第七节生产车间水、汽用量的估算

1第七节生产车间水、汽用量的估算一、用水量计算的意义食品生产中，水是必不可少的物料。因为食品生产过程涉及的物理方法和生化反应，都必须有水的存在,不管是原料的预处理、加热、杀菌、冷却、培养基的制备、设备和食品生产车间的清洗等都需要大量的水。可以说，没有水食品生产就无法进行。在食品加工中，无论是原料的预处理、蒸煮、糖化等过程，都有原料的最佳配比、物料浓度范围，故加水量必须严格控制。所以，对于食品生产来说，供水衡算，即根据不同食品生产中对水的不同需求，进行用水量的计算，是十分重要的，并且与物料衡算、热量衡算等工艺计算以及设备的计算和选型、产品成本、技术经济等均有密切关系。2确定生产车间水、汽用量是工艺设计人员在给水工程设计中的任务。食品工厂生产车间用水、用汽量的多少是随产品种类而异。生产车间用水包括以下部分：1.工艺过程用水2.产品本身用水3.清洁车间用水3生产车间用汽包括以下部分：1.工艺过程用汽2.清洁车间用汽生产车间用水、用汽量的估算方法一般有两种：1.按“单位产品耗水、耗汽量定额”来估算2.用计算法来估算4一、按“单位产品耗水、耗汽量定额”来估算优点：计算方法简单缺点：我国目前常缺乏具体和确切的技术经济指标，用这种方法来计算只能看作是粗略的估算。大家都知道，一个食品厂，往往同时生产几种产品，而各种产品生产过程中缺乏对水汽耗量的计算，一般是按月所耗水、耗汽量分摊到各产品中去。由于摊派方式不同，其定额指标亦不相同。5表1部分食品的单位耗水量表6造成单位产品耗水、耗汽量定额不同的原因：1.摊派方式不同，其定额指标亦不相同2.地区的不同3.原料品种的不同4.设备条件的不同5.生产能力的不同6.管理水平不同、工人素质不同由于以上原因，造成单位产品耗水、耗汽量差别很大，我们在设计时，要注意收集这些指标。7收集这些指标的途径：1.查阅资料2.到工厂中去调查采用这些指标时，要注意拟建工厂和原有旧工厂之间的差别，尽可能选取生产规模、技术水平相近工厂的指标。对于规模小的食品工厂在进行供水衡算时可采用“单位产品耗水量定额”估算法，可分为三个步骤，即按单位吨产品耗水量来估算、按主要设备的用水量来估算和按食品工厂生产规模来拟定给水能力。8(一)平均每吨成品的耗水耗汽量根据我国部分罐头食品厂和乳品厂的调查统计，其单位耗水、耗汽量大致如表1和表2所示。味精厂每吨产品用水量：1000~1500吨左右；啤酒厂每吨产品用水量：40吨左右（包括麦芽生产）啤酒厂每吨产品用水量：10~20吨左右（不包括麦芽生产）910(二)一些设备的用水用汽量有些设备的用水用汽量较大，在安排管路系统时，要考虑它们在车间的分布情况。对用水压力要求较高，用水量较大而又集中的地方(或对蒸汽压力要求较高，用汽量大而集中的地方)，应单独接入主干管路。表3-33和表3-34列出一些设备的用水和用汽量。11(三)按生产规模拟定给水能力一个食品工厂要设置多大的给水能力，主要是根据生产规模，特别是班产量的大小而定。用水量与产量有一定的比例关系，但不一定成正比。班产量越大，单位产品耗水量相应越低。给水能力因而可相应减低。下面列举罐头和乳品方面的部分产品，按一定的生产规模建议设置的给水能力的大小(参阅表3和表4)。1213表3部分乳制品按生产规模供汽能力表注：（1）指生产用汽，不包括采暖和生活用汽；（2）北方寒冷，宜选用较大值。14二、用计算方法来估算用水用汽量食品工厂生产车间的用水用汽量可根据不同的的产品、不同原料品种、不同地区，再结合建厂的实际情况，在设计时参考上述各表的数据或到相同类型、相同条件的工厂中收集有关水、汽的消耗定额作为设计的依据。