BILANŢ TERMIC Bil B il an ț te rm ic la f er m en ta ț ie
• • •
Capacitatea de produc producție este de 1000 L/an L/an Cantitatea Cantitatea de strugu struguri ri recepționați este de 1600 1600 kg/an kg/an Cantitatea de anghianare anghianare recepționată este de 370 kg/an
Până la “asamblare”inclusiv, “asamblare”inclusiv, se lucrează lucrează cu întreaga cantitate de materie primă, primă, urmând ca apoi aceasta să se împartă împartă în 3 părț i egale. -> 13 continuă procesul! procesul! "3 sunt stocate. #șadar în procesul de e$tracț ie ș i cel de %ermentaț ie se intră cu o cantitate de &'3.(' )*3+'."g must 1"3./ g ang0inare.
Bilanţul termic la fermentaţie se stabilete pentru un singur utila!" unitatea de măsură fiind șar!a i urmărete determinarea determinarea temperaturii temperaturii finale de fermentare# Qmi+ Qr=Q mf + Q p + Q p CO
2
unde$ 2mi %căldura mustului" &k'/ar!ă(
% căldura dega!ată din reacţie" &k'/ar!ă( 2r % % căldura ieită din must după fermentare" &k'/ar!ă( 2m% % 2 pp %căldura pierdută prin pereţii )asului" &k'/ar!ă(
pierdută prin prin dega!are de de C*+" &k'/ar!ă( 2p4" - căldura pierdută ,ermentarea are loc -n cisterne metalice cu )olum total de 600 L# La fermentare se lasă un gol de fermentare ϕ.0"# t. 600 L u. ϕ2t . 0"2600 . 10 L
mpunem 4/5 . l"#
1
olumul cisternei apreciată aproimati) cu un cilindru8 este$ V =
π∙ D 4
2
∙ H =
π∙D 4
2
∙ 1,5 ∙ D=
π∙D 4
3
∙ 1,5
3
V =600 L= 0.6 m D=
√
D=
√
4 ∙V 1,5 ∙ π 4 ∙ 0.6
=0.71 m≈ 0.7 m
1,5 ∙ π
H =1,5 ∙ 0.7=1,05 m ≈ 1 m 9ria totală a cisternei este$ 2
A = 2 ∙ π ∙ R ∙ H + 2 ∙ π ∙ R = π ∙ D ∙ H + 2∙π ∙
( )
A = π ∙ 0.7 ∙ 1 +
0.7 2
= 3.04 m
D
2
4
=π ∙ D ∙ H +
π∙ D 2
2
=π ∙ D ∙
(
D H + 2
)
2
Căldura intrată cu mustul inițial Qm= M m ∙ c m ∙ t m unde$ Mm - ar!a
de must care intră -n cisterna de fermentare" [kg];
cm - capacitatea t m %
calorică masică a mustului" [J/kg∙K]
temperatura de intrare a mustului" :C
t m.1:C t ext =
12°C
ρmust .10+ kg/m3 pentru mustul asamblat la 1:C ;
M m= ρm ∙ V u=1082 ∙
510 1000
M m =551.82 kg
⇒
cmust .37<" [J/kg∙K] pentru mustul asamblat la 1:C ; 2
=m . 1#+ 2 37<" 2 1 . 31>16#><+ 5
Cantitatea de căldură degajată prin reacții biochimice Q r= Qrf + Qrr 2r% % cantitatea de căldură dega!ată la fermentare &k'/ar!ă( 2rr % cantitatea de căldură dega!ată la respiraţie &k'/ar!ă(
?eacția biochimică la fermentare este următoarea$ C 6 H 12 O6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO2 + 23,5 kcal 9re loc eliberarea a +3" 2 >"16 . <"37 k'/kg ?eacţia biochimică la respiraţie este următoarea$ C 6 H 12 O6 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 674 kcal 9re loc eliberarea a 67> 2 >"16. ++1"36> k'/kg Conţinutul -n @ahăr al mustului este +30 g/L# Aasa de must dintr%o șar!ă este de ><3 kg" iar cantitatea de @ahăr dintr%o șar!ă )a fi de 113#3<0 kg# t . 113#3<0 &kg @ahăr/ar!ă( > din @ahărul mustului )a fi consumat pentru produi secundari i biomasă
