食品工厂水,汽用量的计算

3.7.1用水量的计算意义：食品生产中，水是必不可少的物料且用水量很大，因此生产中加水量必须严格控制。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。方法有：单位产品耗水量定额估算；逐项计算；前者适合小型食品厂，后者适合大型食品工厂。3.7水、汽用量的计算方法步骤：（1）明白计算的目的和要求（2）绘出用水量计算流程示意图（3）收集设计基础数据（4）确定工艺指标及消耗定额（5）选定计算基准（3种）（6）由已知数据，根据质量守恒定律进行用水量计算。（7）校核与整理计算结果“单位产品耗水量定额”估算实例用水量计算实例：以5000t/年啤酒厂为例，混合原料质量为1421kg。（１）糖化耗水量计算：100kg混合原料大约需用水量400kg。糖化用水量＝1421×400／100＝5684（kg）糖化用水时间设为0.5ｈ，故：每小时最大用水量＝5684／0.5＝11370（kg／h）（２）洗槽用水：100kg原料约用水450kg，则需用水量：1421×450／100＝6394.5（kg）用水时间为1.5ｈ，则每小时：洗槽最大用水量＝6394.5／1.5＝4263（kg／h）（３）糖化锅洗刷用水：有效体积为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：G=Q/[c（t2-t1）]式中热麦汁放出热量Ｑ＝ＧＰ·ＣＰ（ｔ1'－ｔ2'）热麦汁相对密度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ｔ1'＝100℃ｔ2'＝55℃冷却水温度ｔ1＝18℃ｔ2＝45℃冷却水比热容ｃ＝4.18［kJ／（kg.K）］Ｑ＝8892×4.1（100－55）＝1640574（kJ／h）带入上式得：G=14236（kg／h）（５）沉淀槽洗刷用水：每次洗刷用水3.5ｔ，冲洗时间设为0.5ｈ，则每小时最大用水量＝3.5／0.5＝7（t／h）（６）麦汁冷却器冷却用水：麦汁冷却时间设为1ｈ，麦汁冷却温度为55℃→6℃分两段冷却:第一段：麦汁温度55℃→25℃冷水温度18℃→30℃冷却水用量：G=Q/[c（t2-t1）]麦汁放出热量：麦汁量Ｇp＝8892kg麦汁比热容ｃp＝4.1［kJ／（kg·K）］麦汁温度ｔ1'＝55℃ｔ2'＝25℃水的比热容ｃ＝4.18［kJ／（kg·K）］冷却水温度ｔ1＝18℃ｔ2＝30℃麦汁冷却时间τ＝1h）ｔ－ｔ（ｃＧＱ＝２１ＰＰ）／（＝）－（Ｑ＝hkJ1093716125551.48892）／（＝）－（＝hkgG21805183018.41093716（７）麦汁冷却器冲刷用水：设冲刷一次，用水4t，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，酵母贮存期每天换水一次，新收酵母洗涤4次，每次用水量为酵母的2倍，则连续生产每天用水量：（4＋1）×300×2＝3000（L）设用水时间为1h，故最大用水量为3（t／h）（９）发酵罐洗刷用水：每天冲刷体积为10ｍ3的发酵罐2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：每天冲刷体积为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：每天使用体积为2.5ｍ3的清酒罐4个，冲洗一次，共用水4t，冲刷时间为40min，则最大用水量：4×60／40＝6（t／h）（１２）过滤机用水：过滤机2台，每台冲刷一次，用水3t（包括顶酒用水），使用时间为1.5ｈ，则最大用水量＝2×3／1.5＝4（t／h）（１３）洗棉机用水：①洗棉机放水量m1：m1＝洗棉机体积－滤饼体积（滤饼20片）＝5.3－［π／4×（0.525）2×0.05×40］＝5.3－0.433＝4.867（m3）≈4.867（t）②洗棉过程中换水量m2：取换水量为放水量的３倍：m2＝3×m1＝3×4.867＝14.6（t）③洗棉机洗刷用水m3：每次洗刷用水m3＝1.5（t）④洗棉机每日用水量m：淡季洗棉机开一班，旺季开两班，则用水量：m＝2（m1＋m2＋m3）＝2（4.867＋14.6＋1.5）＝41.93（t）在洗棉过程中，以换水洗涤时的耗水量最大，设换水时间为2h，则每小时最大用水量为：14.6／2＝7.3（t／h）（１４）鲜啤酒桶洗刷用水：旺季每天最大产啤酒量22.5ｔ（三锅量），其中鲜啤酒占50％（设桶装占70％），则桶装啤酒量为：22.5×50％×70％＝7.875（ｔ）＝7875（L）鲜啤酒桶体积为20L／桶：所需桶数＝7875／20＝393.8（桶／d）冲桶水量为桶体积1.5倍：每日用水量＝393.8×0.02×1.5＝11.81（t）冲桶器每次同时冲洗2桶，冲洗时间为1.5min，故：每小时用水量＝0.02×1.5×2×60／1.5＝2.4（t／h）（１５）洗瓶机用水：按设备规范表，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7h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0.5h，