1、工廠設(shè)計第三章四節(jié)第1頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 工藝衡算目的： （1）確定生產(chǎn)設(shè)備的容量、個數(shù)和主要尺寸； （2）工藝流程草圖的設(shè)計； （3）物料、水、熱量、耗冷量等平衡的計算。第2頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三2衡算的方法和步驟 如下： （1）確定計算的目的 （2）繪物料衡算流程示意圖 （3）寫出某些生化反應(yīng)方程式 （4）收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有關(guān)物化常數(shù) （5）確定工藝指標(biāo)及消耗定額 （6）選定計算基準第3頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三常用計算基準有：以單位時間物料量為基準。以單位重量、體積、摩爾數(shù)的物料量為

2、基準。以加入設(shè)備的一批物料量為基準。第4頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（7）根據(jù)質(zhì)量守恒定律進行物料衡算；（8）校核、整理結(jié)果并列表； （9）繪出物料流程圖。第5頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 二、計算實例 （一）30000t/a啤酒廠糖化車間的物料衡算(61頁) 啤酒廠糖化車間的物料衡算項目（1）原料（麥芽、大米）和酒花用量；（2）熱麥汁和冷麥汁量；（3）廢渣量（糖化糟和酒花糟）等。第6頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三1糖化車間工藝流程示意圖第7頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三2工藝技

3、術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)第8頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（1）100kg 原料生產(chǎn)12淡色啤酒的物料計算；（2）100L 12淡色啤酒的物料衡算；（3）30000t/a啤酒廠糖化車間的物料衡算。 3100kg 原料（75麥芽，25大米） 生產(chǎn)12淡色啤酒的物料衡算第9頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 （1）熱麥汁量 原料收率分別為：麥芽收率為0.75(100-6)/100=70.5%大米收得率為0.92(100-13)/100=80.04%混合原料收得率為： (0.7570.5%+0.2580.04%)98.5%=71.79%. 得100kg混合

4、原料可制得的12熱麥汁量為： （71.7912）100=598.3(kg) 12麥汁在20的密度為1.084， 100熱麥汁比20時的麥汁體積增加1.04倍， 熱麥汁（100）體積為： (598.31.084)1.04=574(L)第10頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（2）冷麥汁量為： 574(1-0.075)=531(L)(3)發(fā)酵液量為： 531(1-0.016)=522.5(L)(4)過濾酒量為： 522.5(1-0.015)=514.7(L)（5）成品啤酒量為： 514.7(1-0.02)=504.4(L) 第11頁，共91頁，2022年，5月20日，19點

5、43分，星期三4生產(chǎn)100L12淡色啤酒的物料衡算 100kg混合原料得12啤酒504.4L, 得出結(jié)果有： （1）生產(chǎn)100L 12淡色啤酒需耗混合原料量為： (100/504.4)100=19.83(kg)(2)麥芽耗用量為： 19.8375%=14.87(kg)（3）大米耗用量為： 19.83-14.87=4.96(kg)第12頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（4）酒花耗用量 淺色啤酒，熱麥汁加入的酒花量為0.2%， 酒花耗用量為： （574504.4）1000.2%=0.228(kg)（5）熱麥汁量為： （574504.4）100=113.8(L)（6）冷麥汁

6、量為： （531504.4）100=105.3(L)第13頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（7）濕糖化糟量 排出的濕麥糟水分含量為80， 則濕麥糟量為：(1-0.06)(100-75)/(100-80)14.87=17.47(kg) 濕大米糟量為：(1-0.13)(100-92)/(100-80)4.96=1.73(kg) 濕糖化糟量為：17.47+1.73=19.2(kg)（8）酒花糟量 麥汁煮沸過程干酒花浸出率為40， 酒花糟水分含量為80， 則酒花糟量為： (100-40)/(100-80)0.228=0.684(kg) 第14頁，共91頁，2022年，5月20

7、日，19點43分，星期三530000t/a12淡色啤酒糖化車間物料衡算表 設(shè)旺季每天糖化6次，而淡季則糖化4次，每年總糖化次數(shù)為1500次，列表。第15頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第16頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第17頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第18頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第19頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第20頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第21頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第22

8、頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第23頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第24頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第25頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第26頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第27頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第28頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三二、水用量衡算（一）水用量計算的意義（二）水用量計算的方法和步驟 兩種方法： “單位產(chǎn)品耗水量定額” 估算和計算。 計算方法和步驟如下： 弄清題意和計算的目的

9、及要求第29頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第30頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三1繪出用水量計算流程示意圖2收集設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 3. 確定工藝指標(biāo)及消耗定額等4選定計算基準 同物料衡算5.對結(jié)果校核、列表。 第31頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（三）水用量計算實例1“單位產(chǎn)品耗水量定額”估算實例“單位產(chǎn)品耗水量定額”實例 部分乳制品平均噸成品耗水量（t/t成品） 啤酒 810 全脂奶粉 130150 甜煉乳 4560 奶油 2840 第32頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 部分設(shè)備的用水量

