Основы теории процесса теплопередачи

С₆Н₁₂О₆ = С₂Н₅ОН+СО₂+ теплота

При спиртовом брожении 1 дал пива выделяется энергия в количестве 4700кДж,[1] что приводит к повышению температуры сусла. Для поддержания в сусле определенного температурного режима через змеевики, установленные внутри бродильных аппаратов, пропускают охлажденную воду. Таким образом, один из главных процессов, происходящих в бродильном аппарате, это процесс теплопередачи.

Теплопередача – это перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку. Оба вещества, участвующие в теплопередаче, называются теплоносителями (более нагретый – горячим, менее нагретый – холодным).

Связь между количеством передаваемой теплоты и площадью поверхности теплообмена определяется основным уравнением теплопередачи dQ = K F Δt dτ, которое для установившегося процесса имеет вид

Q = K F Δt_cp, (1)

где dQ – количество переданной теплоты;

К – коэффициент теплопередачи между средами;

F – площадь поверхности теплообмена;

Δt_ср – разность температур между средами – движущая сила процесса;

dτ – продолжительность процесса.

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты (кДж) передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку площадью 1 м² в течение 1 ч при разности температур между теплоносителями 1⁰С.

1) Количество теплоты Дж/с, выделяемое в час при брожении можно рассчитать по формуле:

Q = , (2)

где: q _уд – энергия выделяющаяся при сбраживании 1дал пива, Дж;

τ – время главного брожения, с;

V – объем бродильного чана (полезный), дал.

2) Количество теплоты, выделяемое при брожении с учетом потерь в окружающую среду, Дж/с:

Q_р=1.05*Q, (3)

где: 1.05 – коэффициент тепловых потерь.

3) Разность средних температур:

Δt_ср= , где (4)

Δt₁ – большая разность между начальной и конечной температурой хладагента ˚С;

Δt₂– меньшая разность между начальной и конечной температурой хладагента ˚С.

Рисунок 5 – Схема изменения температур пива и хладагента

4) Расчетная площадь теплообмена, м² находится по формуле:

F_рас= , где (5)

К– коэффициент теплоотдачи = 900 Вт/(м²*⁰С).

5) Фактическая площадь теплообмена, м² находится по формуле:

F_фак = 2 D²l, где (6)

D – диаметр трубы охлаждения, находящейся внутри аппарата, м;

l – длина трубы охлаждения, находящейся внутри аппарата, м;

= 3,14.

В заключение расчета сравниваем фактическую площадь теплообмена F_факт, с еe расчетным значением F_расч; указываем диапазон допустимых пределов измерений.

0.9 1.2 (7)