17.2 Материальный баланс стадии тп Выращивание чкд

m_{чкд. Карлсб.} + m_{стер.сус.}+ m_{потреб.О2} ± m_влаги = m_ЧКД+m_co2.+m_брызг , (17.2.1)

m_{чкд. Карлсб.} – масса ЧКД Saccharomyces cerevisiae, подаваемых в танк для разведения дрожжей (посевной аппарат) из колбы Карлсберга;

m_{стер.сус.} – масса стерильного сусла;

m_{потреб.О2} – масса потребленного кислорода при разведении ЧКД;

m_влаги – масса влаги, принесенной/унесенной с воздухом;

m_ЧКД – масса ЧКД Saccharomyces cerevisiae, получаемая на стадии разведения;

m_co2. – масса образующегося диоксида углерода;

m_брызг – масса жидкости, унесенной из посевного аппарата в виде брызг.

Масса ЧКД Saccharomyces cerevisiae, подаваемых в танк для разведения дрожжей (посевной аппарат) из колбы Карлсберга

где - объем колбы Карлсберга;

– плотность чистой культуры дрожжей.

= 30л = 0,03м³;

= 1070,00 кг/ м³.

Масса стерильного сусла, , кг:

- рабочий объем посевного аппарата;

- коэффициент заполнения посевного аппарата.

Выбираем посевной аппарат объемом 25м³.

Масса потребленного кислорода, m_{потреб.О2},кг:

Для определения массы потребленного кислорода при сбраживании сусла в посевном аппарате, требуется расчитать тепловой эффект жизнедеятельности дрожжей, Q_ж/д, кДж:

где q_суб. – теплота сгорания субстрата;

q_дрож - теплота сгорания дрожжей

q_прод – теплота образования продукта.

q_прод = 0 – потому что целевой продукт не образуется.

Теплота сгорания субстрата, q_суб., кДж:

q_суб.=∑Н_i∙m_i,

где Н_i - удельная теплота сгорания i-го компонента, кДж/кг;

m_i – масса i-го компонента.

Основной компонент сусла – мальтоза. Масса мальтозы, потребленной дрожжами в процессе роста в аппарате для разведения дрожжей, m_мал, кг:

где Э_н – начальная экстрактивность сусла;

Э_к – конечная экстрактивность сусла.

Э_н = 0,12;

Э_к = 0,05.

где Н_мал – удельная теплота сгорания мальтозы;

Н_мал = 16500 кДж/кг [j с. j].

Теплота сгорания дрожжей, q_дрож., кДж:

(17.2.10)

где Н_дрож – удельная теплота сгорания дрожжей;

m_{дрож.нач.} – сухая масса дрожжей в начале процесса;

m_{дрож.кон} – сухая масса дрожжей в конце процесса.

Н_дрож =19902 кДж/кг.

Начальная масса дрожжей m_{дрож.нач}, кг:

где m_дрож. – масса дрожжей в суспензии, вносимой в танк для разведения дрожжей;

С_дрож. – концентрация суспензии дрожжей;

φ_дрож. – влажность суспензии дрожжей.

m_дрож. = = 32,10 кг.

С_дрож. = 0,12 [по данным завода];

φ_дрож. = 0,8 [по данным завода].

Конечная масса дрожжей m_{дрож.кон}, кг:

Масса дрожжей в посевном аппарате увеличивается в 4 раза.

Массу всех углеродосодержащих компонентов среды, в результате окисления которых образуется тепловой эффект жизнедеятельности дрожжей, можно выразить через эквивалентное количество одного наиболее энергоемкого компонента – мальтозы.

Уравнение реакции окисления мальтозы

С₁₂Н₂₂О₁₁+12О₂ →12СО₂ + 11Н₂О

Эквивалентная масса наиболее энергоемкого компонента, m_экв., кг:

Из уравнения реакции окисления мальтозы находятся эквивалентные массы потребленного кислорода при разведении ЧКД и образующегося диоксида углерода:

где М_О2 - молеклярная масса кислорода;

М_мал - молекулярная масса мальтозы.

М_О2= 32 кг/моль;

М_мал = 342 кг/моль.

где М_СО2 - молеклярная масса диоксида углерода

М_СО2 = 44 кг/моль.

