125573 (598625), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

3.1. Технологические расчеты на стадии затирания

Смесь зернопродуктов с водой называется затором, масса зернопродуктов, загружаемая в заторный аппарат, — засыпью, количество воды, расходуемое на приготовление затора — наливом. Отношение массы засыпи к общему количеству воды, используемой на затирание, называют гидромодулем. Практически гидромодуль составляет от 1:3,5 до 1:4.

Затирание производится настойным или отварочным способом. Иногда используют специальные способы затирания. Их применяют с целью увеличения выхода экстрактивных веществ, понижения конечной степени сбраживания или улучшения качества пива.

3.1.1. Основные расчетные формулы и справочные материалы

Рецептуры засыпей некоторых сортов пива приведены в приложении 6. Объем воды (в л на 100 кг зернопродуктов), необходимой для приготовления затора, можно определить по формуле

, (25)

где Е — экстрактивность лабораторного сусла, %; В — желаемая концентрация первого сусла, %.

Начальную температуру затора, устанавливающуюся после смешивания солода и воды, вычисляют по уравнению теплового баланса

, (26)

где Q_с, Q_в и Q_з — соответственно теплота солода (зернопродуктов), воды и затора, кДж.

Уравнение (26) можно переписать в виде

и выразить из него температуру затора:

, (27)

где М_с, М_в и М_з — соответственно масса солода (зернопродуктов), воды и затора, кг; t_с, t_в и t_з — соответственно температура солода, воды и затора, °С; с_с, с_в, с_з — соответственно удельная теплоемкость солода, воды и затора, кДж/(кг∙К).

Удельную теплоемкость солода, несоложеных зернопродуктов и затора можно вычислить по уравнению (20).

Расход пара известных параметров (температуры, давления) на приготовление затора можно также определить, пользуясь уравнениями теплового баланса. Например, количество тепла, требуемое для нагрева заторной массы до некоторой температуры, можно определить по формуле

, (28)

где t₁ и t₂ — соответственно начальная и конечная температуры затора, °С.

Если греющий пар только конденсируется, то количество тепла, которое он отдает заторной массе, равно

, (29)

где G — расход пара, кг; r — удельная теплота парообразования, кДж/кг.

В том случае, если конденсат охлаждается, количество тепла, передаваемое заторной массе, будет

, (30)

где с_к — удельная теплоемкость конденсата при средней температуре между температурой насыщенного пара и конечной температурой конденсата, кДж/(кг∙К); t_п — температура насыщенного пара, °С; t_кк — конечная температура конденсата, °С.

В случае приготовления затора отварочным способом объем отварки (V_отв) определяется по формуле

, (31)

где t₁ — температура фазы затирания, на которую планируется перевести затор после возврата отварки, °С; t₀ — температура основной части затора, °С; V_з — объем затора, дал (гл).

3.1.2. Примеры

Пример 1. Рассчитать объем воды, необходимый для приготовления затора для Рижского пива, если единовременная засыпь составляет 3000 кг, экстрактив­ность лабораторного сусла 72%, а желаемая плотность первого сусла 15%. Какую начальную температуру будет иметь затор, если солод на затирание поступает с температурой 12°С и смешивается с водой, имеющей температуру 56°С?

Решение. По приложению 6 находим, что засыпь для Рижского пива состоит из 100% светлого ячменного солода. По формуле (25) определяем объем воды в л на каждые 100 кг солода

.

Далее с помощью пропорции рассчитываем полный объем налива (V_н)

л.

Удельную теплоемкость солода, имеющего влажность 5% (см. приложение 1), определяем по формуле (20)

кДж/(кг∙К).

Для определения теплоемкости затора уравнение (20) запишем в виде

, (32)

где с_с и с_в — соответственно удельные теплоемкости солода и воды, кДж/(кг∙К); М_с, М_в и М_з — соответственно масса солода, воды и затора, кг.

В данном конкретном случае для расчета удельной теплоемкости затора удобнее оперировать массами, а не массовыми долями. Подставив необходимые величины в формулу (32), получим

кДж/(кг∙К).

Отсюда начальная температура затора

°С.

Пример 2. Определить расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на затирание 3000 кг зернопродуктов в условиях задачи 1. Затирание производится настойным способом. Начальная температура воды, используемой для затирания, 10°С. Теплоту, отдаваемую паром, рассчитать при условии, что образующийся конденсат охлаждается до 100°С.

Решение. Тепло при проведении затирания расходуется на нагрев воды до температуры 56°С (Q₁) и на прогрев заторной массы от температуры 52°С до 75°С (Q₂). Рассчитаем теплоты по уравнению (28):

кДж.

кДж.

Поскольку образующийся конденсат охлаждается до 100°С, для определе­ния расхода пара воспользуемся уравнением (30). По справочным таблицам (см. приложение 7) определяем, что удельная теплота парообразования для пара избыточным давлением 0,245 МПа составляет 2157,5 кДж/кг, а температура этого пара 137,4°С. Тогда требуется определить удельную теплоемкость конденсата при средней температуре (137,4+100)∙0,5=119°С. Она составляет 4,23 кДж/(кг∙К) (см. приложение 8). Отсюда расход пара на затирание составит

кг.