利用“单位产品耗水、耗汽量定额”来估算，但是这种方法又有不足之处：1.目前我国很多食品厂缺乏对各产品较准确的水汽消耗定额数据；2.各厂由于实际情况不同而定额有差异；3.新产品没有这类指标。因此设计上就不得不用计算的方法进行估算。但算得的理论数据往往比实际消耗的要低得多。至于低多少，这与厂领导的企业管理水平工人素质等因素有关，亦就是与生产中的浪费量有关。所以设计时要扩大一个倍数。有关估算耗水、耗汽量的方法及有关公式列举于下：15(一)耗水量估算（以罐头生产为例）1.产品本身用水：调制食品和添加汤计等2.工艺过程用水：清洗物料、设备用水，杀菌冷却用水，冷凝二次蒸汽用水等3.冲洗车间地坪用水(二)耗汽量估算以上为自学部分161、耗水估计（1）产品添加用水量•W1=G.Z(吨)•式中：G——班产量，吨成品。•Z——每吨成品在加工过程中所需添加的水量，吨/吨成品。（2）物料清洗或容器洗涤用水量•W2=〒/4d2.V.t.c（吨）•式中：d——进水管直径，mm•V——进水管流速，m/s•t——清洗时间，h•c——水的容重，吨/m317(3)冷却产品用水量•W3=G.C(t1-t2)/(t4-t3).1000•式中：G——需要冷却产品的重量，Kg•C——需要冷却产品的比热，Kcal/Kg.C•t1——冷却前产品的初温，℃•t2——冷却后产品的终温，℃•t3——冷却水的初温，℃•t4——冷却水的终温，℃18（4）冷却二次蒸汽用水量•W4=D.(i-i0)/C.(T2-T1)(吨)•式中：D——二次蒸汽量，Kg/h•i——二次蒸汽热焓，J/Kg•i0——二次蒸汽冷凝液热焓，J/Kg.•C——冷却水比热，J/Kg.K.•T2——冷却水出口温度，K.•T1——冷却水进口温度，K.19（5）冲洗地坪用水量•根据实测数据，1吨水可冲地坪40m2左右，若食品加工厂生产车间每小时4小时洗一次，即每班至少冲洗两次，则有：•W5=S.2/40（吨）•式中：S——生产车间的面积，m2。•根据生产车间的工艺要求，可计算出每班生产过程的耗水量。202耗汽量估计食品工厂中主要耗用饱和水蒸汽，消耗的热量等于加热产品和设备所消耗的热量、生产过程的热效应、损失到周围介质中的热量之和。•∑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）。21第八节管路计算与设计管路系统是食品工厂生产过程中不可缺少的部分，各种物料、水、蒸汽和气体等都要用管路来输送，设备与设备之间的连接也要用管路来连接，可见管道布置设计是食品工厂设计中的一个重要组成部分和一项主要内容。例：食品工厂常用的管道有：物料、水、蒸汽、真空、煤气和压缩空气等。22管道设计是否合理，可以影响到以下几个方面：1.直接关系到建设指标是否先进合理；2.生产操作能否正常进行；3.车间布置的整齐美观、通风、采光等问题。管道设计是工艺设计在施工图阶段花时间最长、工作量最大的设计，搞好它具有十分重要的意义。第八节管路计算与设计232425一、公称直径与常用管材（一）公称直径为了便于设计选用，有利于成批生产，降低生产成本和互换，国家有关部门制定了管子、法兰和阀门等管道用零部件标准。对管子、法兰和阀门等标准化的最基本参数就是公称直径和公称压力。将管子和管道用的零部件的直径加以标准化以后的标准直径称公称直径。261．公称直径与管径的关系(1)管子的公称直径是指管子的名义直径，既不是管子的内径，也不是管子的外径，而是与管子的外径相近又小于外径的一个数值。