Bilanţ Termic La Fermentare
27
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. Q mi +Q r =Q mf +Q p +Q pCO 2 unde: Q mi -căldura mustului, [kJ/şarjă] Q r - căldura degajată din reacţie, [kJ/şarjă] Q mf - căldura ieşită din must după fermentare, [kJ/şarjă] Q pp -căldura pierdută prin pereţii vasului, [kJ/şarjă] Qp CO2 - căldura pierdută prin degajare de CO 2 , [kJ/şarjă] Fermentarea are loc în cisterne metalice cu volum total de 30000 1. La fermentare se lasă un gol de fermentare =0,85. V t =30000 1 V u =∙V t = 0,85∙30000=25500 1 Impunem H/D=l,5. Volumul cisternei apreciată aproximativ cu un cilindru) este: V = π∙D 2 4 ∙H= π∙D 2 4 ∙ 1,5 ∙D= π∙D 3 4 ∙ 1,5 V =30000 l=30 m 3 D= √ 4 ∙V 1,5 ∙π D= √ 4 ∙ 30 1,5 ∙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∙R 2 =π∙D∙H +2 ∙π∙ D 2 4 =π∙D∙H+ π∙D 2 2 =π∙D∙ ( H+ D 2 )
-
Upload
madalina-micu -
Category
Documents
-
view
254 -
download
5
description
a
Transcript of Bilanţ Termic La Fermentare
BILAN TERMIC LA FERMENTAREBilanul termic la fermentaie se stabilete pentru un singur utilaj, unitatea de msur fiind arja i urmrete determinarea temperaturii finale de fermentare.
unde:Qmi -cldura mustului, [kJ/arj]Qr - cldura degajat din reacie, [kJ/arj]Qmf - cldura ieit din must dup fermentare, [kJ/arj]Qpp -cldura pierdut prin pereii vasului, [kJ/arj]QpCO2 - cldura pierdut prin degajare de CO2, [kJ/arj]Fermentarea are loc n cisterne metalice cu volum total de 30000 1. La fermentare se las un gol de fermentare =0,85. Vt=30000 1Vu=Vt= 0,8530000=25500 1Impunem H/D=l,5.Volumul cisternei apreciat aproximativ cu un cilindru) este:
Aria total a cisternei este:
A. Cldura intrat cu mustul iniial
unde:Mm - arja de must care intr n cisterna de fermentare, [kg]; cm - capacitatea caloric masic a mustului, [J/kgK] tm - temperatura de intrare a mustului, Ctm=15C text = 12Cmust =1082 kg/m3 pentru mustul asamblat la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 127).
cmust =3795,5 [J/kgK] pentru mustul asamblat la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 129).Qm = 275913795,5 15= 1575179,94 [kJ/arj]
B. Cantitatea de cldur degajat prin reacii biochimice
Qrf - cantitatea de cldur degajat la fermentare [kJ/arj]Qrr- cantitatea de cldur degajat la respiraie [kJ/arj]Reacia biochimic la fermentare este urmtoarea:
Are loc eliberarea a 23,54,186=98,37 kJ/kgReacia biochimic la respiraie este urmtoarea:
Are loc eliberarea a 6744,186= 2821,364 kJ/kgConinutul n zahr al mustului este 220g/l. Masa de must dintr-o arj este de 27591 kg, iar cantitatea de zahr dintr-o arj va fi de 5610 kg.Zt =5610 [kg zahr/arj] 4% din zahrul mustului va fi consumat pentru produi secundari i biomas
95% din zahrul mustului va fi transformat n alcool
1% din zahrul mustului va fi folosit la respiraia drojdiilor
Se va calcula cantitatea de cldur degajat la fermentaie:
180g zahr244g CO2.............................23,5kcal (23,54,186 = 98,37 kJ/kg)1000g zahrx..........................................yx = 488,88 g CO2 y = 546,50 kJ/kg
Se va calcula cantitatea de cldur degajat la respiraie:
180g zahr644g CO2.............................674 kcal (6744,186 =2821,36 kJ/kg)1000g zahra..........................................ba =1466,67g CO2 b = 15674,22 kJ/kg
Cantitatea de cldur degajat din reacie:
C. Cantitatea de cldur pierdut prin degajare de CO2
unde:MCO2umed - cantitatea de CO2 umed degajat [ kJ/arj]cCO2- capacitatea caloric masic a CO2 [j/kgK] tCO2- temperatura dioxidului de carbon, tCO2= 15 C
