食品工廠創(chuàng)新設(shè)計工藝計算專業(yè)培訓(xùn)課件

1、食品工廠創(chuàng)新設(shè)計工藝計算專業(yè)培訓(xùn)課件 物料衡算包括該產(chǎn)品的原輔料和包裝材料的計算。通過物料衡算，可以確定各種主要物料的采購運輸和倉庫儲存量，并對生產(chǎn)過程中所需的設(shè)備和勞動力定員的需要量提供計算依據(jù)。 計算物料時，必須使原、輔料的質(zhì)量與經(jīng)過加工處理后所得成品和損耗量相平衡。加工過程中投入的輔助料按正值計算，加工過程中的物料損失，以負值計入。這樣，可以計算出原料和輔料的消耗定額，繪制出原、輔料耗用表和物料平衡圖。并為下一步設(shè)備計算、熱量計算、管路設(shè)計等提供依據(jù)和條件。還為勞動定員、生產(chǎn)班次、本錢核算提供計算依據(jù)。因此，物料衡算在工藝設(shè)計中是一項既細致又重要的工作。 第一節(jié) 物料衡算一、物料衡算的概

2、念與意義意義：(1)確定生產(chǎn)設(shè)備的容量、個數(shù)和主要尺寸。(2)工藝流程草圖的設(shè)計。(3)水、蒸汽、熱量、冷量等平衡計算。(4)車間布置、運輸量、倉庫儲存量、勞動定員、生產(chǎn)班次、本錢核算、管線設(shè)計。 概念：物料衡算是指：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，凡引入某一系統(tǒng)或設(shè)備的物料重量Gm，必等于所得到的產(chǎn)物重量Gp和物料損失量Gt之和，即：Gm=GP+Gt 物料衡算的根本資料是“技術(shù)經(jīng)濟定額指標(biāo) ，而技術(shù)經(jīng)濟定額指標(biāo)是工廠在生產(chǎn)實踐中積累起來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)因具體條件而異，如地區(qū)差異、機械化程度、原料品種、成熟度、新鮮度及操作條件等不同，選用時要根據(jù)具體條件而定，一般老廠改造按該廠原有的技術(shù)經(jīng)濟定額為計算依

3、據(jù)，新建廠那么參考相同類型、相近條件工廠的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟定額指標(biāo)，再以新建廠的實際情況作修正。 在物料衡算時，計算對象可以是全廠、全車間、某一生產(chǎn)線、某一產(chǎn)品，在一年或一月或一日或一個班次，也可以是單位批次的物料數(shù)量。一般新建食品工廠的工藝設(shè)計都是以“班產(chǎn)量為基準(zhǔn)。例如： 二、 物料計算方法每班耗用原料量(kg/班)=單位產(chǎn)品耗用原料量(kg/t)班產(chǎn)量(t/班)； 每班耗用各種輔料量(kg/斑)=單位產(chǎn)品耗用各種輔料量(kg/t)班產(chǎn)量(t/班)；每班耗用包裝容器量(只/班)=單位產(chǎn)品耗用包裝容器量(只/t)班產(chǎn)量(t/班)(1十0.1損耗)。 單位產(chǎn)品耗用的各種包裝材料、包裝容器也可仿照上述

4、方法計算。假設(shè)一種原料生產(chǎn)兩種以上產(chǎn)品，那么需分別求出各產(chǎn)品的用量，再匯總求得。另外，在物料計算的時候，也有用原料利用率作為計算根底。 物料計算結(jié)果通常用物料平衡圖或物料平衡表來表示。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。三、 計算結(jié)果的表示物料平衡圖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 物料平衡表名稱計算單位主、輔原料產(chǎn)品食品損失1損失2損失3批次