•
Z ps = •
Z f = •
Z r =
•
4 100
∙ 113.390 =4.53 [ kg / șarj ]
< din @ahărul mustului )a fi transformat -n alcool 95 100
∙ 113.390= 107.72 [ kg / șarj ]
1 din @ahărul mustului )a fi folosit la respira ția dro!diilor 1 100
∙ 113.390 =1.13 [ kg / șarj ]
De )a calcula cantitatea de căldură dega!ată la fermentaţie$ 3
C 6 H 12 O6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO2 + 23,5 kcal
10g @ahăr######+2>>g C* +############################# +3"kcal +3"2>"16 . <"37 k'/kg8 1000g @ahăr#####################################################E . >" g C*+ E . >6"0 k'/kg Qrf = ! ∙ Z f =546,50 ∙ 107.72 =58868.98 [ k" / șarj ]
De )a calcula cantitatea de căldură dega!ată la respiraţie$ C 6 H 12 O6 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 674 kcal
10g @ahăr######62>>g C* +############################# 67> kcal 67>2>"16 .++1"36 k'/kg8 1000g @ahăr###########a##########################################b a .1>66"67g C*+ b . 167>"++ k'/kg Qrr = a∙ Z r =15674,22 ∙ 1.13 =17711.87 [ k" / șarj ]
Cantitatea de căldură dega!ată din reacţie$ Q r= Qrf + Qrr =58868.98 + 7711.87 =76580.85 k" / șarj
Cantitatea de căldură pierdută prin degaj are de CO 2. Q p CO = M CO 2
2
um#$
∙ cCO ∙ t CO 2
2
unde$ MCO2umed % cCO2%
cantitatea de C*+ umed dega!ată & kg/ar!ă(
capacitatea calorică masică a C*+ &!/kg2F(
t CO2%
temperatura dioidului de carbon"
tC*+.
1 :C
4
M CO um#$ = M CO 2
2
uscat +
%ap+ % alc&&l
M CO uscat = M CO f + M CO r 2
2
2
unde$ MCO2f
% cantitatea de C*+uscat dega!at la fermentare" &kg/ ar!ă(
MCO2r %
cantitatea de C*+ dega!at la respiraţia dro!diilor" &kg/șar!ă(
De )a calcula cantitatea de C*+ uscat dega!at la fermentare din reacţie" pentru cantitatea de @ahăr necesară fermentaţiei$ Fermentare:
10 kg C641+*6######################+2>> kg C*+ 107#7+ C64l+06###################### $. AC*+f 6 +#66 &kg C*+(
din această cantitate 30 este reţinută -n must" deci$ M CO f = 2
70 100
∙ 52.66 =36.862
kg C*+
De )a calcula cantitatea de C*+ uscat dega!at la respiraţia dro!diilor" pentru cantitatea de @ahăr necesară la respiraţia dro!diilor$ Respirație:
10 kg C6 H l+06###########62>>kg C*+ 1#13 kg
C 6 4 1 + 0 6 #################E
76 8 4"r 6 1#6 &kg C*+(
M CO uscat = M CO f + M CO r =36.862 + 1.65=38.512 [ kg / șarj ] 2
2
2
De calculea@ă pierderile de alcool i apă pentru o ar!ă$ %alc=30 ∙ M CO uscat ∙ ' s 2
%ap =70 ∙ M CO
2
∙ 's
uscat
unde$ $ s %conţinutul de ume@eală al C* + $ s .0"0167 &kg/ar!ă(
5
