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【手把手教】中国食品企业【食品加工】，怎么掌握【物料衡算】？
2024-04-07 17:30:41 点击量:
食品工厂工艺计算主要是应用守恒定律（物质不灭定律）来研究生产过程的物料衡算和热量衡算问题。物料衡算和能量衡算是进行食品工厂工艺设计、经济效益评价、节能分析以及工艺过程优化的基础。此外，还要对生产用水、用汽做出计算。今天讲一讲其中的物料衡算。
物料衡算是工艺计算中最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。根据这一定律，输入某一设备的原料量必定等于生产后所得产品的量加上生产过程中物料损失的量。
在物料计算时，计算对象可以是全厂、全车间、某一生产线、某一产品，在一年或一月或一日或一个班次，也可以是单位批次的物料数量。
经过物料衡算，可以得出加入设备和离开设备的物料（包括原料、中间产品、产品）各组分的成分重量和体积。由此可以进一步计算出产品的原料消耗定额、昼夜或年消耗量，以及有关的排出物料量。在设计中往往要进行全厂的物料衡算和工序的物料衡算两种计算，根据计算结果分别绘制出全厂的物料平衡图和工序的物料平衡图。
一、物料衡算的作用
物料衡算包括该产品的原辅料和包装材料的计算。
(1）取得原料、辅助材料的消耗量及主、副产品的得率。
(2）为热量衡算、设备计算、设备选型和劳动定员提供依据。
(3）是编制设计说明书的原始资料。
(4）有利于制定最经济合理的工艺条件，确定最佳工艺路线。
(5）为成本核算提供计算依据。
二、物料衡算的依据
(1）生产工艺流程示意图。
(2）所需的理化参数和选定的工艺参数，成品的质量指标等。
三、物料衡算的结果
(1）加入设备和离开设备的物料各组分名称。
(2）各组分的重量。
(3）各组分的成分。
(4）各组分的100%物料重量（即干物料量）。
(5）各组分物料的相对密度。
(6）各组分物料的体积。
四、物料衡算计算步骤
(1）收集计算数据，列出已知条件和选定工艺参数包括生产规模、生产班次、班产量、原辅料利用率、包装材料损耗率、成品得率等。
(2）按工艺流程顺序用方块图和箭头画出物料衡算示意图。图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向，并标出每个流股的已知变量（如流量、组成）及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。
(3）选定计算基准，一般以t/d或kg/h为单位。
(4）列出物料衡算式，然后用数学方法求解。
在食品生产过程中，一些只有物理变化、未发生化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、干燥、吸收、结晶、萃取等，这些过程可以根据物料衡算式，列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法求解。
图1表示无化学反应的连续过程物料流程图中方框表示一个体系，虚线表示体系边界。有三个流股，即进料F、出料P和出料W，有两个组分，每个流股的流量及组成如图所示。图中x为质量分数。
无化学反应的连续过程物料流程可列出物料衡算式。
总物料衡算式：F=P+W
每种组分衡算式：F·X f1 = P·X p1 + W·Xw1
F·X f2 = P·X p2 + W·Xw2
(5）将计算结果用物料平衡图或物料平衡表（输入-输出物料平衡表）表示。物料平，衡图是根据任何一种物料的重量与经过加工处理后得到的成品及少量损耗之和在数值上，是相等的原理绘制的。平衡图的内容包括物料名称、质量、物料流向、投料顺序等。
绘制平衡图（图2）时，实线箭头表示物料主流向，必要时用细实线表示物料支流向。
（6）校核计算结果。
五、物料衡算计算题
例题：年产2000t大豆发酵饮料的物料计算。
(一）大豆发酵饮料生产工艺：大豆→筛选→热烫→浸泡→磨浆→均质→暂存（需加糖）→熟化与杀菌→冷却→发酵→调配→均质→罐装→杀菌→冷却→检验→成品。
(二）工艺技术经济指标及基础数据。
1、主要工艺技术经济指标及基础数据见表1。
表1 大豆发酵饮料主要工艺技术经济指标及基础数据
2、调配时添加配料配方见表2
表2 配料配方
注：百分比均为质量分数
(三）以1t大豆（原料量）为计算基准进行计算
①1t大豆出浆：（14-14×1%）×103=13860（kg）
②暂存时需加糖：13860×9%=1247.40（kg）
此时豆液重：13860+1247.4=15107.4（kg）
③发酵时需加入发酵菌液：15107.4×4%=604.296（kg）
发酵时豆液重：15107.4+604.296=15711.696（kg）
④除去0.6%的检样损失，调配时豆液重：15711.696-15711.696×0.6%=15617.426（kg）
⑤调配时，各配料加入量计算结果见表3。
表3 各配料加入量
⑥调配后浆液重：15617.426+4389.277=20006.703（kg）
⑦减去罐装损失，1t大豆可生产饮料量：20006.703-2006.703×0.8%=19846.649（kg）