食品工廠工藝計(jì)算主要是應(yīng)用守恒定律（物質(zhì)不滅定律）來研究生產(chǎn)過程的物料衡算和熱量衡算問題。物料衡算和能量衡算是進(jìn)行食品工廠工藝設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)、節(jié)能分析以及工藝過程優(yōu)化的基礎(chǔ)。此外，還要對生產(chǎn)用水、用汽做出計(jì)算。今天講一講其中的物料衡算。
物料衡算是工藝計(jì)算中最重要的內(nèi)容之一，它是能量衡算的基礎(chǔ)。物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個(gè)孤立體系中，不論物質(zhì)發(fā)生任何變化，它的質(zhì)量始終不變（不包括核反應(yīng)，因?yàn)楹朔磻?yīng)能量變化非常大，此定律不適用）。根據(jù)這一定律，輸入某一設(shè)備的原料量必定等于生產(chǎn)后所得產(chǎn)品的量加上生產(chǎn)過程中物料損失的量。
在物料計(jì)算時(shí)，計(jì)算對象可以是全廠、全車間、某一生產(chǎn)線、某一產(chǎn)品，在一年或一月或一日或一個(gè)班次，也可以是單位批次的物料數(shù)量。
經(jīng)過物料衡算，可以得出加入設(shè)備和離開設(shè)備的物料（包括原料、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品）各組分的成分重量和體積。由此可以進(jìn)一步計(jì)算出產(chǎn)品的原料消耗定額、晝夜或年消耗量，以及有關(guān)的排出物料量。在設(shè)計(jì)中往往要進(jìn)行全廠的物料衡算和工序的物料衡算兩種計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別繪制出全廠的物料平衡圖和工序的物料平衡圖。
一、物料衡算的作用
物料衡算包括該產(chǎn)品的原輔料和包裝材料的計(jì)算。
1、取得原料、輔助材料的消耗量及主、副產(chǎn)品的得率。
2、為熱量衡算、設(shè)備計(jì)算、設(shè)備選型和勞動定員提供依據(jù)。
3、是編制設(shè)計(jì)說明書的原始資料。
4、有利于制定最經(jīng)濟(jì)合理的工藝條件，確定最佳工藝路線。
5、為成本核算提供計(jì)算依據(jù)。
二、物料衡算的依據(jù)
1、生產(chǎn)工藝流程示意圖。
2、所需的理化參數(shù)和選定的工藝參數(shù)，成品的質(zhì)量指標(biāo)等。
三、物料衡算的結(jié)果
1、加入設(shè)備和離開設(shè)備的物料各組分名稱。
2、各組分的重量。
3、各組分的成分。
4、各組分的100%物料重量（即干物料量）。
5、各組分物料的相對密度。
6、各組分物料的體積。
四、物料衡算計(jì)算步驟
1、收集計(jì)算數(shù)據(jù)
列出已知條件和選定工藝參數(shù)包括生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)班次、班產(chǎn)量、原輔料利用率、包裝材料損耗率、成品得率等。
2、按工藝流程順序用方塊圖和箭頭畫出物料衡算示意圖。
圖中用簡單的方框表示過程中的設(shè)備，用線條和箭頭表示每個(gè)流股的途徑和流向，并標(biāo)出每個(gè)流股的已知變量（如流量、組成）及單位。對一些未知的變量，可用符號表示。
3、選定計(jì)算基準(zhǔn)
一般以t/d或kg/h為單位。
4、列出物料衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解。
在食品生產(chǎn)過程中，一些只有物理變化、未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的單元操作，如混合、蒸餾、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等，這些過程可以根據(jù)物料衡算式，列出總物料和各組分的衡算式，再用代數(shù)法求解。
圖1 表示無化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)過程物料流程
圖1表示無化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)過程物料流程圖中方框表示一個(gè)體系，虛線表示體系邊界。有三個(gè)流股，即進(jìn)料F、出料P和出料W，有兩個(gè)組分，每個(gè)流股的流量及組成如圖所示。圖中x為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
無化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)過程物料流程可列出物料衡算式。