5、質(zhì)量百分比班次質(zhì)量百分比2.物料平衡表原料消耗綜合表序 號原料名稱單位純度100%每噸產(chǎn)品消耗定額(t)每天或每小時消耗量(t)年消耗量(t)備注工業(yè)品100%工業(yè)品100%工業(yè)品100%排出物料綜合表序號名稱特性成分單位每噸產(chǎn)品排出量t每小時排出量t每年排出量t備注四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)內(nèi)容1生產(chǎn)規(guī)模(t/a)2生產(chǎn)方法3生產(chǎn)天數(shù)(d/a)4產(chǎn)品日產(chǎn)量(t/d)5產(chǎn)品年產(chǎn)量(t/a)6副產(chǎn)品年產(chǎn)量(t/a)7產(chǎn)品質(zhì)量8總回收率()四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)內(nèi)容9原材料單耗(1)主原料(t/t產(chǎn)品)(2)輔料(t/t產(chǎn)品)(3)水(t/t產(chǎn)品)(4)電(kwh/t產(chǎn)品)(5)蒸汽(t/t產(chǎn)品)(6)冷

6、量(kJ/t產(chǎn)品)10總投資(萬元)(1)設(shè)備價值(2)材料費(3)運雜費(4)建筑工程費(5)工資 (6)其他四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)內(nèi)容11勞動生產(chǎn)率(1)生產(chǎn)人員(2)商品產(chǎn)值(萬元)(3)全員勞動生產(chǎn)率萬元/(人a)(4)工人實物勞動生產(chǎn)率(t/(a人)12單位本錢(元/t)13利潤(1)單位產(chǎn)品利潤(元/t)(2)總利潤(萬元/a)14、投資回收年限(a)15、全廠設(shè)備總重量(t)16全廠主要管件、管材總重(t)17鋼鐵、水泥、木材單耗第二節(jié) 熱量平衡計算一、熱量衡算的意義、方法和步驟一熱量衡算的意義1計算生產(chǎn)過程能耗定額指標(biāo)?？蓪に囋O(shè)計的多種方案進行比較，以選定先進的生產(chǎn)工藝；或?qū)σ?/p>

7、投產(chǎn)的生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程的經(jīng)濟合理性、過程的先進性進行分析，并找出存在的問題，提出改造或革新的措施。2熱量衡算的數(shù)據(jù)是設(shè)備選型、確定臺數(shù)的依據(jù)。3熱量衡算是組織和管理、生產(chǎn)、經(jīng)濟核算和最優(yōu)化的根底。二熱量衡算的方法和步驟 熱量衡算也可作全過程的單元設(shè)備的熱量衡算。 以單元設(shè)備的衡算為例具體的方法和步驟如下：1. 畫出單元設(shè)備的物料流向及變化的示意圖。2. 分析物料流向及變化，寫出熱量衡算式： -輸入的熱量總和KJ -輸出的熱量總和kJ -損失的熱量總和kJ式中：Q1物料帶入的熱量kJ Q2由加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理 的物料的熱量kJ Q3過程的熱效應(yīng)，包括生物反響熱、攪拌熱 等kJ式中：

8、Q4物料帶出的熱量kJ Q5加熱設(shè)備需要的熱量kJ Q6加熱物料需要的熱量kJ Q7氣體或蒸汽帶出的熱量kJ3. 收集數(shù)據(jù) 物料量、工藝條件以及必需的物性數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)可以從專門手冊查閱，或取自工廠實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，或根據(jù)試驗研究結(jié)果選定。4. 確定適宜的計算基準(zhǔn) 在熱量衡算中必須選準(zhǔn)一個設(shè)計溫度，且每一物料的進出口基準(zhǔn)態(tài)必須一致。通常，取0為基準(zhǔn)溫度可簡化計算。5. 進行具體的熱量計算15. 進行具體的熱量計算1物量帶入的熱量Q1和帶出熱量Q4計算：式中：G物料質(zhì)量kg c物料比熱容kJ/(kg.K) t物料進入或離開設(shè)備的溫度 2過程熱效應(yīng)Q3 主要有反響熱QB、攪拌熱Qs和狀態(tài)熱Q例如汽化熱、

