第二节热量平衡计算.

V3=2401010%1.5=3601.5(kg) 故Q6=2257.23601.5=8129306(kJ) 3．热损失为
Q6=15%(Q6+Q6) 4．把上述结果代码（5-17）式可得出麦汁煮沸
总耗热
Q6=115%(Q6+Q6) =12537830(kJ)
（七）糖化一次6 总耗热量Q总
Q总 Qi 21043661 (kJ) i1
=3.67〔kJ/(kg·K)〕
（4）故Q4=26.7%G混合C混合（100-70） =559860（kJ）
2．二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4 煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分 量为：
V2=26.7%G混合5%1060 =42.4(kg)
故Q4=IV2=2257.242.4 =95705.3(kJ)
4．确定合适的计算基准
在热量衡算中，取不同的基准温度，算出的 （5-8）式中各项数据就不同。所以必须选准 一个设计温度，且每一物料的进出口基准态必 须一致。通常，取0℃为基准温度可简化计算。
此外，为使计算方便、准确，可灵活选取 适当的基准，如按100kg原料或成品、每小时 或每批次处理量等作基准进行计算。
5．进行具体的热量计算 （1）物量带入的热量Q1和带出热量Q4可按下式
计算，即： Q=ΣGct
式中 G——物料质量（kg） c——物料比热容〔kJ/(kg·K)〕 t——物料进入或离开设备的温度（℃）
（2）过程热效应Q3 过程的热效应主要有生物合 成热QB、搅拌热QS和状态热（例如汽化热、溶 解热、结晶热等）：
=4680041(kJ)
（六）麦汁煮沸过程耗热量Q6 Q6=Q6+Q6+Q3
1．麦汁升温至沸点耗热量Q6 2．煮沸过程蒸发耗热量Q6 3．热损失 Q3
1．麦汁升温至沸点耗热量Q6
由表5-7糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可 得到598.3kg热麦汁，并设过滤完毕麦汁温度 为70℃。则进入煮沸锅的麦汁量为：
1．画出单元设备的物料流向及变化的示意图。
2．分析物料流向及变化，写出热量衡算式：
Q入 =Q出+Q损 式中 Q入——输入的热量总和（kJ）
Q出——输出的热量总和（kJ） Q损——损失的热量总和（kJ）
通常，Q入=Q1+Q2+Q3 Q出=Q4+Q5+Q6+Q7 Q损=Q8
式中 Q1——物料带入的热量（kJ） Q2——由加热剂（或冷却剂）传给设备和 所处理的物料的热量（kJ）
T——壁面对空气的联合给热系数〔W/(m2·℃)〕 tw——壁面温度（℃） ta——环境空气温度（℃） ——操作过程时间（s）
T的计算： ① 空气作自然对流，T=8+0.05tw ② 强制对流时，T=5.3+3.6W（空气流速W=5m/s） 或T=6.7W0.78（W>5m/s）
（6）加热物料需要的热量Q6 Q6=Gc（t2-t1）
料，则麦醪温度为：
t 麦醪
G麦芽c麦芽 18 G2cw G 麦醪c 麦醪
50
=46.67（℃）
2．根据热量衡算，且忽略热损失，米醪与麦醪 并合前后的焓不变，则米醪的中间温度为：
t G混合c混合t 混合 G麦醪c麦醪t麦醪 G米醪c米醪
192653.67 63 12639.153.63 46.67 6405 3.76
Q3=QB+QS 式中 QB——发酵热（呼吸热）（kJ），视不同 条件、环境进行计算，参考本章第四节（二） 有关内容
QS=3600P（kJ） 其中P为搅拌功率（kW），为搅拌过程功 热转化率，通常=92%。
（3）加热设备耗热量Q5为了简化计算，忽略设备不同部 分的温度差异，则： Q5=Gc（t2-t1） 式中 G——设备总质量（kg） c——设备材料比热容〔kJ/(kg·K)〕 t1、t2——设备加热前后的平均温度（℃）
二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖 化工艺，下面就以此工艺为基准进行糖 化车间的热量衡算。工艺流程示意图如 图5-6所示，其中的投料量为糖化一次的 用量（计算参考本章第一节表5-7）。
图5-6 啤酒厂糖化工艺流程示意图
糖化过程各步操作热量计算：
（一）糖化用水耗热量Q1 （二）第一次米醪煮沸耗热量Q2 （三）第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗热量Q3 （四）第二次煮沸混合醪的耗热量Q4 （五）洗糟水耗热量Q5 （六）麦汁煮沸过程耗热量Q6 （七）糖化一次总耗热量Q总 （八）糖化一次耗用蒸汽量D
（九）糖化过程每小时最大蒸汽耗量Qmax （十）蒸汽单耗
Hale Waihona Puke （一）糖化用水耗热量Q1 根据工艺，糖化锅加水量为：
G1=（1003.9+200.8）4.5=5421.15(kg) 式中，1003.9为糖化一次大米粉量，200.8为 糊化锅加入的麦芽粉量（为大米量的20%）。
而糖化锅加水量为：