%alc=30 ∙ 38.512 ∙ 0.0167 =0.19 [ kg / șarj ] %ap =70 ∙ 38.512 ∙ 0.0167 = 0.45 [ kg / șarj ]
M CO um#$ = M CO 2
2
uscat +
%ap+ % alc&&l
M CO um#$ =38.512 + 0.19 + 0.45=39.152 [ kg / șarj ] 2
Q p CO = M CO 2
2
um#$
∙ cCO ∙ t CO 2
2
Q p CO =39.152 ∙ 0.9 ∙ 15 =528.552 [ k" / șarj ] 2
Cantitatea de căldură degajată prin pereții cisternei metalice Q p= k ∙ A ∙ ( t m #$ ∙ ) ∙ 10 [ k" / șarj ] 3
unde$ % coeficient total de transfer termic" &G/m+2F( #% aria totală a cisternei metalice" &m+( 9 . 3#0> m + ∆t med %diferenţa -ntre
temperatura mustului i temperatura mediului eterior" &:C(
t must 6 19 t e$t 6 1:9 τ% timpul de fermentare" ;s< τ. 1> @ile
Coeficientul total de transfer termic de căldură se calculea@ă cu formula$ k =
1 1
+
+ p
* 1 , p
[ - / m ∙ . ] 2
+
1
* 2
unde$ =1 % coeficient parţial de transfer termic prin con)ecție liberă de la must la pereţii )asului"
&G/m+2F( =" % coeficient parţial de transfer termic prin con)ecţie liberă de la pereţii )asului la mediul
-ncon!urător" &G/m +2F( 6
p% grosimea peretelui" ;m< ! ? p% conducti)itatea termică a materialului din care este construită cisterna" &G/m2F(
/u=
* 1 ∙ $ # ,
unde$ d e % diametru echi)alent" mH d e 6 @ 6 (./ m
3
3
g∙$ g∙$ 0r = 2 ∙ 2 ∙ 3 t = ∙ 2 ∙ 3 t 2 1 4 ρ
()
unde$ Ar % criteriul IrashoffH
g % acceleraţia gra)itaţională" ;ms"
)Jsco@itatea cinematică a )inului" ;m" s
B % coeficient de dilatare )olumică"
K 6 ",(++C1(-& D -1 ∆t %
diferenţa de temperatură dintre must i temperatura suprafeţei peretelui" ;9
Caracteristicile termofi@ice ale )inului la temperatura de 1:C sunt$ t.1:C ⇒ρ.1107 kg/m 3H c.3>1 '/kg2FH .0">7 G/m2FH η.1"<6210 %3 Ma2s ; 3
0r =
9,81 ∙ 0.7
(
−4
)
−3 2
1,96 ∙ 10 1107
∙ 2,066 ∙ 10 ∙ 1=221756595
−3
c ∙ 4 3481 ∙ 1,96 ∙ 10 = =14,51 %r = 0,47 , unde$ 7
c % căldura specifică a )inului la 1:C" '/kg2FH η% )Jsco@itatea dinamică a )inului la 1:C" Ma2sH
- conducti)itatea termică a )inului la 1:C" G/m2FH ArCPr6 3"1/+1/
Mentru ArCMr N 10< .N regim turbulent : c.0"13 n.0"33 /u=c ∙ ( 0r∙%r )
5
/u=0,135 ( 3217688187 )
0,33
=185.27
/u ∙ , 185.27 ∙ 0,47 2 * 1= = =124.40 [ - / m ∙ . ] $# 0.7 La calculul pierderilor de căldură la aparatele care se găsesc -n spaţii -nchise la temperaturi ale suprafeţei de pJnă la 1:C" se utili@ea@ă formula$ * 2=9,74 + 0,07 ∙ ( t ∆t.1%1.3:C
* 2=9,74 + 0,07 ∙ 3 =9,95 [ - / m ∙ . ] 2
k =
1 1
+
+ p
* 1 , p
1
= +
1
1
* 2
124.40
+
0.01 17.5
+
1
=8.49
[ - /m
2
∙ . ]
9,95
Q p= k ∙ A ∙ ( t m #$ ∙ ) ∙ 10 [ k" / șarj ] 3
Q p=8.49 ∙ 3.04 ∙ 3 ∙ 14 ∙ 24 ∙ 3600 =93657876.48 [ k" / șarj ]
Q m i + Qr= Qmf + Q p + Q p CO
2
Q mf = M mf ∙ c mf ∙t mf
t mf =
t mf =
Qmi+ Qr −Q p −Q p CO
2
M mf ∙ c mf 31416.492 + 76580.85 −93657876.48 −528.552 493.09 ∙ 3.481
8
9
