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第四章工艺衡算第一节物料衡算一、物料衡算的意义发酵工厂设计中的物料衡算是对整个发酵生产过程(即由原料至成品)物料变化的汁算。它包括产品的原辅材料、半成品和成品等的平衡计算，可以确定各种主要物料的需要量、采购运输量和仓库储存量，并对生产过程所需设备和劳动定员及包装材料用量等提供依据。物料衡算就是我们通常说的“收人＝支出”的关系。一、物料衡算的意义在发酵生产中，物料衡算是根据质量守恒定律来进行的，即凡引入某一系统或设备的物料质量m，必等于所得到的产物质量mp和物料损失量md之和，即m＝mp十md。这个运算法则，既适用于每一个单元操作过程，也适合于整个生产过程，既可进行总物料衡算，也可对混合物中某—组分作部分物料衡算。一、物料衡算的意义工厂设计进行物料衡算时有两种情况：一种是在给定生产规模下，算出生产过程所需要的原料量，以及副产品和“三废”生成量；另一种是在已知原料量的情况下，算出产品、副产品和“三废”生成量，从而确定原料消耗定额。二、物料衡算的步骤各类型发酵工厂设计中，其物料衡算各有特点，要求也不尽相同，但都大同小异，其原理是相同的，通常按下列步骤来进行：(1)弄清题意，并充分了解具体项目对物料衡算的要求。(2)画出物料衡算流程示意图。对规定物料衡算的系统应绘出物料流程示意图，并用箭头标示各股物料的进出方向、数量、组成，以及温度和压力等条件，并用恰当符号标明待求的未知量。二、物料衡算的步骤(3)收集有关设计基础数据和物化常数，一般包括生产规模，年生产天数，原料、辅料和产品的规格、组成及质量等，以及密度、比热等物化常数。(4)确定上艺指标及消耗定额等。设计所用的工艺指标，原材料清耗定额及其他经验数据，可根据所用的生产方法、工艺流程和设备，对照同类型生产工厂的实际水平来确定，这必须是先进而又可行的，它是衡量设计水平高低的标志。二、物料衡算的步骤(5)选定计算基准。计算基准是工艺计算的出发点，选择正确能使计算结果合理，而且可使计算大为简化。在工业生产上，常用的基准有：以单位时间产品量或单位时间原料量作为计算基准，以单位质量、单位体积或单位物质的量的产品或原料量为计算基准，以加入设备的一批次物料量为计算基准。二、物料衡算的步骤(6)计算。由已知数据进行物料衔算。根据物料衡算式和待求项的数目列出数学关系式。关系式数目应等于未知项数目，当关系式数目少于未知项数时，可用试差法求解。二、物料衡算的步骤(7)整理计算结果。将物料衡算的结果加以整理，列成物料衡算表，或绘制成物料流程图。物料流程图是物料衡算结果的一种简单表示方法，它能清楚地表示出各种物料在流程中的位置、相互关系以及物料变化情况等。通过上述物料衡算，可对所设计的工厂、车间或工段的生产状况进行分析，也可为确定实际生产能力，衡量操作水平，寻找薄弱环节，挖掘生产潜力，开展技术革新，改进生产提供依据。三、计算实例(一)6000t／a味精工厂发酵车间的物料衡算1．味精发酵工艺流程示意图味精发酵采用淀粉原料，双酶法或水解法制糖，中糖发酵，一次等电点提取的工艺，其工艺流程示意图如图4—l所示。2．工艺技术指标及基础数据(1)主要技术指标如表4—l所示。(2)主要原材料质量指标淀粉原料中淀粉含量为80％，含水14％。(3)二级种子培养基(g/L)配方如下。3．味精发酵车间的物料衡算以生产1000kg纯度100％的味精，需耗用的原辅材料及其他物料量为例。(1)发酵液量4．6000t／a味精厂发酵车间的物料衡算表由上述生产1000kg味精(100％纯度)的物料衡算结果，可求得6000t／a味精厂发酵车间的物料平衡计算，具体计算结果如表4—2。第二节热量衡算一、热量衡算的意义热量衡算的目的是在于定量研究生产，为过程设计和操作最佳化提供依据。(1)通过对发酵过程的热量衡算，计算生产过程能耗定额指标。应用蒸汽等能量消耗的指标，可对工艺设计的多种方案进行比较，选定先进的生产工艺；或对已投产的生产系统提出改造或革新方案，根据少产过程的经验，分析过程的合理性和先进什，并找出生产上存在的问题。一、热量衡算的意义(2)热量衡算的数据是设备类型选择及确定其尺寸和台数的依据。(3)热量衡算是组织管理生产，进行经济核算和实行最优化的基础。热量衡算的结果有助于工艺流程和设备的改进，达到节约能源、降低生产成本的目的。二、热量衡算的步骤对工厂的热量街算，一般都把整个生产流程分开逐个计算，以便简化计算过程，有利于指导工作和进行生产控制。通常按下列步骤进行：(1)画出单元设备的物料流向和变化示意图。二、热量衡算的步骤二、热量衡算的步骤(3)合理确定计算基准。取不同的基准温度，计算出的数据就不同；一般选择—个设计温度，而且每一物料的进出口基堆必须一致。通常取0℃为基准温度进行计算，这样可以简化计算。基准也可视计算需要任意确定，主要考虑尽量减少计算工作量而选择恰当的基堆。例如可按100kg或1000kg原料，单位时间、每批进料量等为基准。二、热量衡算的步骤(4)收集数据。主要收集已知物理量，工艺条件和有关物性的数据等，这些可以从专门的手册中查阅，或依工厂的实际数据选定。(5)热量计算。具体计算热量应运用的公式和程序，可参阅物理化学的化学反应热计算及化工原理的传热计算等相关内容。二、热量衡算的步骤(6)计算设备热负荷与冷却剂消耗量。(7)将热量衡算结果汇总，列成表格，对衡算结果进行检查和分析。三、计算实例30000t／a啤酒厂糖化车间热量衡算下面就以二次煮出糖化法的糖化工艺为基准来进行糖化车间的热量衡算。其工艺流程示意图如图4—6所示，其中的投料量为糖化一次的用料量。三、计算实例第三节供水衡算一、概述•发酵工厂生产工艺过程需要大量生产用水，设计时应设置多大的给水能力，要通过计算确定。习惯上采用“单位产品耗水量定额”来估算生产车间的用水量。但对同一产品而言，其单位产品的耗水量因地区不同，原料情况差异，工艺条件不同以及设备条件、生产能力、管理水平。•工人素质实际情况的不同而有较大幅度的变化，因此，此法只是较粗略的计算。一、概述•为了使生产车间用水量能合理控制，节约用水，可按工艺流程的各个工序逐个进行计算、通过给水平衡可为输水管径和水泵的选用提供依据。•对于发酵工厂设计，水的平衡计算是十分重要的设计步骤。因为水衡算、热量衡算等工艺计算以及设备的计算与选型、产品成本、技术经济等之间均有密切关系。此外，发酵生产的废液排放量也与水的用量密切相关。二、计算实例年产5万吨12。P啤酒用水量计算1．糖化用水量每100kg混合原料糖化用水量420kg，混合原料每次投料量为4947kg，糖化用水时间每次0．5h。二、计算实例二、计算实例二、计算实例二、计算实例二、计算实例二、计算实例二、计算实例