В сусловарочном аппарате происходит тепловая обработка сырья:
1) Процесс нагрева сусла характеризуется уравнением
Q=Mc*С (tk-tn), (1)
где Q – количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости, Дж
Mc – масса сусла, кг
C - удельная теплоемкость сусла Дж/кг·К,
(tk-tn) – разность конечной и начальной температур.
2) Процесс кипячения сусла характеризуется уравнением
Q=Mв*r, (2)
где Q – количество теплоты, необходимое для кипячения жидкости, Дж
Мв – масса испаренной воды, кг
r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.
Масса нагреваемого сусла определяется по формуле:
Мн=V*ρ, (3)
где Мн – масса нагреваемого сусла, кг
V – объем исходного сусла, м3;
ρ – плотность сусла = 1,03796*103 кг/м3 [1].
Расход теплоты на нагревание сусла в данном случае:
Qн=Мн*сс*(tк-tн), где (4)
Qн – расход теплоты на нагревание сусла, кДж,
Мн – масса нагреваемого сусла, кг
сс – удельная теплоемкость сусла(сс)=3,92 кДж/кгº*К [1];
tк – конечная температура сусла, ºС [1];
tн – начальная температура сусла,ºС [1].
Масса выпариваемой воды:
|
|
Мв = Мн* , (5)
где Мв – масса выпариваемой воды, кг;
Мн – масса нагреваемого сусла, кг;
Eн – начальная концентрация сухих в-в сусла(Eн)=9 % [1];
Ек – конечная концентрация сухих в-в сусла (Ек)=11%[1].
Расход теплоты на кипячение сусла в данном случае:
Qк =Мв*r, (6)
где Мв – масса выпариваемой воды, кг;
r – удельная теплота парообразования(r)= 2248 кДж/кг[2].
Средняя разность температур между теплообменивающими средами:
Δt= (tв-tк), (7)
где: Δt – средняя разность температур между теплообменивающими средами, пар-сусло,ºС;
tв – температура водяного пара,°С[1];
tк – конечная температура сусла, ºС [1].
Расчетная площадь поверхности нагрева сусловарочного аппарата:
F= (8)
где: Qк – расход теплоты на кипячение сусла, кДж;
К – коэффициент теплопередачи при кипячении сусла =1,6 кВт/м2∙К [1];
Δt – средняя разность температур между теплообменивающими средами;
τ – продолжительность кипячения, час [2].
Расчетный расход греющего пара:
Пр = , (9)
где Пр – расчетный расход греющего пара, кг/ч;
Мн – масса нагреваемого сусла, кг;
сс – удельная теплоемкость сусла(сс)=3,92 кДж/кгº*К [1];
Δt – средняя разность температур между теплообменивающими средами;
Мв – масса выпариваемой воды, кг;
tк – конечная температура сусла, ºС [1].
Iг – энтальпия греющего пара (Iг)=2678,6 кДж/кг [1];
Iв – энтальпия вторичного пара(Iв)=2619,5 кДж/кг [1];
Iк – удельная энтальпия конденсата(Iк)= 426,50 кДж/кг[1];
1,05-коэффициент потери теплоты в окружающую среду,кДж[2].
В заключение сравниваем фактический расход греющего пара (Пф), значения которого взяты из паспортных данных, с его расчетным значением (Пр) и указываем диапазон допустимых пределов измерений:
|
|
0,9 ≤ ≤ 1,4 (10)