9、溶解熱、結(jié)晶熱等： Q3=QB+QS+Q式中：QB反響熱kJ QS=3600P(kJ) 其中P為攪拌功率kW，為攪拌過程功熱轉(zhuǎn)化率，通常=92%。 Q=G，G為狀態(tài)改變的質(zhì)量，為潛熱。3加熱設(shè)備耗熱量Q5 為了簡化計算，忽略設(shè)備不同局部的溫度差異，那么： Q5=Gct2-t1式中：G設(shè)備總質(zhì)量kg c設(shè)備材料比熱容比熱容kJ/(kg.K) t2、t1設(shè)備加熱前后的平均溫度4氣體或蒸汽帶出的熱量Q7 式中：G離開設(shè)備的氣態(tài)物料如空氣、CO2等質(zhì)量 kg c物料溫度由0 升溫至蒸發(fā)溫度的平均比熱容 kJ/(kg.K) t氣態(tài)物料溫度 r蒸發(fā)潛熱kJ/kg)5設(shè)備向環(huán)境散熱Q8 為了簡化計算，假定設(shè)

10、備壁面的溫度是相同的，那么 式中：F設(shè)備總外表積m2 T壁面對空氣的聯(lián)合給熱系數(shù)W/(m2 ) tw壁面溫度 ta環(huán)境空氣溫度 操作過程時間s T的計算：空氣作自然對流， T=8+0.05tw強制對流時， T=5.3+3.6W空氣流速W=5m/s或T=6.7W0.78W5m/s)6加熱物料需要的熱量Q6 式中：G物料質(zhì)量kg c物料比熱容kJ/(kg.K) t1、t2物料加熱前后的溫度7加熱或冷卻介質(zhì)傳入或帶出的熱量Q2 Q2稱為有效熱負荷。假設(shè)計算出Q2為正值，那么過程需要熱；假設(shè)Q2為負值，那么過程需從操作系統(tǒng)移出熱量，即需冷卻。根據(jù)Q2來確定加熱或冷卻介質(zhì)及其用量。熱量衡算值得注意的幾個

11、問題1確定熱量衡算系統(tǒng)所涉及所有熱量或可能轉(zhuǎn)化為熱量的其他能量，不要遺漏。但對衡算影響很小的工程可以忽略不計，以簡化計算。2確定物料計算的基準(zhǔn)、熱量計算的基準(zhǔn)溫度和其他熱量基準(zhǔn)。有相變時，必須確定相態(tài)基準(zhǔn)，不要忽略相變熱。3正確選擇與計算熱力學(xué)數(shù)據(jù)。4在有相關(guān)條件約束，物料量和能量參數(shù)如溫度有直接影響時，宜將物料平衡和熱量平衡計算聯(lián)合進行，才能獲得準(zhǔn)確結(jié)果。第三節(jié) 水平衡計算 水平衡是在完成主要物料衡算的根底上與熱量衡算同時展開的。水衡算的方法與步驟和物料衡算類似，注意的問題：1食品生產(chǎn)工藝中，需用水的過程一般包括原料處理、培養(yǎng)基配制、半成品的洗滌、冷卻過程、設(shè)備和管道的清洗等。2生產(chǎn)工藝、設(shè)

12、備或規(guī)模不同，生產(chǎn)過程用水量也隨之改變，有時差異還很大。即便是同一規(guī)模、工藝也相同的廠，單位成品耗水量往往也不相同。所以在工藝流程設(shè)計時，必須妥善安排，合理用水，盡量做到一水多用和循環(huán)使用。第四節(jié) 耗冷量的計算 Q=Qt+Qnt其中：Qt工藝耗冷量，Qt=Q1+Q2+Q3 Q1物料和反響罐體冷卻至操作溫度的耗冷量 Q2反響熱 Q3工藝用水的冷卻耗冷量 Qnt非工藝耗冷量 照明及用電設(shè)備耗冷及其他操作耗冷量 圍護結(jié)構(gòu)耗冷量 管道冷量散失第五節(jié) 無菌壓縮空氣消耗量計算壓縮空氣消耗量，通常用單位時間耗用的常壓空氣體積表示，即m3/h(105Pa)1.通氣發(fā)酵罐通風(fēng)量計算 Q通氣量m3/h) qo2微

