Область наук:

  • хімічні технології

  • Рік видавництва: 2007


    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Харчова технологія


    Наукова стаття на тему 'Математична модель кінетики процесу бродіння сусла'

    Текст наукової роботи на тему «Математична модель кінетики процесу бродіння сусла»

    ?Сортовані, проінспектовані і вимиті плоди подрібнюють до розміру 3-6 мм. Подрібнені або цілі плоди для розм'якшення м'якоті нагрівають в шнекових подогревателях або дігестерах до 90-95 ° С.

    Витяг соку проводиться на непреривнодействующіх центрифугах НВШ-350, ФГШ-401К або екстракторах типу 2П8-1М. Отриманий на центрифузі сік пропускають через фінішер.

    Підготовлені компоненти - плодовий сік і айвовий пектиновий екстракт дозують, змішують відповідно до рецептури. Напій нагрівають, гомогенизируют, піддають деаерації і підігріву.

    Фасують на розливних машинах ТБА-19 і ТБА-21, формуючих пакет ємністю 0,2 л.

    Згідно з технологічними схемами, виробництво нових пектиновмісних функціональних напоїв можна здійснювати на механізованих і автоматизованих лініях сокового виробництва, що включають наступне технологічне обладнання: інспекційний транспортер ТСВ сушилку марки Фермерська, двутельние котли МЗС-244, фільтр-преси СФ-42Ж, просеиватель Піонер, деаератор ДТУ , вакуум-апарат ВНІІКОП, наповніть-

    Чи В4-КНП-1 і АНС, паровий стерилізатор ВК-75, пастеризатор ЕК-18, автоклави АВ-2, центрифугу НВШ-350.

    Таким чином, розроблені технологічні схеми дозволять переробним підприємствам раціонально використовувати обладнання і випускати високоякісну екологічно чисту продукцію.

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Донченко Л.В. Функціональні продукти харчування -Проблеми і перспективи пектинового виробництва // Міжнар. конф. «Функціональні продукти харчування (Кубань - 2001)»: Тез. доп. - Краснодар, КубГАУ, 2001. - С. 13-18.

    2. Донченко Л.В. Технологія пектину і пектінопродук-тов. - М .: Делі, 2000. - 255 с.

    3. Родіонова Л.Я. Застосування рідких пектінопродук-тов у виробництві консервованих виробів і напоїв // зберігаються ня і переробка с.-г. сировини. - 1994. - № 3. - С. 25-26.

    Кафедра технології зберігання і переробки рослинницької продукції

    Кафедра сервісу транспортного та технологічного обладнання

    Надійшла 05.10.07 р.

    663.45

    МА ТЕМА ТІЧЕСКАЯМОДЕЛЬ КІНЕТИКИ ПРОЦЕСУ бродіння СУСЛА

    Е.Н. КОНСТАНТИНОВ, Т.Г. КОРОТКОВА, Р.С. ШАЗЗО

    Кубанський державний технологічний університет

    Проектування спиртових виробництв, оптимізація технологічного режиму бродіння, прогноз параметрів процесу при переході на нову сировину або расу дріжджів з використанням мінімуму експериментальних даних вимагає розробки математичної моделі кінетики процесу бродіння.

    Бродіння розглядають зазвичай як ферментативну реакцію [1], яка протікає у всьому обсязі бродячого сусла. Однак в реальних умовах ферментативні процеси протікають в дріжджах, а поряд з ферментативної реакцією відбувається масообмін між поровой (міститься в дріжджах) і зовнішньої рідкими фазами і між зовнішньою рідкою фазою і парогазоповітряні сумішшю, що знаходиться над нею. Вплив всіх цих факторів є адитивним.

    Зазначені особливості враховані нами при математичному описі кінетики бродіння. Припустимо, що ферментативна реакція протікає тільки в дріжджах за наступною схемою:

    *1 К

    Р + С12Н22011 • Н20 • АР ® 4С2Н5ОН + 4С02 + Р,

    К3

    де С12Н22О11 - сахароза; Р - фермент; Н2О - вода; АР - промежу -Точний компонент; С2Н5ОН - етиловий спирт; СО2 - вуглекислий газ; К1, К2 - константи швидкостей прямих реакцій; К3 - константа швидкості зворотної реакції.

    Введемо позначення: А - С12Н22О11; В - С2Н5ОН; Г - СО2. Тоді реакцію можна представити у вигляді

    До к2

    Р + А • Н2О • АР ® 4В + 4Г + Р.

    До

    Фермент не переноситься з поровой рідини твердої фази в фазу зовнішньої рідини, т. Е. Не бере участі в процесі масообміну і не втрачається при випаровуванні. При застосуванні закону діючих мас для опису швидкості ферментативної реакції використані концентрації в поровой рідини. Хімічною реакцією в зовнішньої рідкій фазі знехтували.

    Масопередача відбувається між поровой і на -ружной рідиною. При цьому спирт переходить з пір в зовнішню рідину, а цукор - з зовнішньої рідини в порових. З огляду на, що концентрації стерпних компонентів невеликі, можна використовувати рівняння масопередачі в бінарних сумішах.

