Lượng nhiệt thải ra từ canh trường và tiêu hao nước làm lạnh được xác định từ cân bằng nhiệt
Thu nhiệt Tiêu hao nhiệt
Với môi trường dinh dưỡng. Q1 = Gn.Cn.tn
Nhiệt sinh học được giải phóng khi phát triển canh trường: Q2 = q.p
Với nước làm lạnh Q3 = GB.GBt1B Với lượng không khí thổi: Q4 = Li1
Với canh trường thành phẩm Q5 = Gk.Ck.tk
Với nước làm lạnh:Q6 = GB.CB.t2B Với lượng không khí thổi: Q7 = Li2 Tổn thất vào môi trường xung quanh: Q8 = 3600.α .Fa.∆t
Trong đó:
Gn, GB và Gk: Khối lượng môi trường dinh dưỡng, nước làm lạnh và canh trường thành phẩm, kg.
Cn, CB, và Ck: Nhiệt dung riêng của môi trường dinh dưỡng, nước làm lạnh và canh trường thành phẩm, (KJ/kg.K).
Tn, tk, t1B, và t2B: Nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng, canh trường thành phẩm, nước làm lạnh đầu và cuối, (K).
q: Nhiệt lượng trung bình được giải phóng khi tăng mức sinh khối của chủng vi sinh vật, (KJ/kg).
p: Mức tăng sinh khối của vi sinh vật, (kg/h). L: Lượng không khí được thổi, kg/h.
i1 và i2: enpintan của không khí mới và không khí thải, KJ/kg. Fa: là diện tích bề mặt lên men, m2.
σ : Hệ số thải từ bề mặt thiết bị vào môi trường xung quanh KW/m2.k.
∆t: Hiệu trung bình nhiệt độ của canh trường phát triển và không khí xung quanh thiết bị, K.
Phương trình cân bằng nhiệt độ của thiết bị lên men có dạng: QB.CB(t2B – t1B) = Q1 + Q2 + Q5 + Q8 – L(i2 – i1).
Đặt: Q1 + Q2 + Q5 – Q8 – L(i2 – i1) = Q (*)
Lượng nước cần sử dụng cho quá trình làm mát canh trường, kg/h.
( / ). ) (t2 t1 kg h C Q G B B B B = −
Theo số liệu thực nghiệm ta có thể tính như sau: Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men:
Theo (5; t 172) cứ một lít dịch lên men trong thiết bị lên men chính sau một chu kỳ lên nem sẽ giải phóng ra: 1,13 Kcal nhiệt.
Lượng nhiệt sinh ra trong 1 chu kỳ lên men sẽ là: Qts = 502518,39.1,13 = 567845,78 (Kcal).
Nhiệt tổn thất do không khí mang ra được lấy 10% so với lượng nhiệt sinh ra (6; t273).
Qks = 10%.567845,78 = 56784,578 (Kcal). Vậy lượng nhiệt toả ra khi phát triển canh trường:
Q2 – L(i2 – i1) = Qts – Qks = 567845,78 – 56784,578 = 511061,2(Kcal).
Lượng nhiệt của môi trường dinh dưỡng: Q1 = Gn.Cn.tn.
Tính Cn: Vì lượng môi trường đưa vào có nồng độ tương đối nhỏ nên ta giả sử dung dịch lỏng có 2 cấu tử vậy Cn = 4190 – (2514 – 7,542.t).x . cho x = 0,07 vì nồng độ chất khô là :bột ngô chiếm 6%, NaNO3 0,9%, MgSO4 0,005%. Suy ra nồng độ chất khô là: 6,905%.Và tn = 280C
Cn = 4190 – (2514 – 7,542.t).x = 4029(J/kg.độ) =4,029 (KJ/kg.độ). Gn = 511061,2.1,115 = 569833,24(kg) (Giả sử khối lượng riêng của môi trường dinh dưỡng là 1,115).
Thay số vào ta có: Q1 = 569833,24.4,029.28 = 64284027,47(KJ) = 15353976,18 (Kcal)
Với canh trường thành phẩm: Q5 = Gk.Ck.tk
Tính Gk: Vì không có thực nghiệm nên ta chọn môi trường thành phẩm có khối lượng riêng là: 1,176 kg/lít.
Gk = 511061,2.1,176 = 601008(kg).
Nhiệt độ của môi trường sau khi lên men là :280C
Cn = 4190 – (2514 – 7,542.t).x. Giả sử chọn x = 0,04 ta có: Cn =4,098 (kJ/kg.độ).
Thay số vào ta có:
Q5 = 601008.4,098.28 = 68962061,95(KJ) = 16471305,52(Kcal) Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh:
Q8 = 3600.α .Fa.∆t Ta có: Fa = 43 m2. ∆t = 3 độ 28503 µ α = tCT −tT Chọn tCT = 28; tT = 25; µ = 1,027Pa.s α =4074,07; ∆t=3 Vậy Q8 = 451896(Kcal).
Thay các thông số vào công thức (*) ta có: Q = 31884446,9 (Kcal).
Lượng nước tiêu hao làm lạnh cho quá trình lên men: ( ) 1 2B B B B t t C Q G − = (4,t222).
Giả sử nước làm lạnh cho thiết bị lên men ở nhiệt độ 200C sau khi trao đổi nhiệt độ của nó tăng lên 250C.
Vậy: GB = 1521930,64(m3/h).