg/h

ML + D2 = VCC + P12 VCC P12

VCC = 1370,143kg/h

13. Tragereavinului de pedrojdie

VCC - vin de consum curent

VCCF - vin de consum curent final VCC

D3 - drojdierezultată de la fermentare

D3 = 7 % D3 = 95,91001kg/h

P13 = 0,7% P13 = 9,591001 kg/h

VCC = VCCF + D3 + P13

VCCF = VCC - D3 - P13

VCCF = 1264,642kg/h VCCF D3 P13

Obținerea vinului pentru industrializare


MSt3 - must ştuţ 3 MSt3 D4

D4 - drojdie

VI - vin pentru industrializare


P14 = 4,9 % P14 = 65,95716 kg/h

D4 = 3 % D4 = 40,38kg/h VI P14

MSt3 + D4 = VI + P14

VI=1239,73 kg/h

5

Fermentaţia alcoolică

Tragereavinului de pedrojdie

Fermentaţia alcoolică

Prezentarea tabelară a bilanțului de materiale pentru vinul de calitate superioară licoros

MATERIALE INTRATE MATERIALE IEŞITE

Nr.crt. Denumirea operației

Material Simbol

U.M Valoare Denumirea operației

Material Simbol U.M Valoare

1 Recepţia calitativă şi cantitativă

Struguri aduși la unitatea de vinificaţie

S kg/h 20714,29 Recepţia calitativă şi cantitativă

Struguri recepţionaţi SR kg/h 20652,14

Pierderi la recepţie P1 kg/h 62,14

2 Zdrobire desciorchinare

Struguri recepţionaţi SR kg/h 20652,14 Zdrobire desciorchinare

Mustuială M kg/h 19516,28

Ciorchini C kg/h 1032,61

Pierderi la zdrobire-descirchinare

P2 kg/h 103,26

3 Sullfitare Mustuială M kg/h 19516,28 Sullfitare Mustuială sulfitată M1 kg/h 19511,20

Dioxid de sulf SO2 kg/h 0,78 Pierderi la sulfitare P3 kg/h 5,85

4 Scurgere mustuială

Mustuială sulfitată M1 kg/h 19511,20 Scurgere mustuială Must răvac Mr kg/h 11706,72

Boştina scursă B kg/h 7765,46

Pierderi la scurgere mustuială

P4 kg/h 39,02

91

5 Presare discontinuă Boştina scursă B kg/h 7765,46 Presare discontinuă Must de presă discontinuă

MPd kg/h 2717,91

Boștină presată (presă discontinuă)

