第五章 物料衡算和能量衡算

生产工艺流程示意图 所需要的理化参数和选定的工艺参 数，产品的质量指标。
（三）物料衡算的结果
（四）计算步骤
① 搜集计算数据、列出已知条件和选定工艺参数。 ② 按工艺流程顺序用方块图和箭头画出物料衡算示意图。
图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头 表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知 变量（如流量、组成）及单位。对一些未知的变量， 可用符号表示。
板式换热器，脱色棉籽油从原油罐进入结晶罐过程中的第一次冷却
采用20℃冷却水冷却； 脱色油经过水冷却器换热后，温度降至60℃； 100℃，60℃时棉籽油的比热分别为0.495 cal／g℃，0.455 cal／g℃ 则Cp=0.475 cal／g℃ 单位换算：0.455 cal／g℃=0.455×4.2=1.911 kJ／kg℃ 0.495 cal／g℃=0.495×4.2=2.079 kJ／kg℃ 0.475 cal／g℃=0.475×4.2=1.995 kJ／kg℃ 冷却脱色棉籽油耗用的热量：Q=q脱色脂×Cp×(t1—t2) =6250×1.995×(100-60) =498750kJ／h =138541.7 W
第二节 能量衡算
在食品工厂生产中，能量的消耗是一项 重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、 设备设计、操作制度是否先进合理的主要指 标之一。
能量衡算的基础是物料衡算，只有在进 行完物料衡算后才能做能量衡算。
（一）热量衡算
（1）热量衡算的依据
（2）热量衡算的依据
（3）热量衡算的方法和步骤
热量衡算实例— 棉籽油热量计算实例
（四）计算步骤
③ 选定计算基准，一般以吨/日或kg/h为单位。
④ 列出物料衡算式，然后百度文库数学方法求解。
在食品生产过程中，一些只有物理变化、未发生 化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、干燥、吸 收、结晶、萃取等，这些过程可以根据物料衡算 式，列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法 求解。 对于有化学反应的单元操作，可以采用化学反应 式进行衡算。
图6-2 班产12.5 吨原汁猪肉物料平衡图
（2）物料平衡表

物料平衡表是物料平衡计算的另一种表示形式， 其内容与平衡图相同，其格式 如下：
物料平衡表
物料衡算实例
大米加工工艺的物料衡算（一）
大米加工工艺流程框图
物料平衡图
物料平衡表
全脂奶粉的物料衡算( 二)
奶粉生产工艺流程框图
产品成分 乳脂肪 20% 水分 3% 非脂乳固体 77%
根据上表的基础数据首先进行100kg原料生产
啤酒的物料衡算，然后进行啤酒的物料衡算，最后 进行30000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
100kg原料（60%麦芽，40%大米）生产12o啤酒的物 料衡算
（1）热麦汁量 根据表3-1可得原料收率分别为：
麦芽收率为： 0.75（100－6）÷100=70.5% 大米收率为： 0.92（100－13）÷100=80.04% 混合原料收得率为： [0.60×70.5%×（1－0.1）+ 0.40×80.04%]×98.5%=73.16% 由上述可得100kg混合原料可制得的热麦汁量为： （73.16÷12）×100=609.66（kg） 又知汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比 20℃时的麦汁 体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为： （609.66÷1.084）×1.04=584.92L （2） 添加酒花量： 609.66×0.2%=1.22kg （3） 冷麦汁量为： 584.92×（1－0.075）=541.05L （4） 发酵成品液量： 541.05×（1－0.016）=532.39L （5） 清酒量（过滤）为：532.39×（1－0.015）=524.41L （6） 成品啤酒量为： 524.41×（1－0.02）=513.92L
取热损失为5％，Q放=Q吸× 95％= 498750× 0.95=473812.5 kJ／h 50℃，20℃时的水的比热分别为4.174 kJ／kg℃，4.183 kJ／kg℃， 则Cp=4.1785 kJ／kg℃ 水的流量： q水=Q放/Cp(t1一t2)= 473812.5／[4.1785×(50—20)]=3779.77 kg／h 板式换热器的传热器数：
第五章 物料衡算和能量衡算
食品工厂工艺设计主要是应用守恒定律 来研究生产过程的物料衡算和能量衡算。物 料衡算和能量衡算是进行食品工厂工艺设计、 过程经济评价、节能分析以及过程优化的基 础。因此，其计算在工艺设计中是一项既细 致又重要的工作。
第一节 物料衡算
（一）物料衡算的作用
（二）物料衡算的依据
生产100L啤酒 ？
生产100L啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°成品啤酒513.92L， 故可得出下述结果： （1） 生产100L啤酒需耗混合原料量为： （100÷513.92）×100=19.46kg （2） 麦芽耗用量： 19.46×60%=11.68kg （3） 大米耗用量： 19.46－11.68=7.78kg （4） 酒花用量为 对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒 花耗用量为： （584.92/513.92）×100×0.2%=0.2276kg （5） 热麦汁量为：（584.92/513.92）×100=113.82L （6） 冷麦汁量为：（541.05/513.92）×100=105.28L （7）发酵成品液量：（532.39/513.92）×100=103.60L （8）清酒量： （524.41/513.92）×100=102.04L
（四）计算步骤
⑤ 将计算结果用物料平衡图或物料平衡表表示。 物料平衡表是根据任何一种物料的重量与经过加 工处理后得到的成品及少量损耗之和在数值上时 相等的原理绘制的。平衡表的内容包括：工序名 称、物料名称、输入量、输出量、技术指标等组 成。
（1）物料平衡图

物料平衡图是根据任何一种物料的重量 与经过加工处理后所得的成品及少量损耗之 和在数值上是相等的原理来绘制的，平衡图 的内容包括：物料名称、质量、成品质量、 物料的流向、投料顺序等项。绘制物料平衡 图时，实线箭头表示物料主流向，必要时用 细实线表示物料支流向，见下图。
需要添加脱脂乳或稀奶油 ?
全脂奶粉的物料衡算
产品成分 乳脂肪 20% 水分 3% 脱脂乳 乳脂肪 0.01% 稀奶油 乳脂肪 40% 非脂乳固体 5.16% 非脂乳固体 8.92% 非脂乳固体 77%
1000kg原料乳能得到多少标准乳?
30000吨啤酒厂糖化车间的物料衡算（三）
啤酒生产工艺流程图
全年生产天数为300天，设旺季生产240天，淡季生产 60天。旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则 全年糖化次数为： 240×7+60×5=1980（次） 计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。 （1）每次糖化的原料量为: 混合原料: (30000000/1980)×(100/513.92)=2948.3(kg) 大麦: 2948.3×0.75=2211.2(kg) 大米: 2948.3×0.25=737.1(kg) （2）热麦汁量: (609.66/100)×2948.3=17974.6(L) （3）冷麦汁量: (541.05/100)×2948.3=15951.77(L) （4）酒花用量: (1.22/100)×2948.3=35.97(kg) （5）发酵成品液： (532.39/100)×2948.3=15696(L) （6）清酒液：(524.41/100)×2948.3=15461(L)
（一）“单位产品耗气量定额”估算法
（二）用气量的计算法
K=300 W／m2℃，△t1=100-50=50℃， △t2=60—20=40℃。
△tn=(△t1-△t2)／ln△t1／△t2=44.8℃ 换热面积：S=Q／K△tn=131615／(300×44.8)=9.79 m2 选用换热器的型号：B×200—10
（二）用水量的计算
用水量的计算方法
（三） 用气量的衡算