Масса влаги, принесенной/унесенной с воздухом, m_влаги, кг:

где m_возд. – масса воздуха, почтупающего в посевной аппарат.

х_вх. – влагосодержание воздуха, поступающего в посевной аппарат;

х_вых. – влагосодержание воздуха, уходящего из посевного аппарата.

где – соотношение молекулярных масс водяного пара и воздуха;

φ - относительная влажность воздуха;

Р_нас - давление насыщенного водяного пара; Р_нас

П – общее давление паро-воздушной смеси.

Влагосодержание наружного воздуха, х_нас, кг_{вод.пара}/кг_{сух.возд}:

где φ_ср.год - среднегодовая относительная влажность воздуха в Волгоградской области;

- давление насыщенного водяного пара наружного воздуха;

П_нар - общее давление паро-воздушной смеси наружного воздуха.

Данные для Волгоградской области:

где φ_января – влажность в январе;

φ_июля - влажность в июле.

φ_января = 85%;

φ_июля = 45%.

где t_января – температура января;

t_июля – температура июля.

t_января = -8^◦С;

t_июля = 17,5^◦С.

= 6,434 мм.рт.ст. = 8,58∙10^-4 (при t_ср.год.=4,75^◦С);

П_нар = 1 МПа [по данным завода].

Влагосодержание регламентного воздуха, х_регл, кг_{вод.пара}/кг_{сух.возд}:

где - относительная влажность регламентного воздуха в Волгоградской области;

- давление насыщенного водяного пара регламентного воздуха;

- общее давление паро-воздушной смеси регламентного воздуха.

= 50% [по данным завода];

= 31,82мм.рт.ст. = 4,24*10^-3 МПа (при температуре подаваемого воздуха 30^◦С;

= 2,5 МПа.

х_нар<х_регл : принимаем х_вх<х_нар =

Влагосодержание выходящего воздуха, х_вых., х_вых, кг_{вод.пара}/кг_{сух.возд}:

где – относительная влажность выходящего воздуха;

– давление насыщенного водяного пара выходящего воздуха;

– общее давление паро-воздушной смеси выходящего воздуха.

= 95%;

= 17,54 мм.рт.ст. = 2,34∙10^-3 МПа; При какой температуре?

= 1,2 МПа [по данным завода].

х_вх<х_вых : в процессе выращивания чистой культуры дрожжей наблюдается влагоунос.

Масса воздуха, подаваемого в посевной аппарат за весь период выращивания чистой культуры дрожжей, m_возд, кг:

m_возд = V_возд * ρ_возд ,

где V_возд – объем воздуха;

ρ_возд – плотность воздуха.

Посевной аппарат вместимостью

2,5м³ → 300 м³ воздуха за весь период выращивания ЧКД

25 м³ → Х м³

ρ_возд = 1,29 кг/м³.

Масса влаги, унесенной с воздухом, m_влаги, кг:

Масса жидкости, унесенной из аппарата для разведения дрожжей в виде брызг, m_влаги, кг:

В процессе выращивания чистой культуры дрожжей, некоторое количество влаги уносится из аппарата для разведения дрожжей в виде брызг.

Обычно объем брызг составляет 3-5% от рабочего объема аппарата.

Принимаем объем брызг 4% от рабочего объема танка для разведения дрожжей.

Объем брызг, V_брызг, м³:

Масса брызг, m_брызг, кг:

где ρ_брызг – плотность брызг.

Плотность брызг ρ_брызг , кг/м³.

(17.2.28)

Таблица материального баланса стадии ТП 11 «Выращивание ЧКД»

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Масса		Объем, м3	Плотность, кг/ м3
		кг	кг основного вещества
1	2	3	4	5	6
Израсходовано на стадии (суммарно)
А) Полупродукты: 1. Стерильное сусло 2.Чистая культура дрожжей Saccharomyces cerevisiae из колбы Карлсберга Б) Сырье 1. Кислород		15631,67 32,10 1225,47			1044,20 1070,00 1,29
Итого		16889,24
Получено на стадии (суммарно)
А) Полупродукты: 1. Чистая культура дрожжей Saccharomyces cerevisiae Б) Отходы 1. Влагоунос 3. Выделившийся СО2 В) Потери 1. Брызгоунос		14566,89 3,07 1685,02 634,26			1070,00 1000,00 1,97 1057,10
Итого		16889,24

Сходимость по массе 100%

17.3 Материальный баланс стадии брожение и дображивание.

Материальный баланс рассчитывают на одну загрузку ЦКТ.

где m_сус – масса холодного осветленного аэрированного сусла;

m_ЧКД– масса чистой культуры дрожжей

m_нп – масса нефильтрованного пива

m_СО2 – масса диоксида углерода, образующегося в процессе брожения

m_{осад. дрож.} – масса дрожжей.

Масса осветленного охлажденного аэрированного сусла, m_сус, кг:

m_сус = V _сус * ρ _сус,

где V _сус = 800,00 гл = 80м³;

ρ _сус = 1044,2 кг/ м³. Откуда?

m_сус = 80,00 * 1044,2 = 83536,0 кг.

Масса чистой культуры дрожжей Saccharomyces cerevisiae, добавляемой в ЦКТ для осуществления брожения, :

Норма внесения дрожжей составляет 0,6 л/гл на 100 гл сусла.

0,6 л дрожжей → 100л сусла

Х л дрожжей → 80 м³ (80000л) сусла

Объем ЧКД, V _{ЧКД ,} м³:

гдеρ _ЧКД = 1350,0 кг/ м³.

m_ЧКД = 0,48 ∙ 1350,00 = 648,00 кг.

m_НП = V _НП ∙ ρ _НП,

где ρ_нп = 1040,00 кг/ м³;

V_нп = 594,5гл=59,45м³.

m_НП = 59,45 ∙ 1048,00 = 62303,6 кг.

Объем осадочных дрожжей, получаемых после процесса брожения, V_{осад. дрож.}, кг:

Из ЦКТ на 1000гл снимают 2,5 м³ дрожжей [по данным завода]

Масса осадочных дрожжей, получаемых после процесса брожения, m_{осад. дрож.}, кг:

где ρ _{осад.дрож}. = 1350,0 кг/ м³.

где m_{сем.дрож.} – масса семенных дрожжей, получаемых после брожения;

m_{изб.дрож.} - масса избыточных дрожжей, получаемых после брожения;

m_{мерт.дрож.} - масса мертвых дрожжей, получаемых после брожения;

3,2 л осадочных дрожжей → 0,8 л семенных дрожжей

2,0 л избыточных дрожжей

0,4 л мертвых дрожжей

2,5 м³ (2500л) → Х л

Масса семенных дрожжей, получаемых после брожения, m_{сем.дрож.} ,кг:

где V_{сем.дрож.} – объем семенных дрожжей;

ρ _{сем.дрож} - плотность семенных дрожжей.

Масса избыточных дрожжей, получаемых после брожения, m_{сем.дрож.} ,кг:

где V _{изб.дрож.} – объем избыточных дрожжей;

ρ _{изб.дрож.} - плотность избыточных дрожжей.

Масса мертвых дрожжей, получаемых после брожения, m_{сем.дрож.} ,кг:

где V _{мерт.дрож..} – объем мертвых дрожжей;

ρ _{мерт.дрож.} - плотность мертвых дрожжей.

Масса диоксида углерода, образующегося в процессе брожения сусла:

Таблица материального баланса стадии ТП «Брожение и дображивание»

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Масса		Объем, м3	Плотность, кг/ м3
		кг	кг основного вещества
1	2	3	4	5	6
Израсходовано на стадии (суммарно)
А Полупродукты: 1. Сусло холодное осветленное аэрированное 2. Чистая культура дрожжей Saccharomyces cerevisiae		83536,00 648,00			1044,2 1350,00
Итого		84184,0
Получено на стадии (суммарно)
А Полупродукты: 1.Нефильтрованное пиво Б Отходы: 1.Выделившийся СО2 2.Осадочные дрожжи, в том числе: а) семенные дрожжи б) избыточные дрожжи в) мертвые дрожжи		62303,6 18505,4 3375,00 843,75 2110.05 422,55			1048,00 1,97 1350,00 1350,00 1350,00 1350,00
Итого		84184,0

Сходимость по массе 100%

Потери??