第四章工艺计算
•4.选定计算基准
P76
（1）物料数量上的基准：与物料衡算所选 定的基准量相一致。
（2）温度的基准：通常取0℃为基准温度， 可简化计算。
第四章工艺计算
•5.列出热量衡算方程式，进行具体的热量衡算
Ql+Q2+Q3 = Q4+Q5+Q7+Q8
n各项热量的计算：
P76
①物料带入的热量Q1和带出的热量Q4
Q = ∑mct
m——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(℃ )
第四章工艺计算
Ql+Q2+Q3 = Q4+Q5+Q7+Q8
②由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量Q2
——待求量 Q = m △H
m =（h-i）Q η
△H—焓变 h—蒸汽的焓，KJ/kg i—相应冷凝水的焓，KJ/kg η—蒸汽的热效率
包装
140℃ 闪蒸
65℃
成品
第四章工艺计算
喷雾干燥
n热量计算（以1吨蛋白粉为基准）
1、热水 项目
1吨
1批（0.7吨）
6000吨
水温取平质均量（值t）25℃，浸2提.37温度30～710.℃66 。计算时14取22040℃，
比原料热原豆容料粕豆量取粕24加5.℃水2k体量J积（/k（t）gm3·）℃。
第四章工艺计算
aT 的计算：
①空气作自然对流， aT =8+0.05tW ②强制对流时(空气流速w=5m/s):
aT =5.3+3.6w 或aT =6.7w0.78
(w>5m/s)
第四章工艺计算
对于单元设备的热量衡算，热平衡方程可写成如下形式：
Ql+Q2+Q3 = Q4+Q5+Q7+Q8
式中 Ql——各股物料带入设备的热量(kJ) Q2——由加热剂(或冷却剂)传给设备和物料的 热量(kJ) Q3——过程的热效应，包括生物反应热、搅 拌热、状态热等(kJ) Q4——各股物料带出设备的热量(kJ) Q5——加热或冷却设备需要的热量(kJ) Q7——气体或蒸汽带出的热量(kJ) Q8——损失的热量，如设备向环境散失的热量(kJ)
P76
Ql+Q2+Q3 = Q4+Q5+Q7+Q8
n注意： ①对具体的单元设备，上述的Q1至Q8各项热量不一定都存
在，故进行热量衡算时，必须根据具体情况进行具体分析。
②计算时，对于一些量小，比率小的热量可以略去不计， 以简化计算。
式中 Q1——各股物料带入设备的热量(kJ) Q2——由加热剂(或冷却剂)传给设备和物料的 热量(kJ) Q3——过程的热效应，包括生物反应热、搅 拌热、状态热等(kJ) Q4——各股物料带出设备的热量(kJ) Q5——加热或冷却设备需要的热量(kJ) Q7——气体或蒸汽带出的热量(kJ) Q8——损失的热量，如设备向环境散失的热量(k第J四) 章工艺计算
第四章工艺计算
二、热量衡算的依据
热能可以从一个物体传
n1.依据：热力学第一定律。递给另一个物体，也可以与
机械能或其他能量相互转换，
在传递和转换过程中，能量
n2.热量衡算方程
的总值不变。
∑Q入=∑Q出+∑Q损
即：输入=输出+损失
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)
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)
第四章工艺计算
Ql+Q2+Q3 = Q4+Q5+Q7+Q8
⑥设备向环境散热的热量Q8
Q8 = AaT(tw-ta)τ
式中 A——设备总表面积(m2) aT——壁面对空气的联合给热系数 W/(m2·℃) tw——壁面温度(℃) ta——环境空气温度(℃) τ——操作过程时间(s)
169680
16755℃980
盐酸消耗量（L） 消泡剂耗量（kg）
44.5 0.34
包装 31.1成第5 四品章工艺计算 2670喷00雾干燥
0.24
2040
2、灭菌过程
原料豆 粕粉
25℃
水、碱液
40℃
萃取灌
碱性蛋 白溶液
离心机
酸沉灌 离心机
碱液 中和灌
140℃ 灭菌
包装
140℃ 闪蒸
65℃
成品
第四章工艺计算
=1.38（t）
第四章工艺计算
3、闪蒸
原料豆 粕粉
25℃
水、碱液
40℃
萃取灌
碱性蛋 白溶液
离心机
酸沉灌 离心机
碱液 中和灌
140℃ 灭菌
包装
140℃ 闪蒸
65℃
成品
第四章工艺计算
喷雾干燥
3、闪蒸
