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第五章 工艺计算,第一节 物料衡算 一、物料衡算的概念和意义 二、物料计算方法和步骤 三、主要技术经济指标内容 第二节 水平衡计算 一、水衡算的意义 二、水平衡计算方法和步骤,（一）物料衡算概念,物料衡算是指：根据质量守恒定律，凡引入某一系统或设备的物料重量Gm，必等于所得到的产物重量Gp和物料损失量Gt之和，即：Gm=GP+Gt,（二）物料衡算意义,(1)确定生产设备的容量、个数和主要尺寸 (2)工艺流程草图的设计 (3)水、蒸汽、热量、冷量等平衡计算 (4)车间布置、运输量、仓库储存量、劳动定员、生产班次、成本核算、管线设计二、物料计算方法和步骤,（一) 物料计算方法 1． 给出物料衡算流程示意图 2． 选定计算基准a. 按每批投料量进行计算；b. 按每吨产品消耗的原料量计算；c. 按时间计算 3. 确定工艺指标及消耗定额以及相关的基础数据； 4．列出各工艺阶段的物料衡算表并绘出物料流程图二) 物料计算步骤,（二) 物料计算步骤,,8. 列出物料平衡表 9. 绘出物料流程图 10. 得出原料消耗综合表和排出物综合表,物料平衡表,物料平衡图,,原料消耗综合表,物料平衡表,排出物料综合表,三、主要技术经济指标内容,1．生产规模(t／a) 2．生产方法 3．生产天数(d／a) 4．产品日产量(t／d) 5．产品年产量(t／a) 6．副产品年产量(t／a) 7．产品质量 8．总回收率(％),三、主要技术经济指标内容,9．原材料单耗 (1)主原料(t/t产品) (2)辅料(t/t产品) (3)水(t/t产品) (4)电(kWh/t产品) (5)蒸汽(t/t产品) (6)冷量(kJ/t产品),10．总投资(万元) (1)设备价值 (2)材料费 (3)运杂费 (4)建筑工程费 (5)工资 (6)其他,三、主要技术经济指标内容,11．劳动生产率 (1)生产人员 (2)商品产值(万元) (3)全员劳动生产率（万元/(人·a)) (4)工人实物劳动生产率(t/(a·人)) 12．单位成本(元/t),13．利润 (1)单位产品利润(元/t) (2)总利润(万元/a) 14、投资回收年限(a) 15、全厂设备总重量(t) 16．全厂主要管件、管材总重(t) 17．钢铁、水泥、木材单耗,物料衡算计算实例,10000t/a淀粉原料酒精厂全厂物料衡算 1、衡算内容： 原料消耗：甘薯干，酶，硫酸铵等试剂 中间产品：蒸煮醪，糖化醪，酵母醪，发酵醪量等 成本、副产品及三废：酒精，废渣，二氧化碳。

衡算方法： 1、工艺流程示意图,,2、工艺技术指标和基础数据（见56页） 3、原料消耗的计算,,4、中间产品计算 5、成品计算,第五章 工艺计算,第一节 物料衡算 一、物料衡算的概念和意义 二、物料计算方法和步骤 三、主要技术经济指标内容 第二节 水平衡计算 一、水衡算的意义 二、水平衡计算方法和步骤,第二节 水平衡计算一.水衡算的意义发酵生产中，水是必不可少的物料因为生产过程涉及的物理方法和生化反应，都必须有水的存在,不管是原料的预处理、加热、杀菌、冷却、培养基的制备、设备和食品生产车间的清洗等都需要大量的水可以说，没有水发酵生产就无法进行在发酵加工中，无论是原料的预处理、蒸煮、糖化等过程，都有原料的最佳配比、物料浓度范围，故加水量必须严格控制所以，对于发酵生产来说，供水衡算，即根据不同生产中对水的不同需求，进行用水量的计算，是十分重要的，并且与物料衡算、热量衡算等工艺计算以及设备的计算和选型、产品成本、技术经济等均有密切关系二.供水衡算的方法和步骤 根据发酵生产工艺、设备或规模不同，生产过程用水量也随之改变，有时差异很大即便是同一规模、工艺也相同的生产，单位成品耗水量往往也大不相同。