    В результаті ідентифікації отримані наступні значення параметрів поровой адсорбційної моделі [2]:

    Діа1 = 5080,13; Аіа2 = 2577,17;

    Ша = 0,0570, Na = 0,0249.

    "ЧИ $ Ц" 1 чИ $ Ч2 "1

    Втрати спирту від випаровування відбуваються через витік газів через нещільності і за рахунок дихання бродилом-

    • | А | - експериментальні дані

    них чанів, що виникає через зміни температури і тиску. Нами прийнято, що витрата парогазової суміші Оісп, що покидає бродильний чан, залишається незмінним протягом часу бродіння. Кількість втрат спирту в момент т за одиницю часу становить

    йт

    = О У = про °

    и- * у е

    273

    (273 * 7) 22,4

    (1)

    Йса

    йт

    = (-КСрСа * К3Сар) * Ка5 (СА-Са) / К, (2)

    йСР

    йт

    = (К 1СРСА * (К2 * К3) САР);

    йс

    йСР

    З

    йт

    йт йт

    = 4К 2 З АР * До В 5 (С В - Св) / Кп

    (3)

    (4)

    (5)

    Потоки цукру КА (СА-з а) та спирту КВ (С В-Св)

    при массопередачи спрямовані від зовнішньої рідини до поровой.

    Дані по міжфазній рівновазі в системі дріжджі-сусло відсутні, тому величину рівноважної концентрації СВ визначали на основі узагальнення власних експериментальних даних по рівноваги в системі сусло-дріжджі з використанням поровой адсорбційної моделі [2], заснованої на методах групового і локального складу. При ідентифікації експериментальних даних по поровой адсорбційної моделі знехтували реальним присутністю незброджених цукрів і вважали, що суміш є бінарної: спирт-вода, причому концентрація спирту в ній дорівнює певній хроматографически фортеці зовнішньої і поровой рідини. При ідентифікації використовували формули поровой моделі для бінарної суміші. Для зовнішньої рідини використовували рівняння ІМрІАС.

    У зовнішній рідини склад змінюється за рахунок відводу речовини массопередачи в порових рідина і парогазову фазу.

    де 0 ° б - витрата парогазової суміші, м3 / год; Кн - обсяг зовнішньої жид -

    3 йс в; "

    кістки, м; Вн ^ - зміна концентрації спирту в зовнішньої жид -

    йт

    кістки за одиницю часу; УВ - молярна частка спирту в газовоздуш -ної суміші; Т- температура бродіння, ° С.

    Величина ЗАБ була одним з параметрів ідентифікації моделі кінетики процесу бродіння, який підбирався таким чином, щоб забезпечити мінімум суми квадратів відхилень розрахункових та експериментальних значень концентрацій в кінці бродіння, т. Е. Після закінчення 72 годин.

    Склад парової фази (УВ) розраховували за рівнянням ІШрІАС для ізобарно-ізотермічного процесу.

    У поровой рідини склад змінюється за рахунок ферментативної реакції і за рахунок підведення речовини мас-сопередачей з зовнішньої рідини. Тому отримаємо наступні рівняння процесу бродіння для поровой рідини:

    йт

    йс еН

    йт

    -Ка5 (СА -Са) / ГП; -Кв5 (СВ -СВ) / Кп -

    -Оо

    273

    (6)

    (7)

    (273 * Т) 22,4Кн

    |Ув.

    де Сд, Ср, Св, Сар - концентрації сахарози, ферменту, спирту, проміжного компонента в поровой рідини, кмоль / м3, відповідно; т - тривалість бродіння, ч; Ка, Кв - коефіцієнти масопередачі цукру і спирту з поровой рідини в зовнішню, м / с; КП - обсяг поровой рідини, м3; 5 - поверхня масо -2

    передачі, м; індекс * означає рівноважний стан; індекси «п» і «н» - порового і зовнішню рідини.

    де СДЛ, СВН - концентрації сахарози і спирту в зовнішньої рідко -сті, кмоль / м3.

    Система диференціальних рівнянь (2) - (7) спільно з рівняннями рівноваги [2] є математичним описом кінетики процесу бродіння. Ця система вирішена методом Ейлера. При розробці математичної моделі бродіння була проведена її ідентифікація та визначені чисельні значення параметрів моделі на основі власних експериментальних даних (малюнок). В результаті ідентифікації визначено: початкова концентрація ферменту СР = 0,76 кмоль / м3, константи швидкостей прямих реакцій К1 = 0,9, К2 = 0,8. Розроблена математична модель використана при проектуванні установки по отриманню харчового спирту з використанням в якості вихідного матеріалу ендосперму зерна.

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Соболєв Е.М. Технологічні аспекти виробництва напоїв з винограду машинного збору: Дис. ... д-ра техн. наук. -М., 1991. - 374 с.

    2. Константинов Е.Н., Короткова Т. Г. Квазіхіміче-ський метод опису адсорбційної рівноваги для розшаровується -них рідких сумішей (основні співвідношення) // Теорет. основи хім. технології. - 1994. - 28. - № 3. - С. 243-250.

    Кафедра процесів і апаратів харчових виробництв

    Надійшла 19.10.07 р.

    В


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити