第五章 物料衡算和能量衡算

1、第五章第五章 物料衡算和能量衡算物料衡算和能量衡算 食品工厂工艺设计主要是应用守恒定律来研究生产过程的物料衡算和能量衡算。物料衡算和能量衡算是进行食品工厂工艺设计、过程经济评价、节能分析以及过程优化的基础。因此，其计算在工艺设计中是一项既细致又重要的工作。 第一节第一节 物料衡算物料衡算（一）物料衡算的作用（一）物料衡算的作用（二）物料衡算的依据（二）物料衡算的依据 生产工艺流程示意图 所需要的理化参数和选定的工艺参数，产品的质量指标。（三）物料衡算的结果（三）物料衡算的结果（四）计算步骤（四）计算步骤 搜集计算数据、列出已知条件和选定工艺参数。 按工艺流程顺序用方块图和箭头画出物料衡算示意图

2、。 图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知变量（如流量、组成）及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。（四）计算步骤（四）计算步骤 选定计算基准，一般以吨/日或kg/h为单位。 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。 在食品生产过程中，一些只有物理变化、未发生化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、干燥、吸收、结晶、萃取等，这些过程可以根据物料衡算式，列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法求解。 对于有化学反应的单元操作，可以采用化学反应式进行衡算。 （四）计算步骤四）计算步骤 将计算结果用物料平衡图或物料平衡表表示。 物料平衡表是根据任何一种物料

3、的重量与经过加工处理后得到的成品及少量损耗之和在数值上时相等的原理绘制的。平衡表的内容包括：工序名称、物料名称、输入量、输出量、技术指标等组成。（1 1）物料平衡图）物料平衡图 物料平衡图是根据任何一种物料的重量与经过加工处理后所得的成品及少量损耗之和在数值上是相等的原理来绘制的，平衡图的内容包括：物料名称、质量、成品质量、物料的流向、投料顺序等项。绘制物料平衡图时，实线箭头表示物料主流向，必要时用细实线表示物料支流向，见下图。图图6-1 班产班产2500kg可可奶糖物料平衡图（单位：可可奶糖物料平衡图（单位：kg）图6-2班产12.5 吨原汁猪肉物料平衡图（2 2）物料平衡表）物料平衡表 物

4、料平衡表是物料平衡计算的另一种表示形式，其内容与平衡图相同，其格式 如下：物料平衡表物料衡算实例物料衡算实例大米加工工艺流程框图物料平衡图大米加工工艺的物料衡算（一）物料平衡表奶粉生产工艺流程框图全脂奶粉的物料衡算( 二)乳脂肪 水分 非脂乳固体20% 3% 77%产品成分产品成分需要添加脱脂乳或稀奶油 ?全脂奶粉的物料衡算乳脂肪 水分 非脂乳固体20% 3% 77%脱脂乳脱脂乳乳脂肪 非脂乳固体0.01% 8.92%产品成分产品成分稀奶油稀奶油乳脂肪 非脂乳固体40% 5.16%1000kg原料乳能得到多少标准乳?30000吨啤酒厂糖化车间的物料衡算（三） 啤酒生产工艺流程图 根据上表的基础

5、数据首先进行根据上表的基础数据首先进行100kg原料生产原料生产啤酒的物料衡算，然后进行啤酒的物料衡算，最后啤酒的物料衡算，然后进行啤酒的物料衡算，最后进行进行30000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。100kg原料（原料（60%麦芽，麦芽，40%大米）生产大米）生产12o啤酒的物啤酒的物料衡算料衡算（1）热麦汁量 根据表3-1可得原料收率分别为： 麦芽收率为： 0.75（1006）100=70.5% 大米收率为： 0.92（10013）100=80.04% 混合原料收得率为： 0.6070.5%（10.1）+ 0.4080.04%98.5%=73.16% 由

