Bilanţ Termic La Fermentare

BILAN TERMIC LA FERMENTAREBilanul termic la fermentaie se stabilete pentru un singur utilaj, unitatea de msur fiind arja i urmrete determinarea temperaturii finale de fermentare.

unde:Qmi -cldura mustului, [kJ/arj]Qr - cldura degajat din reacie, [kJ/arj]Qmf - cldura ieit din must dup fermentare, [kJ/arj]Qpp -cldura pierdut prin pereii vasului, [kJ/arj]QpCO2 - cldura pierdut prin degajare de CO2, [kJ/arj]Fermentarea are loc n cisterne metalice cu volum total de 30000 1. La fermentare se las un gol de fermentare =0,85. Vt=30000 1Vu=Vt= 0,8530000=25500 1Impunem H/D=l,5.Volumul cisternei apreciat aproximativ cu un cilindru) este:

Aria total a cisternei este:

A. Cldura intrat cu mustul iniial

unde:Mm - arja de must care intr n cisterna de fermentare, [kg]; cm - capacitatea caloric masic a mustului, [J/kgK] tm - temperatura de intrare a mustului, Ctm=15C text = 12Cmust =1082 kg/m3 pentru mustul asamblat la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 127).

cmust =3795,5 [J/kgK] pentru mustul asamblat la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 129).Qm = 275913795,5 15= 1575179,94 [kJ/arj]

B. Cantitatea de cldur degajat prin reacii biochimice

Qrf - cantitatea de cldur degajat la fermentare [kJ/arj]Qrr- cantitatea de cldur degajat la respiraie [kJ/arj]Reacia biochimic la fermentare este urmtoarea:

Are loc eliberarea a 23,54,186=98,37 kJ/kgReacia biochimic la respiraie este urmtoarea:

Are loc eliberarea a 6744,186= 2821,364 kJ/kgConinutul n zahr al mustului este 220g/l. Masa de must dintr-o arj este de 27591 kg, iar cantitatea de zahr dintr-o arj va fi de 5610 kg.Zt =5610 [kg zahr/arj] 4% din zahrul mustului va fi consumat pentru produi secundari i biomas

95% din zahrul mustului va fi transformat n alcool

1% din zahrul mustului va fi folosit la respiraia drojdiilor

Se va calcula cantitatea de cldur degajat la fermentaie:

180g zahr244g CO2.............................23,5kcal (23,54,186 = 98,37 kJ/kg)1000g zahrx..........................................yx = 488,88 g CO2 y = 546,50 kJ/kg

Se va calcula cantitatea de cldur degajat la respiraie:

180g zahr644g CO2.............................674 kcal (6744,186 =2821,36 kJ/kg)1000g zahra..........................................ba =1466,67g CO2 b = 15674,22 kJ/kg

Cantitatea de cldur degajat din reacie:

C. Cantitatea de cldur pierdut prin degajare de CO2

unde:MCO2umed - cantitatea de CO2 umed degajat [ kJ/arj]cCO2- capacitatea caloric masic a CO2 [j/kgK] tCO2- temperatura dioxidului de carbon, tCO2= 15 C

unde:MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ arj] MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraia drojdiilor, [kg/arj]Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacie, pentru cantitatea de zahr necesar fermentaiei:Fermentare:180 kg C6H12O6244 kg CO25329,5 C6Hl206xx= MCO2f =2605,53 [kg CO2] din aceast cantitate 30% este reinut n must, deci: Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraia drojdiilor, pentru cantitatea de zahr necesar la respiraia drojdiilor:Respiraie:180 kg C6Hl206644kg CO256,10 kg C6H1206yy= MCO2r= 82,28 [kg CO2]

Se calculeaz pierderile de alcool i ap pentru o arj:

unde:xs -coninutul de umezeal al CO2 xs =0,0167 [kg/arj]