10、 設(shè)備名稱 設(shè)備能力 用水目的 用水量 (t/h) 連續(xù)預(yù)煮機 34t/h 預(yù)煮后冷卻 1520 真空濃縮鍋 300kg/h 二次真空冷凝 11.6雙效濃縮鍋 1000kg/h 二次蒸汽冷凝 3540臥式殺菌鍋 2000罐/h 殺菌后冷卻 1520第33頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 2用水量計算實例 5000ta啤酒為計算基準(1）耗水量計算 糖化用水量14214001005685（kg） 100kg混合原料大約需用水量400kg 糖化用水時間設(shè)為0.5h，故：每小時最大用水量 56850.511376（kgh）第34頁，共91頁，2022年，5月20日，19點4

11、3分，星期三(2）洗糟用水 100kg原料約用水450kg，則需用水量： 14214501006394.5（kg） 用水時間為0.5h，則每小時 洗糟最大用水量6394.51.5=4263（kgh）(3)糖化鍋洗刷用水 一般容積為20m3的糖化鍋及其設(shè)備洗刷用水每糖化一次，用水約6t，用水時間為2h, 故：洗刷最大用水量623（th）第35頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（4）沉淀槽冷卻用水式中：熱麥汁放出熱量 QGPCP（t1 t2） 熱麥汁比重 C麥汁1.043 熱麥汁量 GP=85251.0438892（kgh） 熱麥汁比熱容 CP=4.1 KJ(kg.k) 熱

12、麥汁溫度 t1=100 t2=55 冷卻水溫度 t1=18 t2=45 冷卻水比熱容 C=4.18 (J/kg.k) Q=88924.1（10055）1640574（J/h）第36頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第37頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第38頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（7）麥汁冷卻器沖刷用水 設(shè)沖刷一次，用水1t，用水時間為0.5h，則 最大用水量為：40.58（th）（8）酵母洗滌用水（無菌水） 每天酵母泥最大產(chǎn)量約300L， 說明：酵母貯存每天換水一次，新收酵母洗滌4次，每次用水量為酵母的二倍

13、。 則連續(xù)生產(chǎn)每天用水量： （41）30023000（L） 用水時間為1h，故最大用水量為3（th）第39頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（9）發(fā)酵罐洗刷用水 每天沖刷容積為10m3的發(fā)酵罐兩個，每個用水2t，沖刷地面共用水2t， 每天用水量2226（t） 用水時間設(shè)為1.5 h，最大用水量61.54（th）（10）貯酒罐沖刷用水 每天沖刷容積為10m3的貯酒罐一個，用水為2t，管路及地面沖刷用水1t，沖刷時間為1h， 最大用水量為：213（th） 第40頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 （11）清酒罐沖刷 每天使用容積為2.5 m3的清酒罐

14、4個，沖洗一次，共用水4t，沖刷時間為40m， 則最大用水量：460406（t /h）（12）過濾機用水 過濾機二臺，每臺沖刷一次，用水3t（包括頂酒用水）， 時間為1.5h， 則最大用水量231.54（th）第41頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 （13）洗棉機用水 洗棉機放水量W1： W1洗棉機容量濾餅容積（濾餅20片） 5.34（0.525）20.0540 5.30.433 4.867（m3） 洗棉過程中換水量W2： 取換水量為放水量的三倍 W23W134.86714.6（t） 洗棉機洗刷用水W3： 每次洗刷用水W31.5 (t)第42頁，共91頁，2022年，

15、5月20日，19點43分，星期三 洗棉機每日用水量W： 淡季開一班，旺季開兩班， 則用水量： W2（W1W2W3） 2（4.86714.61.5） 41.93（t） 設(shè)換水時間為2h， 則每小時最大用水量為： 41.93220.95（th）第43頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（14）鮮啤酒桶洗刷用水 旺季產(chǎn)啤酒量22.5t/d（三鍋量），鮮啤酒占50（設(shè)桶裝占70），則桶裝啤酒為： 22.550707.875（t）7875（L） 鮮啤桶容積為20L桶 需桶數(shù)787520393.8（桶日） 沖桶水量為桶容積1.5倍 日用水量393.80.021.511.81（t） 沖

16、桶器同時沖洗二桶，沖洗時間為1.5m， 故 每小時用水量 0.021.5601.52.4（th）第44頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 （15）洗瓶機用水 洗瓶機最大生產(chǎn)能力為3000瓶h（最高線速）， 沖洗每個瓶約需水1.5L， 則用水量30001.54500（Lh） 以每班生產(chǎn)7小時計， 總耗水量4500731500（L） 第45頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（16）裝酒機用水 每沖洗一次，用水2.5t， 每班沖洗一次，每次0.5小時， 最大用水量2.50.55（th）（17）殺菌機用水 殺菌機每個瓶耗水量以1L計算， 則用水量3000