Bpd kg/h 4985,42

Pierderi la presarea discontinuă

P5 kg/h 62,12

6 Presare continuă Boștină presată (presă discontinuă)

Bpd kg/h 4985,42 Presare continuă Must ştuţ 1 MSt1 kg/h 1121,72

Must ştuţ 2 MSt2 kg/h 1420,85


Tescovină T kg/h 1056,91

Pierderi la presarea continuă

P6 kg/h 39,88

7 Asamblarea mustului pentru vinul de

caliatate superioară

Must răvac Mr kg/h 11706,72 Asamblarea mustului pentru vinul de

caliatate superioară

Must asamblat M kg/h 15515,26

Must de presă discontinuă

MPd kg/h 2717,91 Pierderi la asamblare P7 kg/h 31,09


8 Limpezire-deburbare Must asamblat M kg/h 15515,26 Limpezire-deburbare Must limpezit ML kg/h 15189,44

92

Burbă B kg/h 201,70

Pierderi la limpezire P8 kg/h 124,12

9 Fermentaţia alcoolică

Must limpezit ML kg/h 15189,44 Fermentaţia alcoolică Vin de calitate superioară

VCSL kg/h 15235,01

Drojdie D kg/h 683,52 Pierderi la fermentare

P9 kg/h 637,96

10 Tragerea vinului de pe drojdie

Vin de calitate superioară

VCSL kg/h 15235,01 Tragerea vinului de pe drojdie

Vin de calitate superioară final

VCSLF kg/h 14061,91

Drojdie rezultată de la fermentare

D1 kg/h 1066,45

Pierderi la tragerea de pe drojdie

P10 kg/h 106,65

Prezentarea tabelară a bilanțului de materiale pentru vinul de consum curent

11 Limpezire-deburbare Must stuţul 2 MSt2 kg/h 1420,85 Limpezire-deburbare

Must limpezit MLCC kg/h 1391,01

Burbă B kg/h 18,471Pierderi la limpezire

P11 kg/h 11,37

12 Fermentaţia

alcoolică

Must limpezit ML kg/h 1391,01 Fermentaţia

alcoolică

Vin de consum curent VCC

kg/h 1370,14

Drojdie D2

kg/h 41,73 Pierderi la fermentare P12

kg/h 62,60

13Tragerea vinului de

pe drojdieVin de consum

curentVCC kg/h 1370,14

Tragerea vinului de pe drojdie

Vin de consum curent final

VCCF kg/h 1264,64

Drojdie rezultată de la fermentare D3

kg/h 95,91

Pierderi la tragerea de pe drojdie

P13 kg/h 9,59

93

Prezentarea tabelară a bilanțului de materiale pentru vinul pentru industrie

14Fermentaţia

alcoolică

Must ştuţul 3 MSt3 kg/h 1468,47Fermentaţia alcoolică

Vin pentru industrializare

VI kg/h 1440,56

Drojdie D kg/h 44,05Pierderi la fermentare

P14 kg/h 71,95

94

5.2 Consumuri specifice și randamente de fabricație

5.2.1. Calculul randamentului de producție

VCSLF + VCCF+ VI=Vt =16767,12 kg/h vin

VCSLF – vin de calitate superioară, kg/h

VCCF – vin de consum curent, kg/h

VI – vin pentru industrie, kg/h

Vt - cantitatea totală de vin obţinută, kg/h

SR - cantitatea de struguri recepționați, kg/h

SR=20652,14286 kg/h

20652,14286 kg/h struguri........................................................ 16767,12 kg/h vin

100 kg/h struguri...................................................................

=81,18%

5.2.2. Calculul consumurilor specifice

1. Consumul specific de struguri pentru obţinerea vinului:

cs=SR

V t

SR - cantitatea de struguri recepționați, kg/h

Vt - cantitatea totală de vin obţinută (VCSLF+VCCF+VI)kg/h

cs=20652,1416767,12

=1,23 kg struguri/ kg vin

2. Consumul specific de SO2 :

cs=SO2

V t

SO2- cantitatea de SO2 folosită la sulfitare, kg/h

Vt – cantitatea totală de vin obţinută , kg/h

cs=0,78

16767,12=0,000047 kg SO2/ kg vin

3. Consumul specific de drojdii:

cs=DV t

Unde:

D - cantitatea totală de drojdii folosită, kg/h

Vt - cantitatea totală de vin obţinută , kg/h

cs=769,31

16767,12=0,045 kg drojdie/ kg vin

95

CAPITOLUL VI

BILANŢ TERMIC LA FERMENTARE

Bilanţul termic la fermentaţie se stabileşte pentru un singur utilaj, unitatea de măsură

fiind șarja şi urmăreşte determinarea temperaturii finale de fermentare.

Qmi+Qr=Qmf +Q p+Q p CO2

unde:Qmi -căldura mustului, [kJ/şarjă]Qr - căldura degajată din reacţie, [kJ/şarjă]Qmf - căldura ieşită din must după fermentare, [kJ/şarjă]Qpp -căldura pierdută prin pereţii vasului, [kJ/şarjă]QpCO2 - căldura pierdută prin degajare de CO2, [kJ/şarjă]

Fermentarea are loc în cisterne metalice cu volum total de 30000 1. La fermentare se

lasă un gol de fermentare =0,85.

Vt=30000 1

Vu=∙Vt= 0,85∙30000=25500 1

Impunem H/D=l,5.

Volumul cisternei apreciată aproximativ cu un cilindru) este:

V= π ∙ D2

4∙ H= π ∙ D2

4∙ 1,5 ∙ D=π ∙D3

4∙1,5

V=30000l=30 m3

D=√ 4 ∙ V1,5 ∙ π

D=√ 4 ∙ 301,5 ∙ π

=2,94 m≈ 3 m

H=1,5 ∙ 3=4,5 m

Aria totală a cisternei este:

A=2∙ π ∙ R ∙H +2∙ π ∙ R2=π ∙ D ∙ H+2∙ π ∙D2

4=π ∙ D∙ H+ π ∙ D2

2=π ∙ D ∙(H+ D

2 )A=π ∙ 3 ∙(4,5+ 3

2 )=56,52 m2

96

A. Căldura intrată cu mustul inițial

Qm=M m∙ cm∙ tm

unde:

Mm - şarja de must care intră în cisterna de fermentare, [kg];

cm - capacitatea calorică masică a mustului, [J/kg∙K]

tm - temperatura de intrare a mustului, °C

tm=15°C

text = 12°C

must =1082 kg/m3 pentru mustul asamblat la 15°C ( V.Macovei , „Culegere de

caracteristici termofizice pentru biotehnologie şi industria alimentară" pag. 127).