unde:MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ arj] MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraia drojdiilor, [kg/arj]Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacie, pentru cantitatea de zahr necesar fermentaiei:Fermentare:180 kg C6H12O6244 kg CO25329,5 C6Hl206xx= MCO2f =2605,53 [kg CO2] din aceast cantitate 30% este reinut n must, deci: Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraia drojdiilor, pentru cantitatea de zahr necesar la respiraia drojdiilor:Respiraie:180 kg C6Hl206644kg CO256,10 kg C6H1206yy= MCO2r= 82,28 [kg CO2]
Se calculeaz pierderile de alcool i ap pentru o arj:
unde:xs -coninutul de umezeal al CO2 xs =0,0167 [kg/arj]
D.Cantitatea de cldur degajat prin pereii cisternei metalice
unde:k- coeficient total de transfer termic, [W/m2K]A- aria total a cisternei metalice, [m2] A = 56,52 m2tmed -diferena ntre temperatura mustului i temperatura mediului exterior, [C]tmust = 15C text = 12C- timpul de fermentare, [s]= 14 zileCoeficientul total de transfer termic de cldur se calculeaz cu formula: unde:1 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la must la pereii vasului, [W/m2K]2 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la pereii vasului la mediul nconjurtor, [W/m2K]p- grosimea peretelui, [m] ;p- conductivitatea termic a materialului din care este construit cisterna, [W/mK]
unde:de - diametru echivalent, m; de = D = 3m
unde:Gr- criteriul Grashoff;g - acceleraia gravitaional, [m/s2]; - vscozitatea cinematic a vinului, [m2/s];- coeficient de dilatare volumic, = 2,06610-4 K-1t - diferena de temperatur dintre must i temperatura suprafeei peretelui, [C]; Caracteristicile termofizice ale vinului la temperatura de 15C sunt:t=15C=1028 kg/m3; c=3726,2 J/kgK; =0,40 W/mK; =2,75610-3Pas [Viorica Maria Macovei Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar]
unde:c - cldura specific a vinului la 15C, J/kgK;- vscozitatea dinamic a vinului la 15C, Pas; - conductivitatea termic a vinului la 15C, W/mK;GrPr=195468272583,12Pentru GrPr > 109 => regim turbulent: c=0,135 n=0,33
La calculul pierderilor de cldur la aparatele care se gsesc n spaii nchise la temperaturi ale suprafeei de pn la 15C, se utilizeaz formula:
t=15-12=3C
n concluzie se impune s se fac rcirea cisternei de fermentare utiliznd un sistem de rcire, constituit dintr-o seprentin interioar prin care circul ap rece.
unde:Wa - debitul apei de rcire a apei, kg/s; ca - cldura specific a apei, kJ/ kgK;ta - diferena de temperatur ntre temperatura apei la ieire i temperatura apei la intare n cistern, C;r -timpul aferent rcirii, s;
Bilanul termic la fermentaia mustului de tu II destinat obinerii de vin de consum current se stabilete pentru un singur utilaj, unitatea de msur fiind arja i urmrete determinarea temperaturii finale de fermentare.
unde:Qmi -cldura mustului, [kJ/arj]Qr - cldura degajat din reacie, [kJ/arj]Qmf - cldura ieit din must dup fermentare, [kJ/arj]Qpp -cldura pierdut prin pereii vasului, [kJ/arj]QpCO2 - cldura pierdut prin degajare de CO2, [kJ/arj]Fermentarea are loc n cisterne metalice cu volum total de 20000 1. La fermentare se las un gol de fermentare =0,90. Vt=20000 1Vu=Vt= 0,9020000=18 000 1Cisternele metalice nu sunt standardizate.Impunem H/D=l,5.Volumul cisternei apreciat aproximativ cu un cilindru) este:
Aria total a cisternei este:
A. Cldura intrat cu mustul iniial
unde:Mm - arja de must care intr n cisterna de fermentare, [kg]; cm - capacitatea caloric masic a mustului, [J/kgK] tm - temperatura de intrare a mustului, Ctm=15C text = 12Cmust =1107 kg/m3 pentru mustul de tu II la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 127).
cmust =3460 [J/kgK] pentru mustul de tu II la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 128).
