2010年工厂设计第三章四节.ppt

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 Gm GP GL 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 100L12淡色啤酒的物料衡算 3 30000t a啤酒厂糖化车间的物料衡算 3 100kg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 92 100 13 100 80 04 混合原料收得率为 0 75 70 5 0 25 80 04 98 5 71 79 得100kg混合原料可制得的12热麦汁量为 71 79 12 100 598 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 3 1 084 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 02 504 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100L12 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 83 75 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 574 504 4 100 0 2 0 228 kg 5 热麦汁量为 574 504 4 100 113 8 L 6 冷麦汁量为 531 504 4 100 105 3 L 7 湿糖化糟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 5 30000t 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8 10全脂奶粉130 150甜炼乳45 60奶油28 40 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3 4t h预煮后冷却15 20真空浓缩锅300kg h二次真空冷凝11 6双效浓缩锅1000kg h二次蒸汽冷凝35 40卧式杀菌锅2000罐 h杀菌后冷却15 20 2 用水量计算实例5000t a啤酒为计算基准 1 耗水量计算糖化用水量 1421 400 100 5685 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 5685 0 5 11376 kg h 2 洗糟用水100kg原料约用水450kg 则需用水量 1421 450 100 6394 5 kg 用水时间为0 5h 则每小时洗糟最大用水量 6394 5 1 5 4263 kg h 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 用水时间为2h 故 洗刷最大用水量 6 2 3 t h 4 沉淀槽冷却用水式中 热麦汁放出热量Q GP CP t 1 t 2 热麦汁比重C麦汁 1 043热麦汁量GP 8525 1 043 8892 kg h 热麦汁比热容CP 4 1 KJ kg k 热麦汁温度t 1 100 t 2 55 冷却水温度t1 18 t2 45 冷却水比热容C 4 18 J kg k Q 8892 4 1 100 55 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 4 0 5 8 t h 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4次 每次用水量为酵母的二倍 则连续生产每天用水量 4 1 300 2 3000 L 用水时间为1h 故最大用水量为3 t h 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 2 2 2 6 t 用水时间设为1 5h 最大用水量 6 1 5 4 t h 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 2 1 3 t h 11 清酒罐冲刷每天使用容积为2 5m3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 4 60 40 6 t h 12 过滤机用水过滤机二台 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 2 3 1 5 4 t h 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 3 4 0 525 2 0 05 40 5 3 0 433 4 867 m3 洗棉过程中换水量W2 取换水量为放水量的三倍W2 3 W1 3 4 867 14 6 t 洗棉机洗刷用水W3 每次洗刷用水W3 1 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 W 2 W1 W2 W3 2 4 867 14 6 1 5 41 93 t 设换水时间为2h 则每小时最大用水量为 41 93 2 20 95 t h 14 鲜啤酒桶洗刷用水旺季产啤酒量22 5t d 三锅量 鲜啤酒占50 设桶装占70 则桶装啤酒为 22 5 50 70 7 875 t 7875 L 鲜啤桶容积为20L 桶需桶数 7875 20 393 8 桶 日 冲桶水量为桶容积1 5倍日用水量 393 8 0 02 1 5 11 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 02 1 5 60 1 5 2 4 t h 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 3000 1 5 4500 L h 以每班生产7小时计 总耗水量 4500 7 31500 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小时 最大用水量 2 5 0 5 5 t h 17 杀菌机用水杀菌机每个瓶耗水量以1L计算 则用水量 3000 1 3000 L h 3000 7 21000 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 10 2 5 t h 结果整理成用水量表 如表所示 5000t a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 Q GCt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合成热QB 搅拌热QS和状态热 例如汽化热 溶解热 结晶热等 Q3 QB QS式中QB 发酵热 呼吸热 KJ QS 搅拌热QS 3600P KJ 通常 92 3 加热设备耗热量Q5公式 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 4 气体或蒸汽带出热量Q7Q7 G Ct r 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 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公式 Q8 F T tw ta 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 T 8 0 05tw 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 操作过程时间 s 6 加热物料需要的热量Q6Q6 GC t2 t1 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 加热介质传入的热量Q2是待求量 称为有效热负荷 若Q2为正值 过程需加热 若Q2为负值 过程需冷却 汽量计算注意几个问题 1 全面不遗漏 2 有相变时 必需确定相态基准 3 正确选择与计算热力学数据 4 物料和热量计算可联合进行 三 用汽量计算实例1 单位产品耗汽量定额 估算实例部分乳制品平均每t成品耗汽量表产品名称耗汽量 t t成品 啤酒0 45 0 55奶油1 0 2 0全脂奶粉10 15甜炼乳3 5 4 6 部分用汽设备的用汽量表 2 用汽量计算实例5000t a啤酒厂糖化车间热量计算 70页 工艺流程示意图如下图所示 说明 投料量为糖化一次的用料量 1 糖化工段耗汽量生产用最大蒸气压力247KPa自来水平均温度18 糖化用水平均温度50 洗糟用水平均温度80 糖化用水耗热量 1Q1 5685 4 18 50 18 760425 6 kJ 第一次蒸煮耗热量Q2Q2 Q 2 Q 2Q 2 G C水 100 t0 Q 2 2346 3 3 76 100 47 1 466688 5 kJ Q 2 2257 2 78 21 176535 6 kJ Q2 1 15 Q 2 Q 2 739707 7 kJ 第二次煮沸前混合醪升温至70 的耗热量Q3Q3 G混合C混合 70 63 181518 78 kJ 第二次煮沸混合醪的耗热量Q4由糖化工艺流程可知 Q4 Q 4 Q 4 Q 4Q 4 26 7 G混合醪C混合 100 70 207709 34 kJ Q 4 2257 2W 2257 2 15 64 35293 7 kJ Q 4 15 Q 4 Q 4 Q4 1 15 Q 4 Q 4 1 15 207709 34 35293 7 279453 5 kJ 洗糟水耗热量Q5Q5 G洗糟C水 80 18 1657198 6 kJ 麦汁煮沸过程耗热量Q6Q6 Q 6 Q 6 Q 6Q 6 G麦汁C麦汁 100 70 979407 36 kJ Q 6 2257 2 1275 27 2878539 44 kJ Q 6 15 Q 6 Q 6 结合以上三项结果得 Q 6 1 15 Q 6 Q 6 4436638 82 kJ 糖化一次总耗热量Q总 糖化一次耗用蒸气量D使用表压为0 3Mpa的饱和蒸汽 I 2725 3kJ kg 则 式中 I为相应冷凝水的焓 561 47kJ kg 为蒸汽的热效率 取 95 糖化过程中每小时最大蒸汽耗量Qmax糖化过程各步骤中 麦汁煮沸耗热量Q6为最大 且知煮沸时间为90min 热效率95 故 相应的最大蒸汽耗量为 蒸汽单耗每年糖化次数为700次 共生产啤酒5034t 年耗蒸汽总量为 DT 3918 46 700 2742922 kg 每吨啤酒成品耗蒸汽 对糖化 Ds 2742922 5034 545kg t啤酒每昼夜耗蒸汽量 生产旺季算 为 D 3918 46 6 23510 76 kg d 计算的结果列成热量消耗综合表 如表所示 四 耗冷量计算 一 耗冷量计算的意义 二 耗冷量计算的方法和步骤分类 1 工艺耗冷量2 非工艺耗冷量 三 计算实例 82页 以30000t a啤酒厂发酵车间耗冷量计算1 发酵工艺流程示意图 2 工艺技术指标及基础数据年产12 淡色啤酒30724t 旺季糖化6次 淡季4次 每年共糖化1500次 主发酵时间6天 4锅麦汁装1个锥形发酵罐 12 Bx麦汁比热容C1 4 0kJ kg k 冷媒用15 酒精溶液 比热容可视作C2 4 18kJ kg k 麦芽糖厌氧发酵热q 613 6kJ kg 麦汁发酵度60 工艺耗冷量和非工艺耗冷量两类 即 Q Qt Qnt3 工艺耗冷量Qt 1 麦汁冷却耗冷量Q1麦汁冷却每罐耗冷量为 Qf 4Q1 4 8496576 33986304 kJ 相应的冷冻介质 2 的冷水 耗量为 式中t1 和t 2 分别是冷冻水的除温和终温 Cm 水的比热容 kJ kg k 2 发酵耗冷量Q2 发酵期间发酵放热Q2 每锥形发酵罐放热量为 Q0 44 18 21313 4 3766433 kJ 发酵后期发酵液降温冷却Q 2Q0 4GC 6 1 4 24138 4 0 7 2703456 kJ 工艺要求过冷时间2天 则耗冷量为 麦汁每天装1 5个锥形罐 Q 2 1 5Q 0 24 2 84483 kJ h 发酵总耗冷量Q2Q2 Q2 Q 2 58851 84483 143334 kJ h 每罐发酵耗冷量Q0Q0 Q 0 Q 0 3766433 2703456 6469889 kJ 发酵用冷媒耗量 循环量 M2M2 Q2 Cm 8 143334 4 18 8 4286 3 kg h 3 酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3G w 24138 6 1 0 3 4345 kg d 无菌水冷却操作2h内完成