M m= ρm∙ V u=1082 ∙255001000

⇒M m=27591 [ kg /șarjă ]

cmust =3795,5 [J/kg∙K] pentru mustul asamblat la 15°C ( V.Macovei , „Culegere de


Qm = 27591∙3795,5 ∙15= 1575179,94 [kJ/şarjă]

B. Cantitatea de căldură degajată prin reacții biochimice

Qr=Qrf +QrrQrf - cantitatea de căldură degajată la fermentare [kJ/şarjă]Qrr- cantitatea de căldură degajată la respiraţie [kJ/şarjă]

Reacția biochimică la fermentare este următoarea:

C6 H 12 O6→ 2C2 H 5OH+2CO2+23,5 kcal

Are loc eliberarea a 23,5∙4,186=98,37 kJ/kg

Reacţia biochimică la respiraţie este următoarea:

C6 H 12 O6→ 6CO2+6 H 2 O+674 kcal

Are loc eliberarea a 674∙4,186= 2821,364 kJ/kg

Conţinutul în zahăr al mustului este 220g/l. Masa de must dintr-o șarjă este de 27591

kg, iar cantitatea de zahăr dintr-o șarjă va fi de 5610 kg.

Zt =5610 [kg zahăr/şarjă]

4% din zahărul mustului va fi consumat pentru produşi secundari şi biomasă

Zps=4

100∙5610=224,4 [ kg /ș arj ă ]

95% din zahărul mustului va fi transformat în alcool

Z f=95

100∙ 5610=5329,5 [kg /ș arj ă ]

97

1% din zahărul mustului va fi folosit la respirația drojdiilor

Z r=1

100∙ 5610=56,10 [ kg /ș arj ă ]

Se va calcula cantitatea de căldură degajată la fermentaţie:

C6 H 12 O6→ 2C2 H 5OH+2CO2+23,5 kcal

180g zahăr......2∙44g CO2............................. 23,5kcal (23,5∙4,186 = 98,37 kJ/kg)

1000g zahăr...........x..........................................y

x = 488,88 g CO2

y = 546,50 kJ/kg

Qrf= y ∙Z f=546,50 ∙ 5329,5=2912571,75 [ kJ /șarjă ]Se va calcula cantitatea de căldură degajată la respiraţie:

C6 H 12 O6→ 6CO2+6 H 2 O+674 kcal

180g zahăr......6∙44g CO2............................. 674 kcal (674∙4,186 =2821,36 kJ/kg)

1000g zahăr...........a..........................................b

a =1466,67g CO2

b = 15674,22 kJ/kg

Qrr=a ∙ Z r=15674,22 ∙56,10=879323,87 [ kJ / șarjă ]

Cantitatea de căldură degajată din reacţie:

Qr=Qrf +Qrr=2912571,75+879323,87=3791895,62kJ / șarjă

C. Cantitatea de căldură pierdută prin degajare de CO2

Q p CO2=M CO2 umed ∙ cCO2

∙tCO2

unde:MCO2umed - cantitatea de CO2 umed degajată [ kJ/şarjă]cCO2- capacitatea calorică masică a CO2 [j/kg∙K]

tCO2- temperatura dioxidului de carbon, tCO2= 15 °C

M CO2 umed=M CO2 uscat+Papă+Palcool

M CO2 uscat=MCO2 f +M CO2 r

unde:

98

MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ şarjă] MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraţia drojdiilor, [kg/șarjă]

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacţie, pentru

cantitatea de zahăr necesară fermentaţiei:

Fermentare:

180 kg C6H12O6....................2∙44 kg CO2

5329,5 C6Hl206.....................x

x= MCO2f =2605,53 [kg CO2]

din această cantitate 30% este reţinută în must, deci:

M CO2 f=70

100∙2605,53=1823,87 [kgCO2]

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraţia drojdiilor, pentru cantitatea

de zahăr necesară la respiraţia drojdiilor:

Respiraţie:

180 kg C6Hl206.............6∙44kg CO2

56,10 kg C6H1206...............y

y= MCO2r= 82,28 [kg CO2]

M CO2 uscat=MCO2 f +M CO2 r=1823,87+82,28=1906,15 [ kg /șarjă ]

Se calculează pierderile de alcool şi apă pentru o şarjă:

Palc=30 % ∙ MCO2 f ∙ xs

Papă=70% ∙ M CO2 f ∙ xs

unde:

xs -conţinutul de umezeală al CO2

xs =0,0167 [kg/şarjă]