6、上述可得100kg混合原料可制得的热麦汁量为： （73.1612）100=609.66（kg） 又知汁在20时的相对密度为1.084，而100热麦汁比20时的麦汁 体积增加1.04倍，故热麦汁（100）体积为： （609.661.084）1.04=584.92L（2） 添加酒花量： 609.660.2%=1.22kg（3） 冷麦汁量为： 584.92（10.075）=541.05L（4） 发酵成品液量： 541.05（10.016）=532.39L（5） 清酒量（过滤）为：532.39（10.015）=524.41L（6） 成品啤酒量为： 524.41（10.02）=513.92L生产生产10

7、0L啤酒啤酒 ？生产生产100L啤酒的物料衡算啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12成品啤酒513.92L，故可得出下述结果：（1） 生产100L啤酒需耗混合原料量为： （100513.92）100=19.46kg（2） 麦芽耗用量： 19.4660%=11.68kg（3） 大米耗用量： 19.4611.68=7.78kg（4） 酒花用量为 对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为： （584.92/513.92）1000.2%=0.2276kg（5） 热麦汁量为：（584.92/513.92）100=113.82L（6） 冷麦汁量为：（541.05/

8、513.92）100=105.28L（7）发酵成品液量：（532.39/513.92）100=103.60L（8）清酒量： （524.41/513.92）100=102.04L 全年生产天数为300天，设旺季生产240天，淡季生产60天。旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则全年糖化次数为： 2407+605=1980（次）计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。（1）每次糖化的原料量为:混合原料: (30000000/1980)(100/513.92)=2948.3(kg)大麦: 2948.30.75=2211.2(kg)大米: 2948.30.25=737.1(kg)

9、（2）热麦汁量: (609.66/100)2948.3=17974.6(L)（3）冷麦汁量: (541.05/100)2948.3=15951.77(L)（4）酒花用量: (1.22/100)2948.3=35.97(kg)（5）发酵成品液： (532.39/100)2948.3=15696(L)（6）清酒液：(524.41/100)2948.3=15461(L)第二节第二节 能量衡算能量衡算 在食品工厂生产中，能量的消耗是一项在食品工厂生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指设备设计、操作制度是

10、否先进合理的主要指标之一。标之一。 能量衡算的基础是物料衡算，只有在进能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完物料衡算后才能做能量衡算。行完物料衡算后才能做能量衡算。（一）热量衡算（一）热量衡算（1 1）热量衡算的依据）热量衡算的依据（2 2）热量衡算的依据）热量衡算的依据（3 3）热量衡算的方法和步骤）热量衡算的方法和步骤热量衡算实例热量衡算实例棉籽油热量计算实例棉籽油热量计算实例板式换热器板式换热器，脱色棉籽油从原油罐进入结晶罐过程中的第一次冷却，脱色棉籽油从原油罐进入结晶罐过程中的第一次冷却采用采用20冷却水冷却；冷却水冷却；脱色油经过水冷却器换热后，温度降至脱色油经过水冷却器换热后，温度

11、降至60；100，60时棉籽油的比热分别为时棉籽油的比热分别为0.495 calg，0.455 calg则则Cp=0.475 calg单位换算：单位换算：0.455 calg=0.4554.2=1.911 kJkg0.495 calg=0.4954.2=2.079 kJkg0.475 calg=0.4754.2=1.995 kJkg冷却脱色棉籽油耗用的热量：冷却脱色棉籽油耗用的热量：Q=q脱色脂脱色脂Cp(t1t2)=62501.995(100-60)=498750kJh=138541.7 W取热损失为取热损失为5，Q放放=Q吸吸 95= 498750 0.95=473812.5 kJh50，20时的水的比热分别为时的水的比热分别为4.174 kJkg，4.183 kJkg，则则Cp=4.1785 kJkg水的流量：水的流量：q水水=Q放放/Cp(t1一一t2)= 473812.54.1785(5020)=3779.77 kgh板式换热器的传热器数：板式换热器的传热器数：K=300 Wm2，t1=100-50=50， t2=6020=40。tn=(t1-