Приход теплоты

Количество теплота, вносимой с питательной средой (растворами солей),

Количество теплоты, выделяющейся при брожении,

Количество теплоты, вносимой в аппарат с охлаждающей водой,

Количество теплоты, вносимой в аппарат с воздухом,

Расход теплоты

Количество теплоты, уходящей с дрожжевой суспензией (бражкой)

.

Количество теплоты, отводимой с охлаждающей водой,

.

Количество теплоты, отводимой с воздухом,

Потери теплоты в окружающую среду

В приведенных формулах G_п, G_в, и G_б – расход соответственно питательной среды, охлаждающей воды и бражки, кг/ч; с_п, с_в и с_б – удельная теплоемкость среды, охлаждающей воды и бражки, кДж/(кгК); t_п, t_б, t_1в и t_2в – температура питательной среды, бражки, начальная и конечная охлаждающей воды, °С; g – удельное тепловыделение дрожжей (g = 4171 кДж/кг); Р – прирост расхода дрожжей, кг/ч; L – расход продуваемого воздуха, кг/ч; i₁, i₂ – удельные энтальпии свежего и отработанного воздуха, кДж/кг;  – коэффициент теплоотдачи от поверхности аппарата в окружающую среду, кВт/(м²К); F_а – площадь поверхности аппарата, м²; t – разность температур сбраживаемой питательной среды и окружающего аппарат воздуха, °С.

Уравнение теплового баланса имеет вид

.

Обозначив правую часть уравнения через Q, находим расход воды

.

Площадь поверхности охлаждения дрожжерастильного аппарата F_охл (м²)

,

где К – коэффициент теплопередачи от охлаждающей воды к сбраживаемой среде, кВт/(мК); t – средняя разность температур сбраживаемой и охлаждающей воды, °С.

На основании опытных данных для аппаратов с рубашками принимают коэффициент теплопередачи К = 0,3 кВт/(м²К). Расход воздуха на продувание в зависимости от принятой схемы аэрации L = 80...100 м³/ч на 1 м³ сбраживаемой среды.

Для забора воздуха из атмосферы, его многоступенчатого сжатия до определенного давления и транспортирования в дрожжерастильный аппарат используется воздуходувная машина центробежного действия. Удельный расход воздуха V_уд в этом аппарате зависит от стадии роста дрожжей и составляет 30...100 м³/(чм³). Давление воздуха, которое должна обеспечивать воздуходувка, определяется сопротивлением в воздуховоде (p_в = 0,005…0,01 МПа), аэрационной системе (р_с = 0,01...0,015 МПа) и воздухоохладителе (р_о = 0,001...0,002 МПа) и давлением столба жидкости в аппарате (р_ст = 0,04...0,09 МПа).

Под действием центробежных сил воздух, захватываемый лопатками рабочего колеса воздуходувки, отбрасывается к ее периферии. При этом сжатый воздух по направляющим каналам поступает к центральной части рабочего колеса следующей ступени сжатия. Величина давления воздуха на выходе из воздуходувной машины определяется частотой вращения ее ротора и числом ступеней сжатия (числом рабочих колес).

Трубчатая аэрационная система, используемая в дрожжерастильном аппарате ВДА-100, состоит из перфорированных трубок (d_тр = 0,051 м), расположенных по всему днищу с определенным шагом S. В поперечном сечении трубки имеют z = 7 рядов отверстий (d_отв = 0,0008...0,001 м), расположенных через 15°. На 1 м длины трубки приходится n₁ = 1400 отверстий. Трубки соединяются с воздухораспределительным коллектором d_к = 0,35 м. Число трубок с одной стороны коллектора n_тр = 44, число отверстий в трубках n = 24 500, длина трубок L_общ = 100...175 м.

Общий расход воздуха в трубчатой аэрационной системе определяется из уравнения

,

где p₀ и p₁ – давление воздуха на входе и выходе воздуходувной машины, МПа; L₀ и L₁ – расход воздуха начальный и после его сжатия, м³/ч; t₀ и t₁ – начальная температура всасываемого воздуха и конечная температура сжатого воздуха, °С.

Расход воздуха в нагнетательном воздуховоде

,

где v_в – скорость воздуха в воздуховоде (v_в = 16...20 м/с); F – площадь сечения воздуховода (F = d_в²/4; d_в – диаметр воздуховода, м).

Следует стремиться увидеть в каждой вещи то, что еще никто не видел и над чем еще никто не думал. Лихтенберг Георг Кристоф (1742–1799), немецкий писатель, литературный и театральный критик, ученый-физик