Palc=30 % ∙ 1906,15∙ 0,0167=9,14 [kg /șarjă ]

Papă=70 % ∙ 1906,15 ∙0,0167=21,32 [ kg /șarjă ]


M CO2 umed=1906,15+21,32+9,14=1936,61 [ kg /șarjă ]


∙tCO2

Q p CO2=1936,61∙ 0,9 ∙293=510684,59 [ kJ /șarjă ]

D.Cantitatea de căldură degajată prin pereţii cisternei metalice

Q p=k ∙ A ∙ ∆ tmed ∙ τ ∙103 [ kJ /șarjă ]

99

unde:

k- coeficient total de transfer termic, [W/m2∙K]

A- aria totală a cisternei metalice, [m2] A = 56,52 m2

tmed -diferenţa între temperatura mustului şi temperatura mediului exterior, [°C]

tmust = 15°C

text = 12°C

- timpul de fermentare, [s]

= 14 zile

Coeficientul total de transfer termic de căldură se calculează cu formula:

k= 1

1α 1

+δ p

λp

+ 1α 2

[W /m2 ∙ K ]

unde:

α1 - coeficient parţial de transfer termic prin convecție liberă de la must la pereţii

vasului, [W/m2∙K]

α2 - coeficient parţial de transfer termic prin convecţie liberă de la pereţii vasului la

mediul înconjurător, [W/m2∙K]

δp- grosimea peretelui, [m] ;

λp- conductivitatea termică a materialului din care este construită cisterna, [W/m∙K]

Nu=α 1∙ de

λ

unde:

de - diametru echivalent, m;

de = D = 3m

Gr=g ∙ d3

ν2 ∙ β ∙ Δt= g ∙d3

( ηρ )

2 ∙ β ∙ Δt

unde:

Gr- criteriul Grashoff;

g - acceleraţia gravitaţională, [m/s2];

- vâscozitatea cinematică a vinului, [m2/s];

β- coeficient de dilatare volumică,

β = 2,066∙10-4 K-1

t - diferenţa de temperatură dintre must şi temperatura suprafeţei peretelui, [°C];

100

Caracteristicile termofizice ale vinului la temperatura de 15°C sunt:

t=15°C=1028 kg/m3; c=3726,2 J/kg∙K; λ=0,40 W/m∙K; =2,756∙10-3Pa∙s [Viorica

Maria Macovei – ”Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie şi industria

alimentară”]

Gr= 9,81 ∙33

( 2,756 ∙10−3

1028 )2 ∙2,066 ∙10−4 ∙1=7613614643

Pr= c ∙ ηλ

=3726,2∙ 2,756 ∙ 10−3

0,425,67

unde:

c - căldura specifică a vinului la 15°C, J/kg∙K;

- vâscozitatea dinamică a vinului la 15°C, Pa∙s;

λ - conductivitatea termică a vinului la 15°C, W/m∙K;

Gr∙Pr=195468272583,12

Pentru Gr∙Pr > 109 => regim turbulent: c=0,135 n=0,33

Nu=c ∙ (Gr ∙ Pr )n

Nu=0,135 (195468272583,12 )0,33=718,44

α 1=Nu ∙ λ

de

=718,44 ∙0,43

=95,79 [W /m2 ∙K ]

La calculul pierderilor de căldură la aparatele care se găsesc în spaţii închise la

temperaturi ale suprafeţei de până la 15°C, se utilizează formula:

α 2=9,74+0,07 ∙ ∆ t

t=15-12=3°C

α 2=9,74+0,07 ∙ 3=9,95 [W /m2 ∙K ]

k= 1

1α 1

+δ p

λp

+ 1α 2

= 11

95,79+

0,0117,5

+1

9,95

=8,97 [W /m2 ∙ K ]


Q p=8,97 ∙56,52 ∙3 ∙ 14 ∙ 24 ∙3600=1839241,081 [ kJ /șarjă ]


Qmf =M mf ∙ cmf ∙ tmf

tmf=Qmi+Qr−Qp−Q pCO2

Mmf ∙ cmf

101

tmf=1461466,52+3791895,617−510684,59−1839241,08

25321,5 ∙ 3,726

tmf=30,77 ° C

În concluzie se impune să se facă răcirea cisternei de fermentare utilizând un sistem de

răcire, constituit dintr-o seprentină interioară prin care circulă apă rece.