17、13000（Lh） 3000721000（L班）第46頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（18）其他用水 包括沖洗地面、管道沖刷、洗濾布，每班需用水10t，設(shè)用水時間為2h， 則每小時用水量1025（th） 結(jié)果整理成用水量表，如表所示。 5000ta啤酒廠啤酒車間用水量計算表第47頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第48頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第49頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第50頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第51頁，共91頁，2022年，5月20日

18、，19點43分，星期三第52頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第53頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三三、熱量平衡計算（一）熱平衡計算的意義（二）用汽量計算的方法和步驟方法有兩種： “單位產(chǎn)品耗汽量定額”估算和計算的方法。方法和步驟如下： 同用水量一樣，全過程或單元設(shè)備的用汽量計算。 第54頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三.畫出單元設(shè)備的物料流向及變化的示意圖。.分析物料流向及變化，寫出熱量計算式： 入 出 損 式中 入輸入的熱量總和（KJ） 出輸出的熱量總和（KJ） 損損失的熱量總和（KJ）通常 入 出 損第55頁，共

19、91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三式中 物料帶入的熱量（KJ） 由加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和所處理的物料的熱量（KJ） 過程的熱效應(yīng)（KJ） 物料帶出的熱量（KJ） 加熱設(shè)備需要的熱量（KJ） 加熱物料需要的熱量（KJ） 氣體或蒸氣帶出的熱量（KJ） 第56頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三.收集數(shù)據(jù).確定合適的計算基準 5.進行具體的熱量計算的相關(guān)公式（1）物料帶入的熱量Q1和帶出熱量Q4可按下式計算，即： QGCt式中 G物料質(zhì)量（Kg） C物料比熱容KJ(KgK) t物料進入或離開設(shè)備的溫度（）（2）過程熱效應(yīng)Q3 合成熱QB、攪拌熱QS和狀態(tài)

20、熱（例如汽化熱、溶解熱、結(jié)晶熱等） 第57頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 Q3QBQS式中 QB發(fā)酵熱（呼吸熱）（KJ） QS攪拌熱 QS3600P（KJ） 通常92（3）加熱設(shè)備耗熱量Q5 公式：Q5GC（t2t1 ）式中 G設(shè)備總質(zhì)量（Kg） C設(shè)備材料比熱容kJ(kgk) t1、t2設(shè)備加熱前后的平均溫度（）第58頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 （4）氣體或蒸汽帶出熱量Q7 Q7G（Ctr）式中 G離開設(shè)備的氣體物料（如空氣、CO2等）量（kg） C液態(tài)物料由0升溫至蒸發(fā)溫度的平均比熱容kJ(kgk) t氣態(tài)物料溫度（） r蒸發(fā)潛熱

21、（kJkg）第59頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 （5）設(shè)備向環(huán)境散熱Q8 公式：Q8FT（twta）式中 F設(shè)備總表面（m） T壁面對空氣的聯(lián)合給熱系數(shù)w(m) tw壁面溫度（） ta環(huán)境空氣溫度（） T的計算： 空氣作自然對流，T80.05tw 強制對流時，T5.33.6W （空氣流速W5ms） 或T6.7W0.78（W5ms） 操作過程時間（s）第60頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（6）加熱物料需要的熱量Q6 Q6GC（t2t1）式中 G物料質(zhì)量（kg） C物料比熱容kJ(kgK) t1、t2物料加熱前后的溫度（） （7）加熱介質(zhì)傳

22、入的熱量Q2是待求量，稱為有效熱負荷。 若Q2為正值，過程需加熱； 若Q2為負值，過程需冷卻。第61頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 汽量計算注意幾個問題： （1）全面不遺漏。 （2）有相變時，必需確定相態(tài)基準。 （3）正確選擇與計算熱力學(xué)數(shù)據(jù)。 （4）物料和熱量計算可聯(lián)合進行。第62頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（三）用汽量計算實例 1.“單位產(chǎn)品耗汽量定額”估算實例 部分乳制品平均每t成品耗汽量表 產(chǎn)品名稱 耗汽量 ( tt成品） 啤酒 0.450.55 奶油 1.02.0 全脂奶粉 1015 甜煉乳 3.54.6 第63頁，共91頁，

23、2022年，5月20日，19點43分，星期三部分用汽設(shè)備的用汽量表第64頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 2用汽量計算實例 5000ta啤酒廠糖化車間熱量計算（70頁） 工藝流程示意圖如下圖所示。 說明：投料量為糖化一次的用料量。第65頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第66頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（1）糖化工段耗汽量 生產(chǎn)用最大蒸氣壓力 247KPa 自來水平均溫度 18 糖化用水平均溫度 50 洗糟用水平均溫度 80 糖化用水耗熱量1 Q156854.18（5018） 760425.6（kJ） 第67頁，共