所以在工艺流程设计时，必须妥善安排，合理用水，尽量做到一水多用供水衡算的方法有两种：即按“单位产品耗水量定额”来估算和计算的方法1、按“单位产品耗水量定额”来估算用“单位产品耗水量定额”来估算生产车间的用水量，其方法简便，但目前在我国尚缺乏具体和确切的技术经济指标一个发酵工厂往往同时要生产几种产品，而各产品在生产过程中缺乏对耗水量的计量，一般是按当月所耗水之总量分摊到各产品中去各厂的摊派方式不同，其定额指标亦不相同，另外，单位产品的耗水额还因地区不同、原料品种的差异以及设备条件、生产能力大小、管理水平等工厂实际情况的不同而有较大幅度的变化对于规模小的工厂在进行供水衡算时可采用“单位产品耗水量定额”估算法，可分为三个步骤，即按单位吨产品耗水量来估算、按主要设备的用水量来估算和按食品工厂生产规模来拟定给水能力部分乳制品平均每吨成品耗汽量表,注：（1）以上指生产用水，不包括生活用水 （2）北方气候寒冷，应取较大值1) 按单位吨产品耗水量来估算,(２) 按主要设备的用水量来估算有些设备的用水量较大，在安排管路系统时，要考虑到它们在生产车间的分布情况对用水压力要求较高，用水量大而集中的地方，应单独接入主干管路。

３) 按工厂规模来拟定供水能力一个工厂要设置多大的给水能力，主要是根据生产规模，特别是班产量的大小而定用水量与产量有一定的比例关系，但不一定成正比班产量越大，单位产品耗水量相应越低给水能力因而可相应减低部分罐头食品和乳制品的给水能力表,注： （１）以上单位指生产用水，不包括生活用水 （２）南方地区气温高，冷却水量较大，应取较大值２ 计算法对于规模较大的食品工厂，在进行水用量计算；时必须采用计算的方法，保证用水量的准确性方法和步骤如下： （１）要充分了解水用量计算的目的要求，从而采用适当的计算方法例如，要做一个生产过程设计，当然就要对整个过程和其中的每个设备做详细的用水量计算，计算项目要全面、细致，以便为后一步设备计算提供可靠依据 （２）绘出用水量计算流程示意图为了使研究的问题形象化和具体化，使计算的目的正确、明了，通常使用框图显示所研究的系统图形表达的内容应准确、详细 （３）收集设计基础数据需收集的数据资料一般应包括：生产规模，年生产天数，原料、辅料和产品的规格、组成及质量等４）确定工艺指标及消耗定额等设计所需的工艺指标、原材料消耗定额及其他经验数据，根据所用的生产方法、工艺流程和设备，对照同类生产工厂的实际水平来确定，这必须是先进而又可行的。

（５）选定计算基准计算基准是工艺计算的出发点；选择正确，能使计算结果正确，而且可使计算结果大为简化因此，应该根据生产过程特点，选定统一的基准在工业上，常有的基准有： ①以单位时间产品或单位时间原料作为计算基准 ②以单位重量、单位体积或单位摩尔的产品或原料为计算基准如肉制品生产用水量计算，可以以１００kg原料来计算 ③以加入设备的一批物料量为计算基准，如啤酒生产就可以用投入糖化锅、发酵罐的每批次用水量为计算基准６）由已知数据，根据质量守恒定律列出相关数学关联式，并求解此计算既适用于整个生产过程，也适用于某一个工序和设备 （７）校核与整理计算结果，列出水用量计算表在整个水用量计算过程中，对主要计算结果都必须认真校核，以保证计算结果准确无误一但发现差错，必须及时重算更正，否则将耽误设计进度最后，把整理好的计算结果列成供水衡算表用供水衡算实例 以５０００ｔ／年啤酒为计算基准，混合原料量为１４２１kg(单位批次投料量) （１）糖化耗水量计算：１００kg混合原料大约需用水量４００kg 糖化用水量＝１４２１×４００／１００＝５６８４（kg） 糖化用水时间设为０.５ｈ，故： 每小时最大用水量＝５６８４／０.５＝１１３７０（kg／h）,（２）洗槽用水：１００kg原料约用水４５０kg，则需用水量：１４２１×４５０／１００＝６３９４.５（kg）用水时间为１.５ｈ，则每小时：洗槽最大用水量＝６３９４.５／１.５＝４２６３（kg／h）（３）糖化锅洗刷用水：有效体积为２０ｍ３的糖化锅及其设备洗刷用水每糖化一次，用水约６ｔ，用水时间为２ｈ，故：洗刷最大用水量＝６／２＝３（ｔ／ｈ）,（４）沉淀槽冷却用水：式中 热麦汁放出热量Ｑ＝ＧＰ·ＣＰ（ｔ′１－ｔ′２） 热麦汁相对密度Ｃ麦汁＝１.０４３ 热麦汁量ＧＰ＝８５２５×１.０４３＝８８９２（kg／h） 热麦汁比热容ｃＰ＝４.１［kJ／（kg·K）］ 热麦汁温度ｔ′１＝１００℃ ｔ′２＝５５℃ 冷却水温度ｔ１＝１８℃ ｔ２＝４５℃ 冷却水比热容ｃ＝４.１８［kJ／（kg·K）］ Ｑ＝８８９２×４.１（１００－５５）＝１６４０５７４（kJ／h）G=93241,,,（５）沉淀槽洗刷用水：每次洗刷用水３.５ｔ，冲洗时间设为０.５ｈ，则每小时最大用水量＝３.５／０.５＝７（t／h） （６）麦汁冷却器冷却用水：麦汁冷却时间设为１ｈ，麦汁冷却温度为５５℃→６℃分两段冷却，第一段：麦汁温度 ５５℃→２５℃冷水温度 １８℃→３０℃ 冷却水用量：,,,,,麦汁放出热量：,式中 麦汁量ＧＰ＝８８９２kg 麦汁比热容ｃＰ＝４.１［kJ／（kg·K）］ 麦汁温度ｔ′１＝５５℃ ｔ′２＝２５℃ 水的比热容ｃ＝４.１８［kJ／（kg·K）］ 冷却水温度ｔ１＝１８℃ ｔ２＝３０℃ 麦汁冷却时间τ＝１h,（７）麦汁冷却器冲刷用水：设冲刷一次，用水4ｔ，用水时间为０.５h，则：最大用水量为：４／０.５＝８（t／h） （８）酵母洗涤用水（无菌水）： 每天酵母泥最大产量约３００Ｌ，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤４次，每次用水量为酵母的２倍，则连续生产每天用水量：（４＋１）×３００×２＝３０００（Ｌ）设用水时间为１ｈ，故最大用水量为３（t／h） （９）发酵罐洗刷用水：每天冲刷体积为１０ｍ３的发酵罐２个，每个用水２ｔ，冲刷地面共用水２ｔ，每天用水量＝２×２＋２＝６（ｔ）。