Qmi+Qr=Qmf +Q p+Q p CO2+Qrac

Qrac ¿Qmi+Qr−Qmf −Q p−Q p CO2


Qmf =25321,50 ∙3,726 ∙ 22=2075654 [ kJ / șarjă ]

Qr ac=1461466,52+3791895,617−2075654−510684,59−1839241,08

Qrac=827782,45 [ kJ /șarjă ]

Qrac=W a ∙ ca ∙ ∆ t a ∙ τ r

unde:

Wa - debitul apei de răcire a apei, kg/s;

ca - căldura specifică a apei, kJ/ kg∙K;

ta - diferenţa de temperatură între temperatura apei la ieşire şi temperatura apei la

intare în cisternă, °C;

r -timpul aferent răcirii, s;

W a=Qrac

ca ∙ ∆ t a ∙ ∙ τ r

= 827782,454,18 ∙ 3∙1209600

=0,055 kg /s

Bilanţul termic la fermentaţia mustului de ștuț II destinat obținerii de vin de consum current

se stabileşte pentru un singur utilaj, unitatea de măsură fiind șarja şi urmăreşte determinarea

temperaturii finale de fermentare.


unde:Qmi -căldura mustului, [kJ/şarjă]Qr - căldura degajată din reacţie, [kJ/şarjă]Qmf - căldura ieşită din must după fermentare, [kJ/şarjă]Qpp -căldura pierdută prin pereţii vasului, [kJ/şarjă]

102

QpCO2 - căldura pierdută prin degajare de CO2, [kJ/şarjă]

Fermentarea are loc în cisterne metalice cu volum total de 20000 1. La fermentare se lasă un

gol de fermentare =0,90. Vt=20000 1Vu=∙Vt= 0,90∙20000=18 000 1

Cisternele metalice nu sunt standardizate.

Impunem H/D=l,5.


V= π ∙ D2

4∙ H= π ∙ D2

4∙ 1,5 ∙ D=π ∙D3

4∙1,5

V=20000l=20 m3

D= 3√ 4 ∙ V1,5 ∙ π

D= 3√ 4 ∙ 201,5 ∙ π

=2,57 m

H=1,5 ∙ 2,6=3,86 m


A=2∙ π ∙ R ∙H +2∙ π ∙ R2=π ∙ D ∙ H+2∙ π ∙D2

4=π ∙ D∙ H+ π ∙ D2

2=π ∙ D ∙(H+ D

2 )A=π ∙ 2,57 ∙(3,86+ 2,57

2 )=41,49m2


Qm=M m∙ cm∙ tm

unde:Mm - şarja de must care intră în cisterna de fermentare, [kg]; cm - capacitatea calorică masică a mustului, [J/kg∙K] tm - temperatura de intrare a mustului, °Ctm=15°C text = 12°C

must =1107 kg/m3 pentru mustul de ștuț II la 15°C ( V.Macovei , „Culegere de caracteristici

termofizice pentru biotehnologie şi industria alimentară" pag. 127).

103

M m= ρm∙ V u=1107 ∙180001000

⇒M m=19926 [ kg /șarj ă ]

cmust =3460 [J/kg∙K] pentru mustul de ștuț II la 15°C ( V.Macovei , „Culegere de


Qm=19926∙ 3460 ∙ 15=1052541,135[kJ / şarjă]


Qr=Qrf +Qrr

Qrf - cantitatea de căldură degajată la fermentare [kJ/şarjă]

Qrr- cantitatea de căldură degajată la respiraţie [kJ/şarjă]

Reacția biochimică la fermentare este următoarea

C6 H 12 O6→ 2C2 H 5OH+2CO2+23,5 kcal



C6 H 12 O6→ 6CO2+6 H 2 O+674 kcal


Conţinutul în zahăr al mustului este 200g/l. Masa de must dintr-o șarjă este de 19926 kg, iar

cantitatea de zahăr dintr-o șarjă va fi de 3600 kg.

Zt=3600 [kg zahăr/şarjă]


Zps=4

100∙3600=144 [ kg /ș arj ă ]


Z f=95

100∙ 3600=3420 [ kg/ șarj ă ]


Z r=1

100∙ 3600=36 [kg /ș arj ă ]


C6 H 12 O6→ 2C2 H 5OH+2CO2+23,5 kcal


104

1000g zahăr...........x..........................................y

x = 488,88 g CO2

y = 546,50 kJ/kg

Qrf= y ∙Z f=546,50 ∙ 3420=1869030 [ kJ /șarjă ]

Se va calcula cantitatea de căldură degajată la respiraţie:

C6 H 12 O6→ 6CO2+6 H 2 O+674 kcal


1000g zahăr...........a..........................................b

a =1466,67g CO2

b = 15674,22 kJ/kg

Qrr=b ∙ Z r=15674,22 ∙36=564272 [ kJ /șarjă ]


