I. Tính nhiệt lạnh
2. Lượng nhiệt lạnh cấp cho khu tank lên men
a. Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính
Phản ứng chính xảy ra trong quá trình lên men:
C12H22O11 + H2O → 4C2H5OH + 4CO2 + Q 342g 18g 184g 176g 312,3kJ
Nhiệt lượng toả ra khi lên men 1kg đường maltose là: q = 312,3
342
1000× = 913,1(kJ)
Lượng dịch đường đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là: 109,02 m3
Dịch đường đi lên men có nồng độ chất khô là 12˚Bx, có khối lượng riêng 1,048 kg/l.
Khối lượng dịch đường đưa đi lên men ứng với một tank lên men bia chai là: 109020.1,048 = 114253(kg)
Trung bình mỗi ngày lên men nồng độ chất khô của dịch giảm 1,5˚Bx, tức là một ngày ứng với 1tank lên men lượng chất khô chuyển hoá là:
G = 114253
100 5 ,
1 × = 1713,8(kg)
Coi chất khô chuyển hoá ở đây là đường maltose thì nhiệt lượng toả ra ứng với một tank trong một ngày ở giai đoạn lên men chính là:
Q = G.q = 1713,8.913,1 = 1564871(kJ)
Lượng nhiệt cần phải giải toả ở 6 tank trong giai đoạn lên men chính trong một ngày là:
Q1 = 6 × Q = 9389.103(kJ) Tổn thất lạnh: Qtt = K × F × Δt (kJ/h)
K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2(kJ.m-2.độ-1.h-1) Nhiệt độ không khí bên ngoài thùng lên men tng = 32˚C
Nhiệt độ dịch lên men ở giai đoạn lên men chính ttr = 8˚C Δt = tng – ttr = 24˚C
F: Diện tích truyền nhiệt (m2)
Coi tổn thất chủ yếu ở phần thân trụ của thùng lên men ta có: F = π × Dng × H = π × 4,6 × 8,0 = 115,6(m2)
Qtt = K.F.Δt = 1,2.115,6.24 = 3329(kJ/h)
Tổn thất nhiệt lạnh trong một ngày ở cả 6 tank trong giai đoạn lên men chính: Q2 = 6 × 24 × Qtt = 6 × 24 × 3329 = 479.103(kJ)
Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp cho các tank lên men trong giai đoạn lên men chính một ngày:
QLMchính = Q1 + Q2 = 9389.103 + 479.103 = 9868.103(kJ)
b. Lượng nhiệt lạnh cần cấp để hạ nhiệt độ dịch
Khi kết thúc lên men chính bia non có nồng độ chất khô 3˚Bx được hạ nhiệt độ từ 8˚C xuống 4˚C thực hiện quá trình xả nấm men kết lắng, sau đó tiếp tục hạ nhiệt độ khối dịch xuống 2˚C và thực hiện quá trình lên men phụ, Δt = 6˚C. Ở điều kiện này ta lấy thông số trung bình:
Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 4,207(kJ.kg-1.độ-1)
Nhiệt dung riêng của chất tan quy theo đường tan: Ct = 1,638(kJ.kg-1.độ-1) Nhiệt dung riêng của dịch: C = 0,97Cn + 0,03Ct = 4,130(kJ.kg-1.độ-1)
Thể tích bia non ứng với 1 tank lên men: 105(m3). Bia có nồng độ chất khô 3˚Bx, có khối lượng riêng 1,012(kg/l). Khối lượng dịch cần làm lạnh:
G = 105000 × 1,012 = 106260 (kg)
Giai đoạn này tổn thất lạnh ra môi trường khoảng 5%. Tổng lượng nhiệt lạnh cần cung cấp:
QHạ nhiệt = G.C.Δt/0,95 = 106260.4,130.6/0,95 = 2501.103(kJ)
Trung bình 1 lít bia non tổn hao 1kJ trong ngày, thể tích bia non ứng với 1 tank lên men là 105 m3. Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp đối với 15 tank trong giai đoạn lên men phụ trong một ngày là:
Q1 = 15 × 105.103 × 1 = 1575.103(kJ) Tổn thất lạnh: Qtt = K × F × Δt (kJ/h)
K: Hệ số truyền nhiệt qua lớp cách nhiệt K = 1,2(kJ.m-2.độ-1.h-1) Nhiệt độ không khí bên ngoài thùng lên men tng = 32˚C
Nhiệt độ dịch lên men ở giai đoạn lên men chính ttr = 2˚C Δt = tng – ttr = 30˚C
F: Diện tích truyền nhiệt F = 115,6(m2) Qtt = K.F.Δt = 1,2.115,6.30 = 4161,6(kJ/h)
Tổn thất lạnh trong một ngày ứng với 15 tank trong giai đoạn lên men phụ: Q2 = 15 × 24 × Qtt = 15 × 24 × 4161,6 = 1498.103(kJ)
Tổng lượng nhiệt lanh cần cung cấp cho các tank ở giai đoạn lên men phụ trong một ngày là:
QLMphụ = Q1 + Q2 = 1575.103 + 1498.103 = 3073.103(kJ)
► Lượng nhiệt lạnh lớn nhất cần cấp cho các tank lên men trong một ngày là: QLên men = QLM chính + QHạ nhiệt + QLM phụ = 9868.103 + 2501.103 + 3073.103 = 15442.103(kJ)