2010年工厂设计第三章四节

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1、第四节 工艺计算一、物料平衡计算 （一）物料平衡计算的意义、方法、和步 骤 1.物料衡算的意义根据质量守恒定律:GmGPGL 工艺衡算目的： （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）物料、水、热量、耗冷量等 平衡的计算。2衡算的方法和步骤如下：（1）确定计算的目的（2）绘物料衡算流程示意图（3）写出某些生化反应方程式（4）收集基础数据和有关物化常数（5）确定工艺指标及消耗定额（6）选定计算基准常用计算基准有：以单位时间物料量为基准。以单位重量、体积、摩尔数的物料量为基准 。以加入设备的一批物料量为基准。（7）根据质量守恒定律进行物料衡算；（8）校核、整理结果

2、并列表；（9）绘出物料流程图。二、计算实例（一）30000t/a啤酒厂糖化车间的物料 衡算(61页)啤酒厂糖化车间的物料衡算项目 （1）原料（麦芽、大米）和酒花用量； （2）热麦汁和冷麦汁量； （3）废渣量（糖化糟和酒花糟）等。1糖化车间工艺流程示意图2工艺技术指标及基础数据（1）100kg 原料生产12淡色啤酒的物料计 算； （2）100L 12淡色啤酒的物料衡算； （3）30000t/a啤酒厂糖化车间的物料衡算 。3100kg 原料（75麦芽，25大米） 生产12淡色啤酒的物料衡算（1）热麦汁量 原料收率分别为：麦芽收率为0.75(100-6)/100=70.5% 大米收得率为0.92(1

3、00-13)/100=80.04% 混合原料收得率为： (0.7570.5%+0.2580.04%)98.5%=71.79%.得100kg混合原料可制得的12热麦汁量为：（71.7912）100=598.3(kg)12麦汁在20的密度为1.084，100热麦汁比20时的麦汁体积增加1.04倍 ， 热麦汁（100）体积为：(598.31.084)1.04=574(L)（2）冷麦汁量为：574(1-0.075)=531(L) (3)发酵液量为：531(1-0.016)=522.5(L) (4)过滤酒量为：522.5(1-0.015)=514.7(L) （5）成品啤酒量为：514.7(1-0.02)

4、=504.4(L) 4生产100L12淡色啤酒的物料衡算100kg混合原料得12啤酒504.4L, 得出结果有： （1）生产100L 12淡色啤酒需耗混合原 料量为：(100/504.4)100=19.83(kg) (2)麦芽耗用量为：19.8375%=14.87(kg) （3）大米耗用量为：19.83-14.87=4.96(kg)（4）酒花耗用量浅色啤酒，热麦汁加入的酒花量为0.2%，酒花耗用量为：（574504.4）1000.2%=0.228(kg) （5）热麦汁量为：（574504.4）100=113.8(L) （6）冷麦汁量为：（531504.4）100=105.3(L)（7）湿糖化糟

5、量 排出的湿麦糟水分含量为80 ，则湿麦糟量为： (1-0.06)(100-75)/(100-80)14.87=17.47(kg)湿大米糟量为： (1-0.13)(100-92)/(100-80)4.96=1.73(kg)湿糖化糟量为：17.47+1.73=19.2(kg) （8）酒花糟量 麦汁煮沸过程干酒花浸出率为40，酒花糟水分含量为80，则酒花糟量为：(100-40)/(100-80)0.228=0.684(kg) 530000t/a12淡色啤酒糖化车间物料衡算表设旺季每天糖化6次，而淡季则糖化4次，每年总糖化次 数为1500次，列表。二、水用量衡算 （一）水用量计算的意义 （二）水用量

6、计算的方法和步骤两种方法：“单位产品耗水量定额” 估算和计算 。计算方法和步骤如下：弄清题意和计算的目的及要求1绘出用水量计算流程示意图 2收集设计基础数据 3. 确定工艺指标及消耗定额等 4选定计算基准同物料衡算 5.对结果校核、列表。（三）水用量计算实例1“单位产品耗水量定额”估算实例 “单位产品耗水量定额”实例部分乳制品平均吨成品耗水量（t/t成品） 啤酒 810 全脂奶粉 130150甜炼乳 4560奶油 2840部分设备的用水量 设备名称 设备能力 用水目的 用水量 (t/h) 连续预煮机 34t/h 预煮后冷却 1520真空浓缩锅 300kg/h 二次真空冷凝 11.6 双效浓缩锅

7、 1000kg/h 二次蒸汽冷凝 3540 卧式杀菌锅 2000罐/h 杀菌后冷却 15202用水量计算实例5000ta啤酒为计算基准 (1）耗水量计算糖化用水量14214001005685（kg ）100kg混合原料大约需用水量400kg糖化用水时间设为0.5h， 故：每小时最大用水量56850.511376（kgh）(2）洗糟用水100kg原料约用水450kg，则需用水量：14214501006394.5（kg）用水时间为0.5h，则每小时洗糟最大用水量6394.51.5=4263（kgh ） (3)糖化锅洗刷用水一般容积为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