Qr=Qrf +Qrr=1869030+564272=2433302 kJ /șarjă

C. Cantitatea de căldură pierdută prin degajare de CO2


∙tCO2

unde:

MCO2umed - cantitatea de CO2 umed degajată [ kJ/şarjă]

cCO2- capacitatea calorică masică a CO2 [j/kg∙K]




unde:

MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ şarjă]

MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraţia drojdiilor, [kg/șarjă]

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacţie, pentru cantitatea de

zahăr necesară fermentaţiei:

Fermentare:

180 kg C6H12O6................................2∙44 kg CO2

105

3420 C6Hl206....................................x

x= MCO2f =1672 [kg CO2]


M CO2 f=70

100∙1672=1170,4 [kgCO 2]

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraţia drojdiilor, pentru cantitatea de

zahăr necesară la respiraţia drojdiilor:

Respiraţie:

180 kg C6Hl2O6........................6∙44kg CO2

36 kg C6H12O6...............................y

y= MCO2r= 52,8 [kg CO2]

M CO2 uscat=MCO2 f +M CO2 r=1170,4+52,8=1223,2 [ kg/ șarjă ]


Palc=30 % ∙ MCO2 f ∙ xs

Papă=70% ∙ M CO2 f ∙ xs

unde:



Palc=30 % ∙ 1170,4 ∙ 0,0288=10,11 [ kg/ șarjă ]

Papă=70 % ∙ 1170,4 ∙0,0288=23,60 [ k g /șarjă ]


M CO2 umed=1223,2+10,11+23,60=1256,91 [ kg/ șarjă ]


∙tCO2

Q p CO2=1256,91∙ 0,9 ∙18=320361,9 [ kJ

șarjă ]D. Cantitatea de căldură degajată prin pereţii cisternei metalice


unde:



106


tmust = 18°C

text = 15°C


= 14 zile


k= 1

1α 1

+δ p

λp

+ 1α 2

[W /m2 ∙ K ]

unde:

α1 - coeficient parţial de transfer termic prin convecție liberă de la must la pereţii vasului,

[W/m2∙K]

α2 - coeficient parţial de transfer termic prin convecţie liberă de la pereţii vasului la mediul

înconjurător, [W/m2∙K]



Nu=α 1∙ de

λ

unde:


de = D = 3m

Gr=g ∙ d3

ν2 ∙ β ∙ Δt= g ∙d3

( ηρ )

2 ∙ β ∙ Δt

unde:





β = 2,066∙10-4 K-1



t=15°C=1107 kg/m3; c=3481 J/kg∙K; λ=0,47 W/m∙K; =1,96∙10-3 Pa∙s [Viorica Maria

Macovei -Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologii şi industrie alimentară]

107

Gr= 9,81 ∙2,573

( 1,96 ∙10−3

1107 )2 ∙ 2,066 ∙10−4 ∙1=17456058463

Pr= c ∙ ηλ

=3481∙1,96 ∙ 10−3

0,47=14,51

unde:




Gr∙Pr=253401058382,01



Nu=0,135 (253401058382,01 )0,33=782,7

α 1=Nu ∙ λ

de

=718,44 ∙0,43

=122,62 [W /m2 ∙ K ]

La calculul pierderilor de căldură la aparatele care se găsesc în spaţii închise la temperaturi

ale suprafeţei de până la 15°C, se utilizează formula:

α 2=9,74+0,07 ∙ ∆ t

t=18-15=3°C

α 2=9,74+0,07 ∙ 3=9,95 [W /m2 ∙K ]

k= 1

1α 1

+δ p

λp

+ 1α 2

= 11

122,62+

0,0117,5

+1

9,95

=9,16 [W /m2∙ K ]


Q p=9,16 ∙ 41,49∙ 3 ∙ 14 ∙24 ∙3600=1378574824 [ kJ /șarjă ]




Mmf ∙ cmf

tmf=1052541,135+2433302−1378574824−320361,9

19926 ∙ 3481

tmf=30,08 ° C

108

În concluzie se impune să se facă răcirea cisternei de fermentare utilizând un sistem de răcire,

constituit dintr-o seprentină interioară prin care circulă apă rece.