B. Cantitatea de cldur degajat prin reacii biochimice
Qrf - cantitatea de cldur degajat la fermentare [kJ/arj]Qrr- cantitatea de cldur degajat la respiraie [kJ/arj]Reacia biochimic la fermentare este urmtoarea
Are loc eliberarea a 23,54,186=98,37 kJ/kg
Reacia biochimic la respiraie este urmtoarea:
Are loc eliberarea a 6744,186= 2821,364 kJ/kgConinutul n zahr al mustului este 200g/l. Masa de must dintr-o arj este de 19926 kg, iar cantitatea de zahr dintr-o arj va fi de 3600 kg.Zt=3600 [kg zahr/arj] 4% din zahrul mustului va fi consumat pentru produi secundari i biomas
95% din zahrul mustului va fi transformat n alcool
1% din zahrul mustului va fi folosit la respiraia drojdiilor
Se va calcula cantitatea de cldur degajat la fermentaie:
180g zahr244g CO2.............................23,5kcal (23,54,186 = 98,37 kJ/kg)1000g zahrx..........................................yx = 488,88 g CO2 y = 546,50 kJ/kg
Se va calcula cantitatea de cldur degajat la respiraie:
180g zahr644g CO2.............................674 kcal (6744,186 =2821,36 kJ/kg)1000g zahra..........................................ba =1466,67g CO2 b = 15674,22 kJ/kg
Cantitatea de cldur degajat din reacie:
C. Cantitatea de cldur pierdut prin degajare de CO2
unde:MCO2umed - cantitatea de CO2 umed degajat [ kJ/arj]cCO2- capacitatea caloric masic a CO2 [j/kgK] tCO2- temperatura dioxidului de carbon, tCO2= 15 C
unde:MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ arj] MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraia drojdiilor, [kg/arj]Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacie, pentru cantitatea de zahr necesar fermentaiei:
Fermentare:180 kg C6H12O6244 kg CO23420 C6Hl206xx= MCO2f =1672 [kg CO2] din aceast cantitate 30% este reinut n must, deci:
Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraia drojdiilor, pentru cantitatea de zahr necesar la respiraia drojdiilor:Respiraie:180 kg C6Hl2O6644kg CO236 kg C6H12O6yy= MCO2r= 52,8 [kg CO2]
Se calculeaz pierderile de alcool i ap pentru o arj:
unde:xs -coninutul de umezeal al CO2 xs =0,00288 [kg/arj]
D. Cantitatea de cldur degajat prin pereii cisternei metalice
unde:k- coeficient total de transfer termic, [W/m2K]A- aria total a cisternei metalice, [m2] A = 41,49 m2tmed -diferena ntre temperatura mustului i temperatura mediului exterior, [C]tmust = 18C text = 15C- timpul de fermentare, [s]= 14 zileCoeficientul total de transfer termic de cldur se calculeaz cu formula: unde:1 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la must la pereii vasului, [W/m2K]2 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la pereii vasului la mediul nconjurtor, [W/m2K]p- grosimea peretelui, [m] ;p- conductivitatea termic a materialului din care este construit cisterna, [W/mK]
unde:de - diametru echivalent, m; de = D = 3m
unde:Gr- criteriul Grashoff;g - acceleraia gravitaional, [m/s2]; - vscozitatea cinematic a vinului, [m2/s];- coeficient de dilatare volumic, = 2,06610-4 K-1t - diferena de temperatur dintre must i temperatura suprafeei peretelui, [C]; Caracteristicile termofizice ale vinului la temperatura de 15C sunt:t=15C=1107 kg/m3; c=3481 J/kgK; =0,47 W/mK; =1,9610-3 Pas [Viorica Maria Macovei -Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologii i industrie alimentar]
unde:c - cldura specific a vinului la 18C, J/kgK;- vscozitatea dinamic a vinului la 18C, Pas; - conductivitatea termic a vinului la 18C, W/mK;GrPr=253401058382,01Pentru GrPr > 109 => regim turbulent: c=0,135 n=0,33
La calculul pierderilor de cldur la aparatele care se gsesc n spaii nchise la temperaturi ale suprafeei de pn la 15C, se utilizeaz formula:
t=18-15=3C
n concluzie se impune s se fac rcirea cisternei de fermentare utiliznd un sistem de rcire, constituit dintr-o seprentin interioar prin care circul ap rece.
unde:Wa - debitul apei de rcire a apei, kg/s; ca - cldura specific a apei, kJ/ kgK;ta - diferena de temperatur ntre temperatura apei la ieire i temperatura apei la intare n cistern, C;r -timpul aferent rcirii, s;
Bilanul termic la fermentaie mustului de tu III destinat obinerii de vin pentru industrie se stabilete pentru un singur utilaj, unitatea de msur fiind arja i urmrete determinarea temperaturii finale de fermentare.
unde:Qmi -cldura mustului, [kJ/arj]Qr - cldura degajat din reacie, [kJ/arj]Qmf - cldura ieit din must dup fermentare, [kJ/arj]Qpp - cldura pierdut prin pereii vasului, [kJ/arj]QpCO2 - cldura pierdut prin degajare de CO2, [kJ/arj]Fermentarea are loc n cisterne metalice cu volum total de 15 000 1. La fermentare se las un gol de fermentare =0,95. Vt=15 000 1Vu=Vt= 0,9515000=14250 1Cisternele metalice nu sunt standardizate.Impunem H/D=l,5.Volumul cisternei apreciat aproximativ cu un cilindru) este:
Aria total a cisternei este:
A. Cldura intrat cu mustul iniial
unde:Mm - arja de must care intr n cisterna de fermentare, [kg]; cm - capacitatea caloric masic a mustului, [J/kgK] tm - temperatura de intrare a mustului, Ctm=18C text = 15Cmust =1085 kg/m3 pentru mustul de tu III 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 127).
cmust =3460 [J/kgK] pentru mustul de tu III 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 128).