只要管子的公称直径一定，管子的外径也就确定了，而管子的内径则根据壁厚不同而不同。水煤气管：公称直径100mm，外径114mm，壁厚4.0mm，内径106mm；无缝钢管：公称直径100mm，外径108mm，壁厚6.0mm，内径96mm；27（2）在某些情况下，公称直径等于管子实际内径。例：铸铁管：公称直径100mm，外径117mm，壁厚8.5mm，内径100mm。（3）对阀门或法兰来说，它们的公称直径是指与它们相配合的管子的公称直径。例如：公称直径为200mm的阀门或公称直径为200mm法兰，指的是连接公称直径200mm的管子用的管法兰或阀门。管路的各种部件和阀门的公称直径，一般都等于管件和阀门实际内径。2829（1）公称直径用符号Dg来表示，其后附加公称直径的尺寸。如：公称直径100mm的水煤气管表示为Dg100单位：mm或in（英制称呼）（2）对于壁厚变化较大的管道，一般采用：Φ外径×壁厚来表示。如：外径57mm，壁厚4mm的无缝钢管表示为：Φ57×4。2．管径的表示方法30用作管道的材料种类很多：钢、铁及其合金：铸铁管、无缝钢管等有色金属：铜、黄铜、铝、铅等非金属管：陶瓷、玻璃、塑料、橡胶等根据输送介质的温度、压力和腐蚀情况来确定管材。（二）管道材料的选则31不锈钢管32无缝钢管33大口径排水管34植物型可降解塑料管道35耐磨陶瓷管道36铜管37黄铜管38二、给水管道阻力计算（一）管子直径的计算和选择1．最适宜管径的选择管道原始投资费用与经常消耗于克服管道阻力的动力费用之间有着相对的关系。在相同流量时，管径大则：壁厚增加，重量增加；所需阀门和管件都需相应加大；保温材料增加；基建费用增加。导致原始投资费用增大，但动力消耗降低。管径小，原始投资费用小，但动力消耗增大。因此最适宜管径选择时，与原始投资费用和生产费用大小有关即应求：M=θ+AP的最小值。39M—每年生产费用和原始投资费用之和。θ—每年消费于克服管道阻力的能量费用（生产费用）。A—管道设备材料安装和检修，维护费用的总和（设备费用）。P—设备每年消耗部分（以占设备费用的百分比表示）。用图表法可以找出M的最小值。将任意假定的直径求得的M点标绘于图，得曲线，便可求得最经济的管径。在实际中，对于大管径常用此法来选；对于小管径或短管常根据经验来选。402．计算法（由常用流体流速计算管径）D—设计管道断面处的实际直径（m）。Q—设计流量（m3）V—管道断面处的平均流速。对Dg＜300毫米的钢管和铸铁管，考虑新管用旧后的锈蚀、沉垢等情况，应加1毫米作为管径，而后再查管子规格选用最相近的管子。此种方法的关键是确定流速，常用流速见表3-57（P121）。3．查表法。（自学）vQvQD128.1441阻力计算的目的：1）选设备：泵、压缩机、风机等；2）校核选定的流速或管径。计算时应考虑15%的余量。（具体计算方法已在其他课中学过）（二）阻力计算42水煤气管有两种材质，一个是GB/T3091-2001低压流体输送用焊接钢管，本标准适用于水、污水、燃气、空气、采暖蒸汽等低压流体输送用和其他结构用的直缝焊接钢管。一个是GB/T3091—93低压流体输送用镀锌焊接钢管，本标准适用于输送水、煤气、空气、油和取暖蒸汽等一般较低压力流体或其他用途的热浸镀锌焊接（焊或电焊）钢管。电线管（TC）适用于干燥场所的明敷和暗敷设。焊接钢管（SC）和水煤气钢管（RC），适用于有腐蚀性气体场所的明敷和暗敷。聚氯乙烯硬质塑料电线管（PC），适用于腐蚀性较大和高温的场所明敷设。聚氯乙烯半硬质塑料电线管（FPC）和聚氯乙烯塑料波纹管（KPC），适用于建筑工程暗敷设使用。