8、为2h,故：洗刷最大用水量623（th）（4）沉淀槽冷却用水式中：热麦汁放出热量 QGPCP（t1 t2）热麦汁比重 C麦汁1.043热麦汁量 GP=85251.0438892（kgh）热麦汁比热容 CP=4.1 KJ(kg.k)热麦汁温度 t1=100 t2=55冷却水温度 t1=18 t2=45冷却水比热容 C=4.18 (J/kg.k)Q=88924.1（10055）1640574（J/h）（7）麦汁冷却器冲刷用水设冲刷一次，用水1t，用水时间为0.5h，则最大用水量为：40.58（th） （8）酵母洗涤用水（无菌水）每天酵母泥最大产量约300L，说明：酵母贮存每天换水一次，新收酵母洗涤

9、4 次，每次用水量为酵母的二倍。则连续生产每天用水量：（41）30023000（L）用水时间为1h，故最大用水量为3（th）（9）发酵罐洗刷用水每天冲刷容积为10m3的发酵罐两个，每个用水 2t，冲刷地面共用水2t，每天用水量2226（t）用水时间设为1.5 h，最大用水量6 1.54（th） （10）贮酒罐冲刷用水每天冲刷容积为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：213（th） （11）清酒罐冲刷每天使用容积为2.5 m3的清酒罐4个，冲洗 一次，共用水4t，冲刷时间为40m，则最大用水量：460406（t /h ） （12）过滤机用水过

10、滤机二台，每台冲刷一次，用水3t（包括 顶酒用水），时间为1.5h，则最大用水量231.54（th）（13）洗棉机用水 洗棉机放水量W1：W1洗棉机容量滤饼容积（滤饼20片）5.34（0.525） 20.05405.30.4334.867（m3） 洗棉过程中换水量W2：取换水量为放水量的三倍W23W134.86714.6（t） 洗棉机洗刷用水W3：每次洗刷用水W31.5 (t) 洗棉机每日用水量W：淡季开一班，旺季开两班，则用水量：W2（W1W2W3）2（4.86714.61.5）41.93（t）设换水时间为2h，则每小时最大用水量为：41.93220.95（th）（14）鲜啤酒桶洗刷用水旺季

11、产啤酒量22.5t/d（三锅量），鲜啤酒占50 （设桶装占70），则桶装啤酒为：22.550707.875（t）7875（L）鲜啤桶容积为20L桶需桶数787520393.8（桶日）冲桶水量为桶容积1.5倍日用水量393.80.021.511.81（t）冲桶器同时冲洗二桶，冲洗时间为1.5m，故 每小时用水量0.021.5601.52.4（th）（15）洗瓶机用水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30001.54500（Lh）以每班生产7小时计，总耗水量4500731500（L）（16）装酒机用水每冲洗一次，用水2.5t，每班冲洗一次，每次0.5

12、小时，最大用水量2.50.55（th） （17）杀菌机用水杀菌机每个瓶耗水量以1L计算，则用水量300013000（Lh）3000721000（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，则每小时用水量1025（th）结果整理成用水量表，如表所示。5000ta啤酒厂啤酒车间用水量计算表三、热量平衡计算 （一）热平衡计算的意义 （二）用汽量计算的方法和步骤 方法有两种：“单位产品耗汽量定额”估算和计算的方 法。 方法和步骤如下：同用水量一样，全过程或单元设备的用汽 量计算。 .画出单元设备的物料流向及变化的示意图 。 .分析物料流向及变化，写出热量

13、计算式：入 出 损 式中 入输入的热量总和（KJ）出输出的热量总和（KJ）损损失的热量总和（KJ） 通常 入出损式中 物料带入的热量（KJ） 由加热剂（或冷却剂）传给 设备和所处理的物料的热量（KJ）过程的热效应（KJ）物料带出的热量（KJ）加热设备需要的热量（KJ）加热物料需要的热量（KJ）气体或蒸气带出的热量（KJ ）.收集数据 .确定合适的计算基准5.进行具体的热量计算的相关公式 （1）物料带入的热量Q1和带出热量Q4可按下式计 算，即：QGCt 式中 G物料质量（Kg）C物料比热容KJ(KgK)t物料进入或离开设备的温度（） （2）过程热效应Q3 合成热QB、搅拌热QS和状态热 （例如

14、汽化热、溶解热、结晶热等） Q3QBQS 式中 QB发酵热（呼吸热）（KJ）QS搅拌热 QS3600P（KJ）通常92 （3）加热设备耗热量Q5 公式：Q5GC（t2t1 ） 式中 G设备总质量（Kg）C设备材料比热容kJ(kgk)t1、t2设备加热前后的平均温度（）（4）气体或蒸汽带出热量Q7Q7G（Ctr） 式中 G离开设备的气体物料（如空气 、CO2等）量（kg）C液态物料由0升温至蒸发温度 的平均比热容kJ(kgk)t气态物料温度（）r蒸发潜热（kJkg）（5）设备向环境散热Q8 公式：Q8FT（twta） 式中 F设备总表面（m）T壁面对空气的联合给热系数w (m)tw壁面温度（）ta环境空气温度（）T的计算： 空气作自然对流，T80.05tw 强制对流时，T5.33.6W（空气流速W5ms）或T6.7W0.78（W5ms）操作过程时间（s）（6）加热物