D.Cantitatea de cldur degajat prin pereii cisternei metalice

unde:k- coeficient total de transfer termic, [W/m2K]A- aria total a cisternei metalice, [m2] A = 56,52 m2tmed -diferena ntre temperatura mustului i temperatura mediului exterior, [C]tmust = 15C text = 12C- timpul de fermentare, [s]= 14 zileCoeficientul total de transfer termic de cldur se calculeaz cu formula: unde:1 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la must la pereii vasului, [W/m2K]2 - coeficient parial de transfer termic prin convecie liber de la pereii vasului la mediul nconjurtor, [W/m2K]p- grosimea peretelui, [m] ;p- conductivitatea termic a materialului din care este construit cisterna, [W/mK]

unde:de - diametru echivalent, m; de = D = 3m

unde:Gr- criteriul Grashoff;g - acceleraia gravitaional, [m/s2]; - vscozitatea cinematic a vinului, [m2/s];- coeficient de dilatare volumic, = 2,06610-4 K-1t - diferena de temperatur dintre must i temperatura suprafeei peretelui, [C]; Caracteristicile termofizice ale vinului la temperatura de 15C sunt:t=15C=1028 kg/m3; c=3726,2 J/kgK; =0,40 W/mK; =2,75610-3Pas [Viorica Maria Macovei Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar]

unde:c - cldura specific a vinului la 15C, J/kgK;- vscozitatea dinamic a vinului la 15C, Pas; - conductivitatea termic a vinului la 15C, W/mK;GrPr=195468272583,12Pentru GrPr > 109 => regim turbulent: c=0,135 n=0,33

La calculul pierderilor de cldur la aparatele care se gsesc n spaii nchise la temperaturi ale suprafeei de pn la 15C, se utilizeaz formula:

t=15-12=3C

n concluzie se impune s se fac rcirea cisternei de fermentare utiliznd un sistem de rcire, constituit dintr-o seprentin interioar prin care circul ap rece.

unde:Wa - debitul apei de rcire a apei, kg/s; ca - cldura specific a apei, kJ/ kgK;ta - diferena de temperatur ntre temperatura apei la ieire i temperatura apei la intare n cistern, C;r -timpul aferent rcirii, s;

Bilanul termic la fermentaia mustului de tu II destinat obinerii de vin de consum current se stabilete pentru un singur utilaj, unitatea de msur fiind arja i urmrete determinarea temperaturii finale de fermentare.

unde:Qmi -cldura mustului, [kJ/arj]Qr - cldura degajat din reacie, [kJ/arj]Qmf - cldura ieit din must dup fermentare, [kJ/arj]Qpp -cldura pierdut prin pereii vasului, [kJ/arj]QpCO2 - cldura pierdut prin degajare de CO2, [kJ/arj]Fermentarea are loc n cisterne metalice cu volum total de 20000 1. La fermentare se las un gol de fermentare =0,90. Vt=20000 1Vu=Vt= 0,9020000=18 000 1Cisternele metalice nu sunt standardizate.Impunem H/D=l,5.Volumul cisternei apreciat aproximativ cu un cilindru) este:



unde:Mm - arja de must care intr n cisterna de fermentare, [kg]; cm - capacitatea caloric masic a mustului, [J/kgK] tm - temperatura de intrare a mustului, Ctm=15C text = 12Cmust =1107 kg/m3 pentru mustul de tu II la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 127).

cmust =3460 [J/kgK] pentru mustul de tu II la 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 128).


Qrf - cantitatea de cldur degajat la fermentare [kJ/arj]Qrr- cantitatea de cldur degajat la respiraie [kJ/arj]Reacia biochimic la fermentare este urmtoarea

Are loc eliberarea a 23,54,186=98,37 kJ/kg

Reacia biochimic la respiraie este urmtoarea:

Are loc eliberarea a 6744,186= 2821,364 kJ/kgConinutul n zahr al mustului este 200g/l. Masa de must dintr-o arj este de 19926 kg, iar cantitatea de zahr dintr-o arj va fi de 3600 kg.Zt=3600 [kg zahr/arj] 4% din zahrul mustului va fi consumat pentru produi secundari i biomas








C. Cantitatea de cldur pierdut prin degajare de CO2


unde:MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ arj] MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraia drojdiilor, [kg/arj]Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacie, pentru cantitatea de zahr necesar fermentaiei:

Fermentare:180 kg C6H12O6244 kg CO23420 C6Hl206xx= MCO2f =1672 [kg CO2] din aceast cantitate 30% este reinut n must, deci:

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraia drojdiilor, pentru cantitatea de zahr necesar la respiraia drojdiilor:Respiraie:180 kg C6Hl2O6644kg CO236 kg C6H12O6yy= MCO2r= 52,8 [kg CO2]



