1、第五章 物料衡算和能量衡算,食品工廠工藝設(shè)計主要是應(yīng)用守恒定律來研究生產(chǎn)過程的物料衡算和能量衡算。物料衡算和能量衡算是進行食品工廠工藝設(shè)計、過程經(jīng)濟評價、節(jié)能分析以及過程優(yōu)化的基礎(chǔ)。因此，其計算在工藝設(shè)計中是一項既細致又重要的工作。,第一節(jié) 物料衡算,（一）物料衡算的作用,（二）物料衡算的依據(jù),生產(chǎn)工藝流程示意圖 所需要的理化參數(shù)和選定的工藝參數(shù)，產(chǎn)品的質(zhì)量指標。,（三）物料衡算的結(jié)果,（四）計算步驟,搜集計算數(shù)據(jù)、列出已知條件和選定工藝參數(shù)。 按工藝流程順序用方塊圖和箭頭畫出物料衡算示意圖。 圖中用簡單的方框表示過程中的設(shè)備，用線條和箭頭表示每個流股的途徑和流向。并標出每個流股的已知變量（如

2、流量、組成）及單位。對一些未知的變量，可用符號表示。,（四）計算步驟,選定計算基準，一般以噸/日或kg/h為單位。 列出物料衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解。 在食品生產(chǎn)過程中，一些只有物理變化、未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的單元操作，如混合、蒸餾、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等，這些過程可以根據(jù)物料衡算式，列出總物料和各組分的衡算式，再用代數(shù)法求解。 對于有化學(xué)反應(yīng)的單元操作，可以采用化學(xué)反應(yīng)式進行衡算。,（四）計算步驟,將計算結(jié)果用物料平衡圖或物料平衡表表示。 物料平衡表是根據(jù)任何一種物料的重量與經(jīng)過加工處理后得到的成品及少量損耗之和在數(shù)值上時相等的原理繪制的。平衡表的內(nèi)容包括：工序名稱、物料名稱、輸入量、輸出量、

3、技術(shù)指標等組成。,（1）物料平衡圖,物料平衡圖是根據(jù)任何一種物料的重量與經(jīng)過加工處理后所得的成品及少量損耗之和在數(shù)值上是相等的原理來繪制的，平衡圖的內(nèi)容包括：物料名稱、質(zhì)量、成品質(zhì)量、物料的流向、投料順序等項。繪制物料平衡圖時，實線箭頭表示物料主流向，必要時用細實線表示物料支流向，見下圖。,圖6-1 班產(chǎn)2500kg可可奶糖物料平衡圖（單位：kg）,圖6-2班產(chǎn)12.5 噸原汁豬肉物料平衡圖,（2）物料平衡表,物料平衡表是物料平衡計算的另一種表示形式，其內(nèi)容與平衡圖相同，其格式 如下：,物料平衡表,物料衡算實例,大米加工工藝流程框圖,物料平衡圖,大米加工工藝的物料衡算（一）,物料平衡表,奶粉生

4、產(chǎn)工藝流程框圖,全脂奶粉的物料衡算( 二),產(chǎn)品成分,需要添加脫脂乳或稀奶油 ?,全脂奶粉的物料衡算,脫脂乳,產(chǎn)品成分,稀奶油,1000kg原料乳能得到多少標準乳?,30000噸啤酒廠糖化車間的物料衡算（三）,啤酒生產(chǎn)工藝流程圖,根據(jù)上表的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)首先進行100kg原料生產(chǎn)啤酒的物料衡算，然后進行啤酒的物料衡算，最后進行30000t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計算。,100kg原料（60%麥芽，40%大米）生產(chǎn)12o啤酒的物料衡算 （1）熱麥汁量 根據(jù)表3-1可得原料收率分別為： 麥芽收率為： 0.75（1006）100=70.5% 大米收率為： 0.92（10013）100=80.04% 混