總物料衡算式：F=P+W
每種組分衡算式：
F·X f1 = P·X p1 + W·Xw1
F·X f2= P·X p2+ W·Xw2
5、將計(jì)算結(jié)果用物料平衡圖或物料平衡表（輸入-輸出物料平衡表）表示。
物料平衡圖是根據(jù)任何一種物料的重量與經(jīng)過加工處理后得到的成品及少量損耗之和在數(shù)值上，是相等的原理繪制的。平衡圖的內(nèi)容包括物料名稱、質(zhì)量、物料流向、投料順序等。
繪制平衡圖（圖2）時(shí)，實(shí)線箭頭表示物料主流向，必要時(shí)用細(xì)實(shí)線表示物料支流向。
圖2 油脂浸出車間混合油蒸發(fā)工序物料平衡圖
6、校核計(jì)算結(jié)果。
五、物料衡算計(jì)算題
例題：年產(chǎn)2000t大豆發(fā)酵飲料的物料計(jì)算。
(一）大豆發(fā)酵飲料生產(chǎn)工藝：
大豆→篩選→熱燙→浸泡→磨漿→均質(zhì)→暫存（需加糖）→熟化與殺菌→冷卻→發(fā)酵→調(diào)配→均質(zhì)→罐裝→殺菌→冷卻→檢驗(yàn)→成品。
(二）工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1、主要工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。
表1 大豆發(fā)酵飲料主要工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
2、調(diào)配時(shí)添加配料配方見表2
表2 配料配方
注：百分比均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(三）以1t大豆（原料量）為計(jì)算基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算
①1t大豆出漿：（14-14×1%）×103=13860（kg）
②暫存時(shí)需加糖：13860×9%=1247.40（kg）
此時(shí)豆液重：13860+1247.4=15107.4（kg）
③發(fā)酵時(shí)需加入發(fā)酵菌液：15107.4×4%=604.296（kg）
發(fā)酵時(shí)豆液重：15107.4+604.296=15711.696（kg）
④除去0.6%的檢樣損失，調(diào)配時(shí)豆液重：15711.696-15711.696×0.6%=15617.426（kg）
⑤調(diào)配時(shí)，各配料加入量計(jì)算結(jié)果見表3。
表3 各配料加入量
⑥調(diào)配后漿液重：15617.426+4389.277=20006.703（kg）
⑦減去罐裝損失，1t大豆可生產(chǎn)飲料量：20006.703-2006.703×0.8%=19846.649（kg）
(四）年產(chǎn)2000t大豆發(fā)酵飲料所需原料、輔料量，計(jì)算結(jié)果見表4。
表4 年產(chǎn)2000t大豆發(fā)酵飲料所需原料、輔料量
物料衡算是工藝計(jì)算中最重要的內(nèi)容之一，它是能量衡算的基礎(chǔ)。物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個(gè)孤立體系中，不論物質(zhì)發(fā)生任何變化，它的質(zhì)量始終不變（不包括核反應(yīng)，因?yàn)楹朔磻?yīng)能量變化非常大，此定律不適用）。根據(jù)這一定律，輸入某一設(shè)備的原料量必定等于生產(chǎn)后所得產(chǎn)品的量加上生產(chǎn)過程中物料損失的量。
在物料計(jì)算時(shí)，計(jì)算對象可以是全廠、全車間、某一生產(chǎn)線、某一產(chǎn)品，在一年或一月或一日或一個(gè)班次，也可以是單位批次的物料數(shù)量。
經(jīng)過物料衡算，可以得出加入設(shè)備和離開設(shè)備的物料（包括原料、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品）各組分的成分重量和體積。由此可以進(jìn)一步計(jì)算出產(chǎn)品的原料消耗定額、晝夜或年消耗量，以及有關(guān)的排出物料量。在設(shè)計(jì)中往往要進(jìn)行全廠的物料衡算和工序的物料衡算兩種計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別繪制出全廠的物料平衡圖和工序的物料平衡圖。
一、物料衡算的作用
物料衡算包括該產(chǎn)品的原輔料和包裝材料的計(jì)算。
1、取得原料、輔助材料的消耗量及主、副產(chǎn)品的得率。
2、為熱量衡算、設(shè)備計(jì)算、設(shè)備選型和勞動定員提供依據(jù)。
3、是編制設(shè)計(jì)說明書的原始資料。