B. Cantitatea de cldur degajat prin reacii biochimice
Qrf - cantitatea de cldur degajat la fermentare [kJ/arj]Qrr- cantitatea de cldur degajat la respiraie [kJ/arj]Reacia biochimic la fermentare este urmtoarea:
Are loc eliberarea a 23,54,186=98,37 kJ/kg
Reacia biochimic la respiraie este urmtoarea:
Are loc eliberarea a 6744,186= 2821,364 kJ/kgConinutul n zahr al mustului este 200g/l. Masa de must dintr-o arj este de 19926 kg, iar cantitatea de zahr dintr-o arj va fi de 3600 kg.Zt=3600 [kg zahr/arj] 4% din zahrul mustului va fi consumat pentru produi secundari i biomas
95% din zahrul mustului va fi transformat n alcool
1% din zahrul mustului va fi folosit la respiraia drojdiilor
Se va calcula cantitatea de cldur degajat la fermentaie:
180g zahr244g CO2.............................23,5kcal (23,54,186 = 98,37 kJ/kg)1000g zahrx..........................................yx = 488,88 g CO2 y = 546,50 kJ/kg
Se va calcula cantitatea de cldur degajat la respiraie:
180g zahr644g CO2.............................674 kcal (6744,186 =2821,36 kJ/kg)1000g zahra..........................................ba =1466,67g CO2 b = 15674,22 kJ/kg
Cantitatea de cldur degajat din reacie:
C.Cantitatea de cldur pierdut prin degajare de CO2
unde:MCO2umed - cantitatea de CO2 umed degajat [ kJ/arj]cCO2- capacitatea caloric masic a CO2 [j/kgK] tCO2- temperatura dioxidului de carbon, tCO2= 15 C
unde:MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ arj] MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraia drojdiilor, [kg/arj]Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacie, pentru cantitatea de zahr necesar fermentaiei:Fermentare:180 kg C6H12O6244 kg CO22030,63 C6Hl206xx= MCO2f =992,75 [kg CO2] din aceast cantitate 30% este reinut n must, deci:
Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraia drojdiilor, pentru cantitatea de zahr necesar la respiraia drojdiilor:Respiraie:180 kg C6Hl2O6644kg CO221,38 kg C6H12O6yy= MCO2r= 31,35 [kg CO2]
Se calculeaz pierderile de alcool i ap pentru o arj:
unde:xs -coninutul de umezeal al CO2 xs =0,00288 [kg/arj]
C. Cantitatea de cldur degajat prin pereii cisternei metalice
unde:k- coeficient total de transfer termic, [W/m2K]A- aria total a cisternei metalice, [m2] A = 41,49 m2tmed -diferena ntre temperatura mustului i temperatura mediului exterior, [C]tmust = 18C text = 15C- timpul de fermentare, [s]= 14 zileCoeficientul total de transfer termic de cldur se calculeaz cu formula: unde:1 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la must la pereii vasului, [W/m2K]2 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la pereii vasului la mediul nconjurtor, [W/m2K]p- grosimea peretelui, [m] ;p- conductivitatea termic a materialului din care este construit cisterna, [W/mK]
unde:de - diametru echivalent, m; de = D = 3m
unde:Gr- criteriul Grashoff;g - acceleraia gravitaional, [m/s2]; - vscozitatea cinematic a vinului, [m2/s];- coeficient de dilatare volumic, = 2,06610-4 K-1t - diferena de temperatur dintre must i temperatura suprafeei peretelui, [C]; Caracteristicile termofizice ale vinului la temperatura de 18C sunt:t=15C=1085 kg/m3; c=3460 J/kgK; =0,4 W/mK; =2,610-3 Pas [Viorica Maria Macovei -Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologii i industrie alimentar]
unde:c - cldura specific a vinului la 18C, J/kgK;- vscozitatea dinamic a vinului la 18C, Pas; - conductivitatea termic a vinului la 18C, W/mK;GrPr=214321294914,60Pentru GrPr > 109 => regim turbulent: c=0,135 n=0,33
La calculul pierderilor de cldur la aparatele care se gsesc n spaii nchise la temperaturi ale suprafeei de pn la 15C, se utilizeaz formula:
t=18-15=3C
n concluzie se impune s se fac rcirea cisternei de fermentare utiliznd un sistem de rcire, constituit dintr-o seprentin interioar prin care circul ap rece.
unde:Wa - debitul apei de rcire a apei, kg/s; ca - cldura specific a apei, kJ/ kgK;ta - diferena de temperatur ntre temperatura apei la ieire i temperatura apei la intare n cistern, C;r -timpul aferent rcirii, s;
