Расчет бродильного чана.

 

В.П.Попов, Л.Л.Добросердов, В.Н.Стабников, К.П.Андреев

Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности.

 

 

При расчете бродильного чана принимают:

H=1,1D;     h1 = 0,1D - 0,14D;      h2 = 0,05D – 0,1D,

где:

H — высота цилиндрической части бродильного чана:

h1 — высота днища бродильного чана:

h2 — высота крышки бродильного чана:

D — диаметр бродильного чана.

 

Коэффициент наполнения бродильного чана принимают равным 0,8—0,9.

Количество устанавливаемых бродильных чанов зависит от принятого метода и режима брожения. Так, например, при непрерывно-поточном способе брожения крахмалистого сырья устанавливают восемь чанов, а иногда и более. Кроме того, в начале бродильной ботареи устанавливают чан-возбраживатель объемом 25—30% от емко­сти бродильного чана. Возбраживатель оборудован мешалкой для перемешивания и змеевиком охлаждения поступающих в него объемов бражки.

 

Для расчета поверхности охлаждения в бродильном чане коли­чество тепла, передаваемое через поверхность теплообмена охлаж­дающей воде, определяется по следующему уравнению:

Q = Q1 — (Q2 + Q3) ккал час,

 

Где:

• Q1— общее количество тепла в ккал/час, выделяемое в течение 1 часа интенсивного главного броже­ния; этому периоду соответствует понижение концентрации бражки приблизительно на 1˚ по сахарометру;
• Q2— потери тепла в окружающую среду стенками бродильного чана в ккал/час;
• Q3 — потери тепла за счет испарения в ккал/час.

 

Примерный расчет бродильного чана.

 

Требуется рассчитать поверхность теплообмена бродильного чана и расход воды на охлаждение.

Данные для расчета. В один бродильный чан сливается 180 т заторной массы. Начальная температура охлаждающей воды 10°, конечная температура отходящей воды на 8° ниже высшей темпера­туры бражки.

При этих условиях объем бродильного чана

 

V = 180 / 1,076 * 0,87 = 192 м3,

 

где: 1,076 — удельный вес сладкого сусла в т/м3,

          0,87 — степень наполнения чана.

 

Определение количества тепла, выделяемого при брожении.

 

В период главного брожения, когда оно протекает наиболее ин­тенсивно, примем, что в течение часа концентрация бражки снижается на 1° сахарометра. Следовательно, в течение 1 часа сбраживается сахара

((180 * 1) / 100) * 1000 = 1800 кг,

где 180 — количество заторной массы, заливаемой в один бродильный чан, в т.

 

Известно, что при сбраживании 1 кг мальтозы выделяется 146,6 ккал тепла. Следовательно, при сбраживании 1800 кг сахара в течение часа выделится следующее количество тепла:

 

Q1 = 1800 * 146,6 = 264 000 ккал/час.

 

 

Определение количества тепла, теряемого в окружающую среду через стенки бродильного чана.

 

Это количество тепла определяют по такой формуле:

 

Q2 = F * ас (tcm — tв)  ккал]час, (III — 24)

 

где:

F — поверхность излучения бродильного чана, равная 180 m2;

t — температура наружной поверхности стенки бродильного чана; для периода наибольшего подъема температуры брожения принимаем tcm = 27°;

tв — температура окружающего воздуха; принимаем tв = 15 ;

ас — коэффициент суммарной теплоотдачи, определяем его по такой формуле:

 

 

где  С = 4,71 — коэффициент лучеиспускания для стальной стенки

 

Таким образом, потеря тепла в окружающую среду в течение часа

Q2 = 180 * 7 * (27— 15) ~ 15000 ккал/час.

 

Потери тепла за счет испарения.

 

Примем эту потерю 6% от общего количества тепла, выделяемого при брожении, т. е.

Q3 = 264 000 * 0,06 = 15 840 ккал/час.

Таким образом, на нагрев бродящей массы остается тепла:

264 000-(15 000+ 15840) = 233 160 ккал/час.

Рассчитаем поверхность холодильника на случай, когда в те­чение часа потребуется отнять все это количество тепла, т. е.

Q3 = 233 160 ккал\час.

