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1、第五章 工艺计算,第一节 物料平衡计算,一、物料衡算的意义、方法和步骤 当生产方法确定并完成工艺流程示意图设计后，即可开始进行物料平衡计算，设计工作由定性分析发展到定量计算。 因此，物料衡算是整个工艺计算工作中，开始得最早，最先完成的项目。,（一）物料衡算的意义 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 适用范围：既适用于每一个单元过程，也适用于整个生产过程；既可进行总物料衡算，也可对混合物中某一组分作部分物料衡算。,物料衡算的意义： 1、通过物料衡算，可以求出进入和离开设备的物料各组分的
2、成分、重量和体积，进而计算产品的原料消耗定额、日或年消耗量以及成品、副产物、废物的排除量； 2、根据物料衡算结果，可进一步完成下列设计： a、确定生产设备的容量、数量和主要尺寸； b、工艺流程图的设计； c、水、蒸汽、热量、冷量等平衡计算；,3、生产过程中，可利用物料衡算，针对所用的生产工艺流程、车间或设备，利用可观测的数据去计算某些难于直接测定计量的参变量，从而实现对现行生产状况进行分析、找出薄弱环节，进行革新改造，提高企业的经济效益。,（二）物料衡算的方法和步骤 1、弄清计算的对象、目的和要求； 2、绘出物料衡算流程示意图。使用框图和线条图来显示所要衡算的对象，使研究的问题形象化和具体化；
3、 3、写出生物反应和化学反应方程式。有毒或明显影响产品质量的副反应不能忽略； 4、收集设计基础数据和有关物化常数，保证计算工作的顺利进行；,设计数据资料：年产量、生产天数、培养基配方，产品质量规格。 物性参数：密度、粘度、比热、汽化潜热、溶解度，由设计手册中获得； 工艺指标：转化率、收得率、工艺操作条件，来源于实验、经验数据、交流。5、选定计算基准 计算基准选择准确，能使计算结果正确，计算过程简化。,以单位时间产品量或单位时间原料量作为计算基准，适用于连续操作过程和设备的计算；以单位重量、单位体积或单位摩尔数的产品或原料为计算基准，常用于间歇操作过程及设备的计算；以加入设备的一批物料量为计算基
4、准，常用于间歇操作过程及设备的计算；6、进行物料衡算，部分计算要与热量衡算联立求解；,7、填表及绘制物料流程图二、主要技术经济指标的确定 单耗：生产1000公斤产品的原材料、水、电、煤、蒸汽、空气、制冷量消耗定额。是计算产品生产成本的基础数据。 生产1000公斤产品的副产物生产量及三废生成量。,三、计算实例（一）10000吨/年淀粉原料酒精厂全厂总物料衡算 1、衡算主要内容：进行全厂产品、副产品、三废及中间产品的衡算； 2、工艺流程示意图 3、工艺技术指标及基础数据 4、生物反应方程式 5、以1000公斤食用酒精为计算基准； 6、衡算过程,（1）1000公斤食用酒精淀粉用量： W1=10009
5、2.41%9216291.45% =1779.3 （kg） 折薯干量为： W2=1779.365%=2737.4 （kg） （2）淀粉酶的用量 W3=2737.482000=10.95 （kg） （3） 糖化酶的用量 发酵醪用糖化酶： W4=2737.415020000=20. 5 （kg）,酒母用糖化酶： W5=2737.410%70%30020000 =2.87 （kg）（4） 蒸煮醪量的计算 蒸煮过程中采用直接蒸汽加热，之后又通过真空蒸发来进行冷却，故整个过程中蒸煮醪因冷凝水的加入和蒸发而发生着变化，需要进行分步计算醪量。a、粉浆量 W6=2737.4(1+3)=10950（kg）b、蒸
6、煮醪的比热容,混合物的比热容 C混=(WaCa+WbCb+WcCc)/(Wa+Wb+Wc) 薯干的比热容可根据绝干谷物+水计算出。 蒸煮醪的比热容可根据薯干+水计算出。c、喷射液化器后蒸煮醪量为： W7=10950+109503.62(88-50) (2748.9-884.18)=11583 （kg）d、液化维持罐后的蒸煮醪量为 W8=11583-115833.62(88-84)2288.3 =11510 （kg）,e、糖化醪与发酵醪量的计算 成熟发酵醪的量为： W9=100092.41%98%8.01% =11771 （kg） 需蒸馏的成熟发酵醪量为： W10=117711.06=12477
7、 （kg） 入蒸馏塔的发酵醪乙醇浓度： n=8.01%1.06=7.56% 二氧化碳排放量： W11=117718.01%4644=902（kg）,酒母醪量： W12=（11771+902）1.10.1=1152 （kg） 糖化总醪量： W13=（11771+902）1.1（1+0.170%） =12327（kg）f、成品与发酵废醪量的计算 醛酒产量：10002%=20（kg） 杂醇油产量：10000.5%=5（kg） 废醪量：,醪塔上升蒸汽量： V1=124777.56%47.18%=1999 （kg） 残留液量：W14=12477-1999=10478 （kg） 残留液固形物浓度： B=1