用水时间设为１.５ｈ，最大用水量＝６／１.５＝４（t／h）,（１０）贮酒罐冲刷用水：每天冲刷体积为１０ｍ３的贮酒罐一个，用水为２ｔ，管路及地面冲刷用水１ｔ，冲刷时间为１ｈ，最大用水量为２＋１＝３（t／h） （１１）清酒罐冲刷：每天使用体积为２.５ｍ３的清酒罐４个，冲洗一次，共用水４ｔ，冲刷时间为４０min，则最大用水量：４×６０／４０＝６（t／h）（１２）过滤机用水：过滤机２台，每台冲刷一次，用水３ｔ（包括顶酒用水），使用时间为１.５ｈ，则最大用水量＝２×３／１.５＝４（t／h）,（１３）洗棉机用水： ①洗棉机放水量ｍ１： ｍ１＝洗棉机体积－滤饼体积（滤饼２０片）＝５.３－［π／４×（０.５２５）２×０.０５×４０］＝５.３－０.４３３＝４.８６７（m３）≈４.８６７（t） ②洗棉过程中换水量ｍ２： 取换水量为放水量的３倍：ｍ２＝３×ｍ１＝３×４.８６７＝１４.６（ｔ）,③洗棉机洗刷用水ｍ３：每次洗刷用水ｍ３＝１.５（ｔ）④洗棉机每日用水量ｍ：淡季洗棉机开一班，旺季开两班，则用水量：ｍ＝２（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３） ＝２（４.８６７＋１４.６＋１.５）＝４１.９３（ｔ）在洗棉过程中，以换水洗涤时的耗水量最大，设换水时间为２ｈ，则每小时最大用水量为：１４.６／２＝７.３（t／h）,（１４）鲜啤酒桶洗刷用水：旺季每天最大产啤酒量２２.５ｔ（三锅量），其中鲜啤酒占５０％（设桶装占７０％），则桶装啤酒量为：２２.５×５０％×７０％＝７.８７５（ｔ）＝７８７５（Ｌ）鲜啤酒桶体积为２０Ｌ／桶： ’所需桶数＝７８７５／２０＝３９３.８（桶／d） -冲桶水量为桶体积１.５倍：每日用水量＝３９３.８×０.０２×１.５＝１１.８１（t）冲桶器每次同时冲洗２桶，冲洗时间为１.５min，故：每小时用水量＝０.０２×１.５× 2× ６０／１.５＝2.4（t／h）,（１５）洗瓶机用水：按设备规范表，洗瓶机最大生产能力为３０００瓶／h（最高线速），冲洗每个瓶约需水１.５L，则： 用水量=３０００×１.５＝４５００（L／h） 以每班生产７ｈ计，总耗水量４５００×７＝３１５００（L） （１６）装酒机用水：每冲洗一次，用水２.５ｔ，每班冲洗一次，每次０.５ｈ，最大用水量＝２.５／０.５＝５（t／h） （１７）杀菌机用水：杀菌机每个瓶耗水量以１Ｌ计算，则：用水量＝３０００×１＝３０００（L／h） ＝３０００×７＝２１０００（L／班） （１８）其他用水：包括冲洗地面、管道冲刷、洗滤布，每班需用水１０ｔ，设用水时间为２ｈ，则每小时用水晕＝１０／２＝５（t／h）,。