5、合原料收得率為： 0.6070.5%（10.1）+ 0.4080.04%98.5%=73.16% 由上述可得100kg混合原料可制得的熱麥汁量為： （73.1612）100=609.66（kg） 又知汁在20時的相對密度為1.084，而100熱麥汁比20時的麥汁 體積增加1.04倍，故熱麥汁（100）體積為： （609.661.084）1.04=584.92L （2） 添加酒花量： 609.660.2%=1.22kg （3） 冷麥汁量為： 584.92（10.075）=541.05L （4） 發(fā)酵成品液量： 541.05（10.016）=532.39L （5） 清酒量（過濾）為：532.39（

6、10.015）=524.41L （6） 成品啤酒量為： 524.41（10.02）=513.92L,生產(chǎn)100L啤酒 ？,生產(chǎn)100L啤酒的物料衡算 根據(jù)上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)12成品啤酒513.92L，故可得出下述結(jié)果： （1） 生產(chǎn)100L啤酒需耗混合原料量為： （100513.92）100=19.46kg （2） 麥芽耗用量： 19.4660%=11.68kg （3） 大米耗用量： 19.4611.68=7.78kg （4） 酒花用量為 對淡色啤酒，熱麥汁中加入的酒花量為0.2%，故酒花耗用量為： （584.92/513.92）1000.2%=0.2276kg （5）

7、熱麥汁量為：（584.92/513.92）100=113.82L （6） 冷麥汁量為：（541.05/513.92）100=105.28L （7）發(fā)酵成品液量：（532.39/513.92）100=103.60L （8）清酒量： （524.41/513.92）100=102.04L,全年生產(chǎn)天數(shù)為300天，設(shè)旺季生產(chǎn)240天，淡季生產(chǎn)60天。旺季每天糖化數(shù)為7次，淡季每天生產(chǎn)次數(shù)為5次，則全年糖化次數(shù)為： 2407+605=1980（次） 計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可算出每次投料量及其他項目的物料平衡。 （1）每次糖化的原料量為: 混合原料: (30000000/1980)(100/513.92)=294

8、8.3(kg) 大麥: 2948.30.75=2211.2(kg) 大米: 2948.30.25=737.1(kg) （2）熱麥汁量: (609.66/100)2948.3=17974.6(L) （3）冷麥汁量: (541.05/100)2948.3=15951.77(L) （4）酒花用量: (1.22/100)2948.3=35.97(kg) （5）發(fā)酵成品液： (532.39/100)2948.3=15696(L) （6）清酒液：(524.41/100)2948.3=15461(L),第二節(jié) 能量衡算,在食品工廠生產(chǎn)中，能量的消耗是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標，它是衡量工藝過程、設(shè)備設(shè)計、操作制

9、度是否先進合理的主要指標之一。 能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，只有在進行完物料衡算后才能做能量衡算。,（一）熱量衡算,（1）熱量衡算的依據(jù),（2）熱量衡算的依據(jù),（3）熱量衡算的方法和步驟,熱量衡算實例 棉籽油熱量計算實例,板式換熱器，脫色棉籽油從原油罐進入結(jié)晶罐過程中的第一次冷卻,采用20冷卻水冷卻； 脫色油經(jīng)過水冷卻器換熱后，溫度降至60； 100，60時棉籽油的比熱分別為0.495 calg，0.455 calg 則Cp=0.475 calg 單位換算：0.455 calg=0.4554.2=1.911 kJkg 0.495 calg=0.4954.2=2.079 kJkg 0.475 calg=0.4754.2=1.995 kJkg 冷卻脫色棉籽油耗用的熱量：Q=q脫色脂Cp(t1t2) =62501.995(100-60) =498750kJh =138541.7 W,取熱損失為5，Q放=Q吸 95= 498750 0.95=473812.5 kJh 50，20時的水的比熱分別為4.174 kJkg，4.183 kJkg，則Cp=4.1785 kJkg 水的流量： q水=Q放/Cp(t1一t2)= 473812.54.1785(5020)=3779.77 kgh 板式換熱器的傳熱器數(shù)： K=300 Wm2，t1=