В пересчете на каждые 100 кг затираемых зернопродуктов это составит

кг.

3.1.3. Задания и задачи

1. Рассчитать состав засыпи для Жигулевского пива, если общая масса засыпи составляет 5500 кг.

2. Рассчитать объем воды, необходимый для приготовления затора в условиях задачи 1, если экстрактивность лабораторного сусла составляет 73,5%, а желаемая концентрация первого сусла 14%?

3. В условиях задач 1 и 2 определить начальную температуру затора, если зернопродукты поступают на затирание с температурой 12°С, а вода — с температурой 47°С. Какие ферменты будут активизироваться при этой температуре в заторе прежде всего?

4. На затирание поступает 1500 кг зернопродуктов, имеющих температуру 13°С. Какова должна быть температура воды, подаваемой в заторный котел, если гидромодуль затора 1:3,5, а начальная температура затора должна составлять 52°С?

5. Определить общий и удельный расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на приготовление затора настойным способом в условиях задачи 4 при условии охлаждения конденсата до 100°С. Начальная температура технологической воды 15°С.

6. Какой объем затора необходимо отобрать на отварку после белковой паузы, если после возврата отварки планируется поднять температуру затора до 72°С? Объем затора 10,5 м³.

7. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на приготовление затора одноотварочным способом. Единовременная засыпь 3000 кг, гидромодуль 1:4. Начальная температура технологической воды 15°С, температура солода 12°С, начальная температура затора 52°С. Отварку отбирают после белковой паузы в количестве 45% от массы затора. Во время кипячения отварки испаряется 2% воды. Расчет провести при условии, что конденсат греющего пара охлаждается до 100°С. КПД заторных аппаратов 0,95.

3.2. Технологические расчеты на стадии кипячения сусла с хмелем

При кипячении сусла с хмелем ценные вещества хмеля переходят в раствор, происходит инактивация ферментов, коагуляция белков, стерилизация сусла и увеличение его концентрации до заданной плотности. Процесс кипячения продолжается 1,5–2,5 ч, за это время массовая концентрация сухих веществ в сусле возрастает на 1,6–2%. Часовое испарение воды составляет 8–12% от общего объема сусла.

3.2.1. Основные расчетные формулы

Количество сухих веществ в сусле до и после кипячения является величиной постоянной. Поэтому количество испарившейся в процессе кипячения воды (W) находят из уравнения материального баланса

, (33)

где М — начальная масса сусла, кг (т); Х_н и Х_к — концентрация сусла в начале и конце кипячения, массовые доли.

Выразим из уравнения (33) массу испаренной воды:

(34)

Для определения расхода пара на кипячение сусла пользуются уравнениями теплового баланса (28–30).

Зерновое сырье, применяемое для изготовления пива, не всегда обладает одинаковым качеством, из–за чего каждая следующая варка несколько отличается от предыдущей. Для выравнивания качества сусла и пива используют прием смешивания сусла одного сорта, но разных варок. Иногда смешивают сусло с различной начальной экстрактивностью для корректировки плотности. Материальный баланс в случае смешивания сусла различной плотности будет иметь вид

, (35)

где V₁ и V₂ — смешиваемые объемы сусла, л; В₁ и В₂ — концентрации смешиваемых сусел, %; В₃ — требуемая концентрация сусла, %.

3.2.2. Пример

Начальный объем сусла в сусловарочном аппарате 9,75 м³. Плотность сусла 1033,9 кг/м³. Начальная концентрация сухих веществ в сусле 9%; конечная — 11%. Рассчитать расход пара избыточным давлением 0,245 МПа на кипячение сусла, при условии, что конденсат греющего пара охлаждается до 100°С. Начальная температура сусла 68°С. КПД сусловарочного аппарата 0,95.

Решение. Определим массу воды, испаряемой в процессе кипячения, по уравнению (34)

кг.

Удельную теплоемкость сусла с концентрацией сухих веществ 9% определим по формуле (20)

кДж/(кг∙К).

Количество тепла, требуемое для нагревания сусла до температуры кипения, находим по формуле (28)

кДж.

Количество тепла, требуемое для испарения воды, найдем по уравнению (29)

кДж.

Расход греющего пара определим по уравнению (30)

кг.

3.2.3. Задания и задачи

1. Определить количество воды, выпариваемой при варке сусла, если начальная концентрация сухих веществ 11%, конечная — 13%, а количество сусла в котле на момент начала кипячения составляло 19,3 м³.

2. Кипячение сусла продолжалось 2 ч. За это время испарилось 5062 кг воды. Какова была начальная концентрация сусла, если готовилось Рижское пиво? Начальная масса сусла 40493 кг.

Характеристики

Список файлов книги