13、生物比呼吸速率mol O2/(kg h) x發(fā)酵罐裝液量m3 cin通入發(fā)酵罐的空氣氧濃度mol o2/m3) cout離開發(fā)酵罐的空氣氧濃度mol o2/m3)(1) 氧氣傳質(zhì)系數(shù)KLa等值放大準(zhǔn)那么計算Q 對高耗氧的生物反響，如酵母培養(yǎng)生產(chǎn)，通?？墒褂玫菿La放大準(zhǔn)那么。放大罐通氣量Q2與試驗罐的Q1的關(guān)系為：式中 V1試驗罐的裝液量m3 V2放大罐的裝液量m3 H1試驗罐的裝液高度m H2放大罐的裝液高度m(2)單位體積液體中攪拌功率P0 /VL相等的準(zhǔn)那么進行放大 這是通風(fēng)發(fā)酵罐放大設(shè)計最常用的方法。對谷氨酸、檸檬酸及抗生素等發(fā)酵，盡管規(guī)模不同，但維持P0/VL不變，那么生產(chǎn)結(jié)果相近。

14、 應(yīng)用P0/VL相等準(zhǔn)那么放大設(shè)計時，理論上通氣量的計算可按照空截面氣速Vs維持恒定的原那么，即放大罐的通氣量為：式中D2放大罐的直徑m Vs1試驗罐空截面氣速m/s2. 通風(fēng)攪拌用的壓縮空氣的壓強計算 式中：P通風(fēng)攪拌用的壓縮空氣的壓強Pa H被攪拌液體的液柱高度m L被攪拌液體的密度kg/m3) 通入空氣的密度kg/m3 W管道中空氣流速m/s g重力加速度9.81 m/s2 空氣分布器等阻力 P0液面上的壓強Pa3.壓送液體物料時無菌空氣耗量1所需壓縮空氣壓強PPa可按下式計算： 式中：H壓送靜壓高度m 被輸送液體密度kg/m3)2壓縮空氣消耗量分下述兩種情況計算： 1 設(shè)備中液體在一次

15、操作中全部被壓完 V=10-5V0P m3 V1=10-5V0P/ (m3/h 式中： V0設(shè)備容積m3 P所需壓縮空氣的壓強Pa 2 設(shè)備中液體局部壓出 對一次操作，折算成壓強為105Pa的壓縮空氣消耗量為： 假設(shè)每次壓送時間為fh，那么每小時無菌空氣耗量為： 式中：V0設(shè)備容積m3 設(shè)備裝料系數(shù) VL一次壓送出的液體體積m3第六節(jié) 抽真空量計算 1真空冷卻器的抽真空量計算 被處理料液在真空冷卻器內(nèi)產(chǎn)生的二次蒸汽量為： W=Gc(t1-t2)/(I-ct2) (kg/h)式中：G進入冷卻器的料液流量kg/h c料液比熱容kg/(kg K) t1進入的料液溫度 t2離開的冷卻的料液溫度 I二次蒸汽焓kg/kg)相對真空度是指被測對象的壓力與測量地點大氣壓的差值。用普通真空表測量。在沒有真空的狀態(tài)下(即常壓時)，表的初始值為0。當(dāng)測量真空時，它的值介于0到101.325KPa一般用負數(shù)表示之間。 2真空輸送料液耗真空量： 通常采用間隙操作，且液體可視為不可壓縮液體，故每次操作抽真空量為: B=V-2.3 lgPm3) 假設(shè)每次操作時間為(h),那么抽真空速率為： B1=V-2.3