 

Определение  средней разности температур

 

При расчете поверхности охлаждения принимаем, что в период наиболее интенсивного брожения температура бражки поддержи­вается постоянной и равной 29°. Все выделяющееся при этом тепло удаляется охлаждающими змеевиками (теплообменниками) и теряется на испарение в окружающую среду.

 

По условию температура воды, поступающей на охлаждение, равна 10°, температура отходящей воды составляет 29 — 8 = 21°.

 

Следовательно, за весь период охлаждения средняя разность температур определится следующим образом:

29˚ ______ 29°

      бражка

21° ←----- 10°

        Вода

____________

8°                19°

 

∆ t == (19 – 8) / 2,3 * lg19/8 = 12,8°.

 

Расход охлаждающей воды составит

 

233160              
————  ≈ 21 m3/час.
21 — 10

 

Принимаем диаметр змеевика 70/76 мм. Площадь живого сечения змеевика будет

0,785 • 0,07² = 0,0038 м².

Если установить два змеевика, то скорость движения воды в каж­дом змеевике

                        

                         21

W =  ———————— = 0,8 м /сек.
          2 * 3600 * 0,0038

 

Определение коэффициента теплопередачи R

 

Коэффициент теплопередачи R зависит от величины коэффициен­тов:

теплоотдачи от бродящей массы к стенке змеевика а1 и

коэффициента теплопередачи от стенки змеевика к охлаждающей воде а2.

 

онлайн расчёт коэффициента теплопередачи

 

Опубликованных данных о значении физических констант для бродящей массы, необходимых для определения си, не имеется. Рассчитать эти константы трудно, так как состав бродящей массы весьма сложен. Кроме того, условия теплопередачи сильно усложняются обиль­ным выделением пузырьков углекислого газа.

 

Ориентировочно можно принять значение коэффициента а1 равным 600 ккал/м2 • час • °С

 

Коэффициент а2 для трубки в виде змеевика находим по эмпирическому уравнению:

 

а2 = а2´ • (1 + 1,77 • d / R)

 

где:  а2´ — коэффициент теплоотдачи от прямой трубы к охлаждающей воде;

 

 

d — внутренний диаметр трубки змеевика, равный 0,07 м;

r — радиус кривизны змеевика, принимаемый нами равным 2,25 м,

W = 0,8 м/сек;

λ = 0,5 ккал/м • час • °С>;

с = 1 ккал/кг °С; р. =0,0001 кг • сек/м²;

μ =102 кг • сек / м².

 

Подставляя в последнюю формулу числовые значения, получим:

a2´= 0,023* 0,5/0,07 *(0,8*0,07*102 /0,0001) * (3600*1*0,0001*9,81 /0,5) ≈2270 ккал/м2•час•°С.

 

Таким образом, коэффициент теплоотдачи стенки змеевика к охлаждающей воде, омывающей его изнутри

а2 = 2270 • (1 + 1,77 • 0,07 / 2,25) = 2400 ккал/м2 • час • °С.
I          

Коэффициент теплопередачи R

                

                             1

R =      —————————            = 458 ккал/м2 • час • °С.

       1 / 600 + 0,003 / 50 + 1 / 2400

 

Учитывая загрязнение поверхности змеевикового теплообменника со стороны воды, для расчета принимаем

R = 400 ккал/м2 • час • ˚С.

 

Поверхность охлаждения змеевикового теплообменника

           233 160
F =  —————  ≈ 46 м².
          400 • 12,8

 

Общая длина трубок обеих секций холодильника (змеевикового теплообменника) бродильного чана

L = F / π • dcp = 200 м.

 

Определим длину витка змеевикового теплообменника бродилтного чана по следующей формуле:

 

где: l — длина одного витка в метрах

d3 — диаметр витка змеевикового теплообменника внутри бродильного чана, равный 4,5 м;

h — шаг витка, равный 0,175 м.

 

Следовательно, общее число витков в двух секциях трубчатого теплообменника для бродильного чана

Z = 200 / 14,2 = 14.

 

При непрерывно-поточном брожении змеевики устанавливают только в первых двух бродильных чанах, где происходит процесс главного брожения, в остальных чанах происходит процесс дображивания не сопровождающийся выделением теплоты, поэтому змеевики (теплообменники) не устанавливают.

Вернуться на главную страницу