8、24777.5%10478=8.93% 蒸馏蒸汽用量： D=(124773.9670+104784.03105- 19991965) (2689.8-4.18105) 99% =2199 （kg）,（二）30000吨/年啤酒厂糖化车间的物料衡算1、糖化车间工艺流程示意图2、工艺技术指标与基础数据3、计算基准：100kg原料、100L淡色啤酒4、衡算过程（1）热麦汁量 麦芽收率：75%（1-6%）=70.5% 大米收率：92%（1-13%）=80.04%,混合原料收得率： （0.7570.5%+0.2580.04%）98.05% =71.79% 12热麦汁量为： 100（71.79%12%）=5
9、98.3 （kg） 热麦汁体积为： 598.3（1.0841.04）=574（L） 冷麦汁量为: 574 （1-0.075）=531(L),发酵液量为： 531（1-0.016）=522.5（L） 过滤啤酒量为： 522.5（1-0.015）=514.7（L） 成品啤酒量为： 514.7（1-0.02）=504.4（L）（2）100L12淡色啤酒的物料衡算 所耗混合原料量： （100 504.5 ）100=19.83（kg）,麦芽耗用量： 19.8375%=14.87（kg） 大米耗用量： 19.83-14.87=4.96（kg） 酒花用量： （574/504.4）1000.2%=0.228（
10、kg ） 湿麦糟量： 14.87(1-6%) (1-75%) (1-80%) =17.47（kg）,湿大米糟量： 4.96 (1-13%) (1-92%) (1-80%) =1.73（kg） 酒花糟量： 0.228 (1-40%) (1-80%)=0.684（kg） 总糟量： 17.47+1.73+0.684=19.884（kg）,（三）3000吨/年味精厂发酵车间的物料衡算 1、示意图 2、工艺技术指标和基础数据 3、计算基准：1000公斤味精（99.5%） 4、谷氨酸发酵车间的物料衡算 发酵液量： 100099.5%112%80%48%99% 150 =15.58（m3） 发酵液需糖量：
11、15.58150=2337（kg）,二级种子量： 15.582%=0.31（m3） 种子用糖量： 0.3125=7.75（kg） 总糖量： 2337+7.75=2340.75（kg） 淀粉需用量： 2340.7595%111%80% =2774.7（kg）,第二节 热量平衡计算,一、热量衡算的意义、方法和步骤（一）热量衡算的意义 1、通过热量衡算，计算生产过程能耗定额指标。可对多种方案进行比较，以选定先进的生产工艺； 2、热量衡算的数据是换热设备计算和选型的依据，也是供汽车间设计的依据； 3、通过热量衡算，可对已投产的生产系统提出改革和改造方案，达到节能、降耗的目的；,（二）热量衡算的定义 输
12、入单元设备的热量总和等于输出该单元设备的热量总和加上损失的热量总和。 Q入= Q出+ Q损（三）热量衡算的步骤 1、绘出单元设备的物料流向及变化的示意图； 2、搜集与热量衡算相关的数据； 3、确定合适的计算基准，通常取0为基准温度；此外，还要确定物料衡算的基准；,4、写出详细的热量衡算式固体和不凝性流体所具有的热量公式为： Q=Gct蒸汽或可凝性流体所具有的热量公式为： Q=GH H：气体的热焓（kJ/kg）生物合成热为： Q=Gq q：单位耗糖所产生的热量（kJ/kg）搅拌热为：Q=36000.92P P：搅拌功率（kW）,设备向环境散热： Q=FT（tw-ta） 一般根据经验公式计算； 写
13、出公式过程中的注意事项：示意图要绘好，不要遗漏其他形式转化过来的热量；计算基准要找好；与物料衡算联用；,二、计算实例：30000吨/年啤酒厂糖化车间热量衡算（一）示意图（二）衡算过程 1、糖化用水耗热量Q1 （1）糊化用水量： G1=（1003.9+200.8）4.5=5421.5（kg） （2）糖化用水量： G2=2808.93.5=9831.15（kg）,Q1=（5421.5+9831.15）4.2 （50-18 ） =488073.6（kJ） 2、糊化锅内的耗热量Q2 （1）糊化锅升温至100耗热量Q2 米醪比热容： c米醪=(G大米c大米+ G麦芽c麦芽+ G水c水)/ (G大米+ G麦芽+ G水)=3.76 kJ/(kgK) 米醪的初温： t0= (G大米c大米+ G麦芽c麦芽)18 + G水c水 50/(G米醪c米醪)=47.1（）,