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）把上述计算结果整理成供水计算表名称规格吨产品消耗额／（t／t）每小时用量／（kg／h）每天用量／（t／d）年耗量／（t／年）冷水自来水1171553792331582750无菌水0.15300037505000t／年啤酒厂啤酒车间供水计算表3.7.2用汽量计算意义：①定量研究生产过程，为工厂设计操作提供最佳化依据；计算生产过程能耗定额指标，对工艺设计的多种方案进行比较，以选定先进的生产工艺；②对已投产的生产系统提出改造或革新，分析生产过程的经济合理性、过程的先进性，并找出存在的问题；③用汽量计算的数据是设备选型及确定其尺寸、台数的依据；④也是生产的组织管理，经济核算和最优化的基础；⑤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。3.7.2.1用汽量计算的方法和步骤因工艺、设备、规模、生产过程的不同而不同。方法：“单位产品耗汽量定额”、逐项计算单元设备的用汽量计算的方法和步骤：（1）画出单元设备的物料流向及变化的示意图（2）分析物料流向及变化，写出热量计算式（3）收集数据。（4）确定合适的计算基准。（5）进行具体的热量计算汽化热、溶解热、结晶热J/(kg·K)⑦加热（或冷却）介质传入（或带出）的热量Q2对于热计算的设计任务，Q2是待求量，也称为有效热负荷。若其为正值，则过程需加热，若其为负值，则需冷却。最后，根据Q2来确定加热（或冷却）介质及其用量。注意的几个问题：确定热量计算系统所涉及的所有热量或可能转化成热量的其他能量，不要遗漏，但为简化计算，对计算影响很小的项目可忽略不计。确定物料计算的基准、热量计算的基准温度和其他能量基准，有相变时，必须确定相态基准，不要忽略相变热。正确选择与计算热力学数据。在有相关条件约束，物料量和能量参数（如温度）有直接影响时，宜将物料计算和热量计算联合进行，才能获得准确结果。3.7.2.2用汽量计算实例（1）“单位产品耗汽量定额”估算实例产品名称耗汽量（t/t成品）产品名称耗汽量（t/t成品）消毒奶0.28～0.4奶油1.0～2.0全脂奶粉10～15甜炼乳3.5～4.6表3.36部分乳制品平均每1t成品耗汽量（2）用汽量计算实例以5000t/年啤酒厂糖化车间热量计算为例：二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖化工艺，下面就以此工艺为基准进行糖化车间的热量计算。工艺流程如图所示，其中的投料量为糖化一次的用料量。按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪与糖化锅的麦醪混合后温度应为63℃，故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t0，糖化锅中麦醪的初温t麦醪，已知麦芽初温为18℃，用50℃的热水配料，则麦醪温度为：Q2=15%(Q1+Q2)因此温度比煮沸温度只低接近4℃，考虑到米醪由糊化锅到糖化锅输送过程的热损失，可不必加中间冷却器。④第二次煮沸混合醪的耗热量Q4，混合醪升温至沸腾所耗热量Q4'经第一次煮沸后米醪量为：糖化锅的麦芽醪量为：则送到第二次煮沸的混合醪量为：麦醪的比热容：混合醪的比热容：二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4''：煮沸时间为10min，蒸发强度为5%，则蒸发水分量为：据经验，热损失Q4'''：结合以上三项结果得：洗槽水耗热量Q5：设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为：⑥麦汁煮沸过程耗热量Q6：麦汁升温至沸点耗热量Q6：由啤酒糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到598.3kg的热麦汁，并经过滤完毕麦汁温度为70℃，则进入煮沸锅的麦汁量为：煮沸过程蒸发耗热量Q6'':煮沸强度10%，时间1.5h，则蒸发水分为：min，热效率为95%，故：每吨啤酒成品耗蒸汽（对糖化）：2742992÷5034=545kg/t啤酒每昼夜耗蒸汽量（按生产旺季算）为：3918.46×6=23510.76（kg/d）3.8管路的计算与设计3.8.1概述合理的管路设计，不仅可以保证建设指标的先进合理，还可以保证生产操作的正常进行以及厂房布置的整齐美观和良好的通风采光。是施工图设计阶段，工作量最大、花时间最多的部分。3.8.1.1管路设计与布置的内容主要包括管路的设计计算和管路的布置两部分。3.8.1.2管路设计与布置的步骤（1）选择管路材料（2）选择介质的流速（3）确定管径（4）确定管理厚度（5）确定管路连接方式（6）选择阀门和管件（7）选管路的热补偿器（8）绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择。（9）管路布置（10）计算管路的阻力损失（11）选择管架及固定方式（12）确定管架跨度（13）选定管道固定用具（14）绘制管道图（15）编制管材、管件、阀门、管架及绝热材料综合汇总表（16）选择管道的防腐蚀措施