24、91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第68頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 第一次蒸煮耗熱量Q2 Q2Q2Q2 Q2GC水（100t0） Q22346.33.76（10047.1） 466688.5（kJ） Q22257.278.21176535.6（kJ） Q21.15（Q2Q2）739707.7（kJ） 第二次煮沸前混合醪升溫 至70的耗熱量Q3 Q3G混合C混合（7063）181518.78（kJ）第69頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第70頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三第二次煮沸混合醪的耗熱

25、量Q4 由糖化工藝流程可知： Q4 Q4Q4Q4 Q4 26.7G混合醪C混合（10070） 207709.34（kJ） Q42257.2W2257.215.64 35293.7（kJ） Q415（Q4Q4） Q41.15（Q4Q4） 1.15（207709.3435293.7） 279453.5（kJ） 第71頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 洗糟水耗熱量Q5 Q5G洗糟C水（8018）1657198.6（kJ） 麥汁煮沸過程耗熱量Q6 Q6Q6Q6Q6Q6G麥汁C麥汁（10070）979407.36（kJ）Q62257.21275.272878539.44（kJ）

26、Q615（Q6Q6） 結(jié)合以上三項結(jié)果得： Q61.15（Q6Q6） 4436638.82（kJ） 第72頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 糖化一次總耗熱量Q總 糖化一次耗用蒸氣量D 使用表壓為0.3Mpa的飽和蒸汽，I2725.3kJkg，則：式中：I為相應(yīng)冷凝水的焓（561.47kJkg）； 為蒸 汽的熱效率， 取95第73頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三糖化過程中每小時最大蒸汽耗量Qmax 糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量Q6為最大，且知煮沸時間為90min，熱效率95，故： 相應(yīng)的最大蒸汽耗量為：第74頁，共91頁，2022年，5月2

27、0日，19點43分，星期三 蒸汽單耗 每年糖化次數(shù)為700次，共生產(chǎn)啤酒5034t。 年耗蒸汽總量為： DT3918.467002742922（kg） 每噸啤酒成品耗蒸汽（對糖化）： Ds27429225034545kgt啤酒 每晝夜耗蒸汽量（生產(chǎn)旺季算）為： D3918.46623510.76（kgd） 第75頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三計算的結(jié)果列成熱量消耗綜合表，如表所示。第76頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三四、耗冷量計算（一）耗冷量計算的意義 （二）耗冷量計算的方法和步驟 分類： 1、工藝耗冷量 2、非工藝耗冷量第77頁，共91

28、頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 （三）計算實例（82頁） 以30000t/a啤酒廠發(fā)酵車間耗冷量計算 1發(fā)酵工藝流程示意圖 第78頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 年產(chǎn)12淡色啤酒30724t；旺季糖化6次，淡季4次，每年共糖化1500次； 主發(fā)酵時間6天； 4鍋麥汁裝1個錐形發(fā)酵罐； 12Bx麥汁比熱容C14.0kJ/(kgk); 冷媒用15酒精溶液，比熱容可視作C24.18kJ（kgk）； 麥芽糖厭氧發(fā)酵熱q613.6kJ/kg； 麥汁發(fā)酵度60%.第79頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 工藝耗

29、冷量和非工藝耗冷量兩類，即： QQtQnt 3工藝耗冷量Qt （1）麥汁冷卻耗冷量Q1 麥汁冷卻每罐耗冷量為： Qf4Q14849657633986304（kJ） 相應(yīng)的冷凍介質(zhì)（2的冷水）耗量為：式中 t1和t2分別是冷凍水的除溫和終溫（） Cm水的比熱容kJ/(kgk)第80頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（2）發(fā)酵耗冷量Q2 發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q2 每錐形發(fā)酵罐放熱量為： Q044.18213134=3766433(kJ) 第81頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三 發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫冷卻Q2 Q04GC6-(-1) =4241384.07 =2703456(kJ) 工藝要求過冷時間2天， 則耗冷量為（麥汁每天裝1.5個錐形罐）： Q21.5Q0/(242)=84483(kJ/h)發(fā)酵總耗冷量Q2 Q2Q2Q2 5885184483143334（kJ/h）第82頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三每罐發(fā)酵耗冷量Q0 Q0Q0Q0 37664332703456 6469889（kJ）發(fā)酵用冷媒耗量（循環(huán)量）M2 M2Q2（Cm8） =143334/(4.188)=4286.3(kg/h)第83頁，共91頁，2022年，5月20日，19點43分，星期三（3）酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量Q3 Gw241