Определение расхода воздуха на проветривание зерна

Проращивают ячмень в ящичных солодовнях типа «передвижная грядка», барабанных солодовнях, непрерывных и статических солодорастильных установках. Обязательным условием солодоращения является подвод к прорастающему зерну необходимого количества кондиционированного воздуха и отвод диоксида углерода, образующегося при дыхании зерна. Кроме того, зерно необходимо периодически ворошить во избежание слеживания и срастания корешков.

Основные расчетные формулы и справочные материалы

Для определения количества кондиционированного воздуха, который необходимо подать в солодовню, составляют тепловой баланс солодовни (см. таблицу 6).

Таблица 6. Тепловой баланс солодовни

В таблице приняты следующие обозначения:

М_зя и М_пс — масса замоченного ячменя и свежепроросшего солода, кг;

t ₁иt ₂ — температура зерна при загрузке и солода при выгрузке, °С;

с_зя и с_пс — удельная теплоемкость зерна и солода, кДж/(кг×К);

q — удельное количество теплоты, выделяемой при проращивании зерна на 1 кг потерь сухих веществ, кДж; при приближенных расчетах q=17982 кДж/кг; для точных расчетов количества выделяемой теплоты используют формулу профессора И.Я. Веселова

,

где a, b, c — количество ячменя, солода и ростков, кг; q_a, q_b, q_c — теплота сго­рания ячменя, солода и ростков; для некоторого определенного сорта ячменя эти величины соответственно составляют 17848, 17940 и 18422 кДж/кг;

М_пд — потери сухих веществ на дыхание при проращивании, кг;

М_а — масса частей аппарата (барабана или ящика), нагреваемых при солодо­ращении, кг;

С_а — удельная теплоемкость материала аппарата, кДж/(кг×К);

I _к и I _о — энтальпия кондиционированного и отработавшего воздуха, кДж/кг;

L — расход воздуха на проветривание солода, кг;

a — коэффициент теплоотдачи от поверхности солода в окружающую среду (или от поверхности барабана для барабанных солодовен), 25,12 Вт/(м²×ч×К).

F — площадь поверхности барабана или открытой поверхности солода в ящиках, м²;

D t — разность температур солода и воздуха в помещении солодовни, °С;

t —продолжительность проращивания солода, ч.

    Итак, уравнение теплового баланса пневматической солодовни будет иметь вид

Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + LI _к = Q ₅ + LI _о + Q ₇ + Q ₈.

    Так как теплота аппарата при разгрузке Q ₇ мало отличается от теплоты его при загрузке Q ₃, исключим эти составляющие и решим уравнение относительно L. В результате получим

.                                                                                     (13)

Пример

Рассчитать примерный расход воздуха на проветривание 16 т ячменя в солодовне с передвижной грядкой при следующих условиях: влажность исходного (очищенного) ячменя 13,5%, влажность замоченного ячменя 45%, влажность свежепроросшего солода 44%, температура замоченного ячменя 12°С, конечная температура свежепроросшего солода 15°С, средняя темпе­ратура солода 16°С, температура воздуха в солодовне 14°С, высота слоя замоченного зерна 0,6 м, продолжительность проращивания солода 8 суток. Параметры кондиционированного и отработанного воздуха приведены в таблице 7.

Таблица 7. Параметры кондиционированного и отработанного воздуха

Решение. Массу сухих веществ сортированного ячменя можно рассчитать по формуле

,                                                                                                 (14)

где М_я — масса сортированного ячменя, кг; W _я — масса воды, содержащейся в ячмене, кг.

    При влажности сортированного ячменя 13,5% масса сухих веществ в нем составит

кг.

    Суммарные потери сухих веществ при замачивании (П_з) складываются из потерь на сплав (1%) и на выщелачивание (0,6%), т.е. составляют 1,6%. Поэтому масса сухих веществ в ячмене после замачивания

 кг.     (15)

    Масса замоченного ячменя

 кг,                          (16)

где W _зя — влажность замоченного ячменя, %.

    Потери сухих веществ на дыхание (П_д) при проращивании составляют 5,7%, поэтому масса потерь на дыхание будет

 кг.                                            (17)

Отсюда масса сухих веществ свежепроросшего солода

 кг,             (18)

а масса свежепроросшего солода при влажности его 44%

 кг.                          (19)

    Для расчета тепла, вносимого в солодовню с замоченным зерном, необходимо определить удельную теплоемкость зерна. Удельную теплоемкость всякого влажного продукта можно определить как средневзвешенную величину удельных теплоемкостей сухих веществ данного продукта и воды по формуле

,                                                                                  (20)

где с^СВ и с_в — удельная теплоемкость сухих веществ и воды соответственно, кДж/(кг∙К); Х — массовая доля сухих веществ во влажном продукте.

    Удельная теплоемкость сухих веществ зерна или солода для ячменя, овса, проса и ржи составляет 1,423 кДж/(кг∙К), для пшеницы 1,51 кДж/(кг∙К). Удельная теплоемкость воды составляет 4,19 кДж/(кг∙К). Подставив все необходимые значения в формулу (20), найдем

 кДж/(кг∙К).

    Тепло, вносимое в солодовню с замоченным зерном

 кДж.

    Аналогично рассчитаем удельную теплоемкость свежепроросшего солода и тепло, выносимое из солодовни со свежепроросшим солодом:

 кДж/(кг∙К);

 кДж.

    Тепло, выделяющееся при проращивании солода, составляет

 кДж.

    Потери тепла в окружающую среду происходят преимущественно с открытой поверхности солода. Площадь открытой поверхности солода можно принять примерно равной площади сит солодовни. Замоченный ячмень будет иметь объем

 м³,

где 660 — объемная масса замоченного ячменя, кг/м³ (см. приложение 1).

    Высота слоя замоченного зерна по условию составляет 0,6 м, следова­тельно, замоченный ячмень будет занимать площадь F=37,5/0,6=62,5 м². Отсюда потери тепла в окружающую среду составят

 кДж.

    Энтальпию кондиционированного и отработанного воздуха можно определить по формуле

,                                                                                     (21)

где с_взд — удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха (1,005 кДж/(кг∙К)); с_п — удельная теплоемкость водяного пара (1,88 кДж/(кг∙К)); t — температура воздуха, °С; x — влагосодержание влажного воздуха, кг/кг (определяется по диаграмме I – x или по приложению 5); r — теплота испарения воды при 0°С (2500 кДж/кг); φ — относительная влажность воздуха, доли единицы.

    Подставив соответствующие значения для кондиционированного и отработанного воздуха, получим:

I _к= 1,005×12 + 1,88×12×0,0089×0,98 + 2500×0,0089×0,98 = 34,06 кДж/кг;

I _о= 1,005×16 + 1,88×16×0,01159×0,84 + 2500×0,01159×0,84 = 40,71 кДж/кг.

    Все вычисленные значения подставляем в выражение (13)

 кг.

    Объемный расход воздуха за весь период солодоращения составит

 м³,

где 1,239 — плотность воздуха при нормальном давлении и температуре 12єС, кг/м³.

    При восьмисуточном проращивании проветривание солода проводится в течение 6,5 суток, т.е. удельный часовой расход воздуха на проветривание составит

 м³/ч.