① 闪蒸罐内二次蒸汽产生量
进入闪蒸罐的液体质量：m=6.25+1.38=7.63（t）
真空冷却前后，蛋白质溶液温度分别为140℃和65℃，蛋白 溶液比热如前，取4.0kJ/kg·℃ 。
加热蒸汽表压取0.9MPa，对应饱和蒸汽温度为179℃，饱和 蒸汽热焓为=2776.57kJ/kg， 140℃冷凝水焓为589.81kJ/kg (以上 数据查自《化工原理》上册和《乳品工业手册》)。
故蒸汽消耗量为：
m=2.875×106/[(2776.57-589.81) ×95%]
=1383.93（kg）
年产100 000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算
第四章工艺计算
本章小结：第四章 工艺计算（定性→定量）
物料衡算
热量衡算
目的和意义 物料消耗定额
热量消耗定额
理论依据 质量守恒定律
热力学第一定律
衡算方程 计算基准
衡算过程
m=mp+mt
∑Q入=∑Q出+∑Q损
3类基准
物料基准、温度基准
（1）工艺流程示意图（物料流程图）
l2.某中试车间经常为其他企业提供500L发酵罐的中试服务， 为了保证蒸汽的正常供应，打算为其专门配套电加热蒸汽锅炉 一台，满足培养基实罐灭菌需要，请计算当发酵罐填装系数为 70%时，电蒸汽锅炉应具备多大的蒸发量？（培养基从10℃ 升温到121℃，培养基密度为1040kg/m3，比热容为 4.02kJ/(kg℃)，蒸汽压力为0.4MPa（表压），升温过程中的 热损失占蒸汽供热的20%）
三、热量衡算的一般步骤
•1.绘制出物料流程图
第四章工艺计算
•2.确定热量平衡范围
进入热量之和
体系
离开热量之和
Ø一种是对单元设备做热量衡算； Ø另一种是对整个过程的热量衡算。
第四章工艺计算
•3.搜集数据
（1）设计条件规定的有关工艺操作数据，如 温度、压力等。 （2）涉及热量衡算的各股物料的量及组成。 （3）有关的物化数据，如比热容、焓变、汽 化热、冷凝热等。
④加热设备耗热量Q5
P76
Q5 = mc（t2-t1）
式中 m——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 (℃)
第四章工艺计算
Ql+Q2+Q3 = Q4+Q5+Q7+Q8
⑤ 气体或蒸汽带出的热量Q7
Q7 =∑(mct + mr)
式中 m——离开设备的气态物料量 (如空气、CO2等) (kg)
3.16 23.7
2.21 16.60
18960 碱液
142200
所需鲜豆热水渣、量质碱量由液（质tQ量）（=tm）碱 白c性 溶△蛋 液t得223：..9161 酸沉灌
2.离08 心机
16.18
1776中0 和灌
138660
原粕料粉故碱豆Q乳性消清蛋=水白2耗4量溶30萃℃液.蒸7取×汽灌1体 体质量0积 积量3（ （为（×mmt离33）） ）：4心.2使机×用（222表1124...447099压-2为5）0.=211111.M5555...900×P044 a1的06饱（14k和0111322℃J688蒸299）044灭000 汽菌
调浆中和加水量（t）
4.58
3.21
27480
中性蛋m白=溶1液.5×质10量6（/（t） 63.44）×4.3895%
=770.9体（积k（gm3））
5.87
4.11
烧总=碱0耗消.水耗7量7量（（（tk）gt））
28.28 29.33
19.81 20.53
37500
1403℃519闪6 蒸
（2）搜集数据
（3）确定衡算范围
（4）选定计算基准
（5）计算
（6）列出平衡表、校对
第四章工艺计算
作业：
l1、某工厂计划利用废气的废热。进入锅炉的废气温度为 450℃，出口废气的温度为260℃，进入锅炉的水温为25℃ ， 产生的饱和水蒸气温度为233℃ ，废气的平均摩尔热容为 32.5kJ/（kmol·℃ ），试计算每100kmol的废气可产生的水蒸 汽量？（233 ℃水蒸汽焓为2798.9kJ/kg，25 ℃水的焓为 104.6kJ/kg，废气热损失为5%）
第四章工艺计算
Ql+Q2+Q3 = Q4+Q5+Q7+Q8
③过程热效应Q3
Q3 = Q生物热 + Q搅拌热 + Q状态热
Q生物热：可测 Q状态热：可查阅手册 Q搅拌热 = 3600 Pη（KJ）
P——搅拌功率(kW)， η——搅拌过程功热转化第率四章，工艺通计算常η=92％