Qrac ¿Qmi+Qr−Qmf −Q p−Q pCO2


Qmf =19926 ∙3700 ∙ 18=1327071,6 [ kJ / șarjă ]

Qrac=1052541,135+2433302−1327071,6−1378574824−320361,9

Qrac=759834,81 [ kJ / șarjă ]


unde:



ta - diferenţa de temperatură între temperatura apei la ieşire şi temperatura apei la intare în

cisternă, °C;


W a=Qrac

ca ∙ ∆ t a ∙ ∙ τ r

= 759834,814,18 ∙ 3∙1209600

=0,05 kg /s

Bilanţul termic la fermentaţie mustului de ștuț III destinat obținerii de vin pentru industrie se

stabileşte pentru un singur utilaj, unitatea de măsură fiind șarja şi urmăreşte determinarea

temperaturii finale de fermentare.


unde:Qmi -căldura mustului, [kJ/şarjă]Qr - căldura degajată din reacţie, [kJ/şarjă]Qmf - căldura ieşită din must după fermentare, [kJ/şarjă]Qpp - căldura pierdută prin pereţii vasului, [kJ/şarjă]QpCO2 - căldura pierdută prin degajare de CO2, [kJ/şarjă]

Fermentarea are loc în cisterne metalice cu volum total de 15 000 1. La fermentare se lasă un

gol de fermentare =0,95.

Vt=15 000 1

109

Vu=∙Vt= 0,95∙15000=14250 1

Cisternele metalice nu sunt standardizate.

Impunem H/D=l,5.


V= π ∙ D2

4∙ H= π ∙ D2

4∙ 1,5 ∙ D=π ∙D3

4∙1,5

V=15000 l=15 m3

D= 3√ 4 ∙ V1,5 ∙ π

D= 3√ 4 ∙151,5 ∙ π

=2,34 m

H=1,5 ∙ 2,34=3,5 m


A=2∙ π ∙ R ∙H +2∙ π ∙ R2=π ∙ D ∙ H+2∙ π ∙D2

4=π ∙ D∙ H+ π ∙ D2

2=π ∙ D ∙(H+ D

2 )A=π ∙ 2,34 ∙(3,5+ 2,34

2 )=34,25 m2


Qm=M m∙ cm∙ tm

unde:

Mm - şarja de must care intră în cisterna de fermentare, [kg];

cm - capacitatea calorică masică a mustului, [J/kg∙K]

tm - temperatura de intrare a mustului, °C

tm=18°C

text = 15°C

must =1085 kg/m3 pentru mustul de ștuț III 15°C ( V.Macovei , „Culegere de caracteristici


M m= ρm∙ V u=1085 ∙142501000

⇒M m=15418,5 [ kg /ș arj ă ]

cmust =3460 [J/kg∙K] pentru mustul de ștuț III 15°C ( V.Macovei , „Culegere de caracteristici


Qm=15418,5∙ 3460 ∙15=814443,72[kJ /şarjă ]


110

Qr=Qrf +Qrr

Qrf - cantitatea de căldură degajată la fermentare [kJ/şarjă]

Qrr- cantitatea de căldură degajată la respiraţie [kJ/şarjă]

Reacția biochimică la fermentare este următoarea:

C6 H 12 O6→ 2C2 H 5OH+2CO2+23,5 kcal



C6 H 12 O6→ 6CO2+6 H 2 O+674 kcal


Conţinutul în zahăr al mustului este 200g/l. Masa de must dintr-o șarjă este de 19926 kg, iar

cantitatea de zahăr dintr-o șarjă va fi de 3600 kg.

Zt=3600 [kg zahăr/şarjă]


Zps=4

100∙2137,5=85,5 [ kg /șarj ă ]


Z f=95

100∙ 2137,5=2030,63 [ kg/ șarj ă ]


Z r=1

100∙ 2137,5=21,38 [ kg /ș arj ă ]


C6 H 12 O6→ 2C2 H 5OH+2CO2+23,5 kcal


1000g zahăr...........x..........................................y

x = 488,88 g CO2

y = 546,50 kJ/kg

Qrf= y ∙Z f=546,50 ∙ 2030,63=1109736,56 [ kJ /șarjă ]

Se va calcula cantitatea de căldură degajată la respiraţie:

111

C6 H 12 O6→ 6CO2+6 H 2 O+674 kcal


1000g zahăr...........a..........................................b

a =1466,67g CO2

b = 15674,22 kJ/kg

Qrr=b ∙ Z r=15674,22 ∙21,38=335036,5 [ kJ /șarjă ]


Qr=Qrf +Qrr=1109736,56+335036,5=1444773,063 kJ /șarjă

C.Cantitatea de căldură pierdută prin degajare de CO2


∙tCO2

unde:

MCO2umed - cantitatea de CO2 umed degajată [ kJ/şarjă]

cCO2- capacitatea calorică masică a CO2 [j/kg∙K]




unde:

MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ şarjă]

MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraţia drojdiilor, [kg/șarjă]

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacţie, pentru cantitatea de

zahăr necesară fermentaţiei:

Fermentare:

180 kg C6H12O6................................2∙44 kg CO2

2030,63 C6Hl206...............................x

x= MCO2f =992,75 [kg CO2]


M CO2 f=70

100∙992,75=694,92[kgCO2]

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraţia drojdiilor, pentru cantitatea de

zahăr necesară la respiraţia drojdiilor:

112

Respiraţie:

180 kg C6H l2O6.......................6∙44kg CO2

21,38 kg C6H1 2O6.......................y

y= MCO2r= 31,35 [kg CO2]

M CO2 uscat=MCO2 f +M CO2 r=694,92+31,35=726,28 [ kg /șarjă ]


Palc=30% ∙ MCO2 f ∙ xs

Papă=70 % ∙ M CO2 f ∙ xs

unde:



Palc=30 % ∙ 694,92∙ 0,0288=6 [ kg/ șarjă ]

Papă=70 % ∙ 694,92 ∙0,0288=14,01 [ kg/ șarjă ]


M CO2 umed=726,28+6+14,01=746,29 [ kg/ șarjă ]


∙tCO2

Q p CO2=746,29 ∙0,9 ∙ 18=312089,88 [ kJ /șarjă ]

C. Cantitatea de căldură degajată prin pereţii cisternei metalice


unde:




tmust = 18°C

text = 15°C


= 14 zile


k= 1

1α 1

+δ p

λp

+ 1α 2

[W /m2 ∙ K ]

113

unde:

α1 - coeficient parţial de transfer termic prin convecție liberă de la must la pereţii vasului,

[W/m2∙K]

α2 - coeficient parţial de transfer termic prin convecţie liberă de la pereţii vasului la mediul

înconjurător, [W/m2∙K]



Nu=α 1∙ de

λ

unde:


de = D = 3m

Gr=g ∙ d3

ν2 ∙ β ∙ Δt= g ∙d3

( ηρ )

2 ∙ β ∙ Δt

unde:





β = 2,066∙10-4 K-1



t=15°C=1085 kg/m3; c=3460 J/kg∙K; λ=0,4 W/m∙K; =2,6∙10-3 Pa∙s [Viorica Maria

Macovei -Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologii şi industrie alimentară]

Gr= 9,81 ∙2,343

( 1,96 ∙10−3

1085 )2 ∙ 2,066 ∙10−4 ∙1=952962627

Pr= c ∙ ηλ

=3460 ∙2,6 ∙ 10−3

0,4=22,49

unde:



114


Gr∙Pr=214321294914,60



Nu=0,135 (214321294914,60 )0,33=740,6

α 1=Nu ∙ λ

de

=740,6 ∙0,42,34

=98,74 [W /m2 ∙ K ]

La calculul pierderilor de căldură la aparatele care se găsesc în spaţii închise la temperaturi

ale suprafeţei de până la 15°C, se utilizează formula:

α 2=9,74+0,07 ∙ ∆ t

t=18-15=3°C

α 2=9,74+0,07 ∙ 3=9,95 [W /m2 ∙K ]

k= 1

1α 1

+δ p

λp

+ 1α 2

= 11

98,74+

0,0117,5

+1

9,95

=8,99 [W /m2∙ K ]


Q p=8,99∙ 34,25 ∙3 ∙ 14 ∙ 24 ∙3600=1117810,59 [ kJ /șarjă ]




Mmf ∙ cmf

tmf=814443,71+1444773,06−1117810,59−312089,88

15418,5 ∙3460

tmf=19,8 ° C

În concluzie se impune să se facă răcirea cisternei de fermentare utilizând un sistem de răcire,

constituit dintr-o seprentină interioară prin care circulă apă rece.


Qrac ¿Qmi+Qr−Qmf −Q p−Q p CO2


Qmf =15418,5 ∙3700 ∙18=1026872,1 [ kJ /șarjă ]

Qrac=814443,71+1444773,06−1117810,59−312089,88−1026872,1

Qrac=102444,21 [ kJ / șarjă ]

115


unde:



ta - diferenţa de temperatură între temperatura apei la ieşire şi temperatura apei la intare în

cisternă, °C;


W a=Qrac

ca ∙ ∆ t a ∙ ∙ τ r

= 102444,214,18 ∙ 3∙1209600

=0,0067 kg/ s

116

Bilant de Masa Si Termic Vin

Documents

Transcript of Bilant de Masa Si Termic Vin