G2=2808.93.5=9831.15(kg) 式中，2808.9为糖化一次糖化锅投入的麦芽 粉量，即3009.7-200.8=2808.9(kg)。而3009.7为 糖化一次麦芽定额量。
G米醪=G米醪-V=6625.85-220.86 =6405(kg)
糖化锅的麦芽醪量为： G麦醪=G麦+G2 =2808.9+9831.15
=12640(kg)
故进入第二次煮沸的混合醪量为： G混合=G米醪+G麦醪 =6405+12640
=19045(kg)
（2）据工艺，糖化结束醪温为78℃，抽取混合
式中 G——物料质量（kg）
c——物料比热容〔kJ/(kg·K)〕
t1、t2——物料加热前后的温度（℃） （7）加热（或冷却）介质传入（或带出）的
热量Q2对于热量平衡计算的设计任务，Q2是 待 为求 正量值，，也则称 过为 程有 需效 加热 热负 ；荷 若。 Q2为若负计值算，出则的过Q2 程需从操作系统移出热量，即需冷却。
3．热损失Q2
1．糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热
Q2 =G米醪c米醪（100-t0） （1）计算米醪的比热容c米醪根据经验公式
c谷物=0.01[(100-W)c0+4.18W]进行计算。式中 W 为 含 水 百 分 率 ； c0 为 绝 对 谷 物 比 热 容 ， 取 c0=1.55kJ/(kg·K)。
3.76[kJ /(kg K)]
（2）米醪的初温t0设原料的初温为18℃，
而热水为50℃，则
t0
(G大米 c大米
G麦芽c麦芽 18 G1cw ) 50 G米醪 c米醪
=47.1（℃）
（3）把上述结果代回（5-15）式，得：
Q2 =6625.853.76(100-47.1)
=1317908(kJ)
（2）确定物料计算的基准、热量计算的基准温度和 其他能量基准。在相变时，必须确定相态基准， 不要忽略相变热。
（3）正确选择与计算热力学数据。
（4）在有相关条件约束，物料量和能量参数（如 温度）有直接影响时，宜将物料平衡和热量平衡 计算联合进行，才能获得准确结果。
二、计算实例 （3000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算）
第二节 热量平衡计算
内容
一、热量衡算的意义、方法和步骤 二、计算实例
（3000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算）
一、热量衡算的意义、方法和步骤 （一）热量衡算的意义
计算生产过程能耗定额指标 设备类型的选择及确定其尺寸、台数的依据 组织和管理、生产、经济核算和最优化的基础
（二）热量衡算的方法和步骤
➢ 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，写出热量衡算式 ➢ 搜集数据 ➢ 确定合适的计算基准 ➢ 进行具体的热量计算
2．煮沸过程蒸汽带出的热量
设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5%，则蒸 发水分量为：
V1=G米醪5%4060 =220.86(kg)
故 Q2=V1I=220.862257.2 =498525(kJ)
式中，I为煮沸温度（约为100℃）下水的汽化 潜热（kJ/kg）。
3．热损失
米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为 前二次耗热量的15%，即：
式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg）。
3．热损失Q4 根据经验有：
Q4=15% （Q4+Q4） 4．把上述结果代回（5-16）式得
Q4=1.15(Q4+Q4) =753900(kJ)
（五）洗糟水耗热量Q5 设洗糟水平均温度为80℃，每100kg原
料用水450kg，则用水量为：
G洗=4013450100=18058.5(kg) 故Q5=G洗cw(80-18)
（4）气体或蒸汽带出热量Q7 Q7=ΣG（ct+r）
式中 G——离开设备的气态物料量（kg） c——液态物料由0℃升温至蒸发温度的平均比 热容〔kJ/(kg·K)〕 t——气态物料温度（℃）
r——蒸发潜热（kJ/kg）
（5）设备向环境散热Q8为了简化计算，假定设备壁 面的温度是相同的，则：
Q8=FT（tw-ta） 式中 F——设备总表面积（m2）
c麦芽=0.01[(100-6)1.55+4.186]=1.71[kJ/(kg·K)] c大米=0.01[(100-13)1.55+4.1813]=1.89[kJ/(kg·K)]
c米醪
G大米c大米 G麦芽c麦芽 G1cw G大米 G麦芽 G1
1003 .91.89 200 .81.71 5421 .15 4.18 1003 .9 200 .8 5421 .15
故糖化总用水量为：
Gw=G1+G2=15252.3(kg) 自来水平均温度取t1=18℃，而糖化配料用
水温度t2=50℃,故耗热量为： Q1=（G1+G2）cw(t1-t2) =488073.6(kJ)