D. Cantitatea de cldur degajat prin pereii cisternei metalice



unde:Gr- criteriul Grashoff;g - acceleraia gravitaional, [m/s2]; - vscozitatea cinematic a vinului, [m2/s];- coeficient de dilatare volumic, = 2,06610-4 K-1t - diferena de temperatur dintre must i temperatura suprafeei peretelui, [C]; Caracteristicile termofizice ale vinului la temperatura de 15C sunt:t=15C=1107 kg/m3; c=3481 J/kgK; =0,47 W/mK; =1,9610-3 Pas [Viorica Maria Macovei -Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologii i industrie alimentar]



t=18-15=3C



Bilanul termic la fermentaie mustului de tu III destinat obinerii de vin pentru industrie se stabilete pentru un singur utilaj, unitatea de msur fiind arja i urmrete determinarea temperaturii finale de fermentare.

unde:Qmi -cldura mustului, [kJ/arj]Qr - cldura degajat din reacie, [kJ/arj]Qmf - cldura ieit din must dup fermentare, [kJ/arj]Qpp - cldura pierdut prin pereii vasului, [kJ/arj]QpCO2 - cldura pierdut prin degajare de CO2, [kJ/arj]Fermentarea are loc n cisterne metalice cu volum total de 15 000 1. La fermentare se las un gol de fermentare =0,95. Vt=15 000 1Vu=Vt= 0,9515000=14250 1Cisternele metalice nu sunt standardizate.Impunem H/D=l,5.Volumul cisternei apreciat aproximativ cu un cilindru) este:



unde:Mm - arja de must care intr n cisterna de fermentare, [kg]; cm - capacitatea caloric masic a mustului, [J/kgK] tm - temperatura de intrare a mustului, Ctm=18C text = 15Cmust =1085 kg/m3 pentru mustul de tu III 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 127).

cmust =3460 [J/kgK] pentru mustul de tu III 15C ( V.Macovei , Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie i industria alimentar" pag. 128).


Qrf - cantitatea de cldur degajat la fermentare [kJ/arj]Qrr- cantitatea de cldur degajat la respiraie [kJ/arj]Reacia biochimic la fermentare este urmtoarea:

Are loc eliberarea a 23,54,186=98,37 kJ/kg

Reacia biochimic la respiraie este urmtoarea:

Are loc eliberarea a 6744,186= 2821,364 kJ/kgConinutul n zahr al mustului este 200g/l. Masa de must dintr-o arj este de 19926 kg, iar cantitatea de zahr dintr-o arj va fi de 3600 kg.Zt=3600 [kg zahr/arj] 4% din zahrul mustului va fi consumat pentru produi secundari i biomas








C.Cantitatea de cldur pierdut prin degajare de CO2


unde:MCO2f - cantitatea de CO2uscat degajat la fermentare, [kg/ arj] MCO2r - cantitatea de CO2 degajat la respiraia drojdiilor, [kg/arj]Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la fermentare din reacie, pentru cantitatea de zahr necesar fermentaiei:Fermentare:180 kg C6H12O6244 kg CO22030,63 C6Hl206xx= MCO2f =992,75 [kg CO2] din aceast cantitate 30% este reinut n must, deci:

Se va calcula cantitatea de CO2 uscat degajat la respiraia drojdiilor, pentru cantitatea de zahr necesar la respiraia drojdiilor:Respiraie:180 kg C6Hl2O6644kg CO221,38 kg C6H12O6yy= MCO2r= 31,35 [kg CO2]



C. Cantitatea de cldur degajat prin pereii cisternei metalice



unde:Gr- criteriul Grashoff;g - acceleraia gravitaional, [m/s2]; - vscozitatea cinematic a vinului, [m2/s];- coeficient de dilatare volumic, = 2,06610-4 K-1t - diferena de temperatur dintre must i temperatura suprafeei peretelui, [C]; Caracteristicile termofizice ale vinului la temperatura de 18C sunt:t=15C=1085 kg/m3; c=3460 J/kgK; =0,4 W/mK; =2,610-3 Pas [Viorica Maria Macovei -Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologii i industrie alimentar]



t=18-15=3C



Documents

Bilanţ Termic La Fermentare