4、有利于制定最經(jīng)濟(jì)合理的工藝條件，確定最佳工藝路線。
5、為成本核算提供計(jì)算依據(jù)。
二、物料衡算的依據(jù)
1、生產(chǎn)工藝流程示意圖。
2、所需的理化參數(shù)和選定的工藝參數(shù)，成品的質(zhì)量指標(biāo)等。
三、物料衡算的結(jié)果
1、加入設(shè)備和離開設(shè)備的物料各組分名稱。
2、各組分的重量。
3、各組分的成分。
4、各組分的100%物料重量（即干物料量）。
5、各組分物料的相對密度。
6、各組分物料的體積。
四、物料衡算計(jì)算步驟
1、收集計(jì)算數(shù)據(jù)
列出已知條件和選定工藝參數(shù)包括生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)班次、班產(chǎn)量、原輔料利用率、包裝材料損耗率、成品得率等。
2、按工藝流程順序用方塊圖和箭頭畫出物料衡算示意圖。
圖中用簡單的方框表示過程中的設(shè)備，用線條和箭頭表示每個(gè)流股的途徑和流向，并標(biāo)出每個(gè)流股的已知變量（如流量、組成）及單位。對一些未知的變量，可用符號表示。
3、選定計(jì)算基準(zhǔn)
一般以t/d或kg/h為單位。
4、列出物料衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解。
在食品生產(chǎn)過程中，一些只有物理變化、未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的單元操作，如混合、蒸餾、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等，這些過程可以根據(jù)物料衡算式，列出總物料和各組分的衡算式，再用代數(shù)法求解。
圖1 表示無化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)過程物料流程
圖1表示無化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)過程物料流程圖中方框表示一個(gè)體系，虛線表示體系邊界。有三個(gè)流股，即進(jìn)料F、出料P和出料W，有兩個(gè)組分，每個(gè)流股的流量及組成如圖所示。圖中x為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
無化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)過程物料流程可列出物料衡算式。
總物料衡算式：F=P+W
每種組分衡算式：
F·X f1 = P·X p1 + W·Xw1
F·X f2= P·X p2+ W·Xw2
5、將計(jì)算結(jié)果用物料平衡圖或物料平衡表（輸入-輸出物料平衡表）表示。
物料平衡圖是根據(jù)任何一種物料的重量與經(jīng)過加工處理后得到的成品及少量損耗之和在數(shù)值上，是相等的原理繪制的。平衡圖的內(nèi)容包括物料名稱、質(zhì)量、物料流向、投料順序等。
繪制平衡圖（圖2）時(shí)，實(shí)線箭頭表示物料主流向，必要時(shí)用細(xì)實(shí)線表示物料支流向。
圖2 油脂浸出車間混合油蒸發(fā)工序物料平衡圖
6、校核計(jì)算結(jié)果。
五、物料衡算計(jì)算題
例題：年產(chǎn)2000t大豆發(fā)酵飲料的物料計(jì)算。
(一）大豆發(fā)酵飲料生產(chǎn)工藝：
大豆→篩選→熱燙→浸泡→磨漿→均質(zhì)→暫存（需加糖）→熟化與殺菌→冷卻→發(fā)酵→調(diào)配→均質(zhì)→罐裝→殺菌→冷卻→檢驗(yàn)→成品。
(二）工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1、主要工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。
表1 大豆發(fā)酵飲料主要工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
2、調(diào)配時(shí)添加配料配方見表2
表2 配料配方
注：百分比均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(三）以1t大豆（原料量）為計(jì)算基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算
①1t大豆出漿：（14-14×1%）×103=13860（kg）
②暫存時(shí)需加糖：13860×9%=1247.40（kg）
此時(shí)豆液重：13860+1247.4=15107.4（kg）
③發(fā)酵時(shí)需加入發(fā)酵菌液：15107.4×4%=604.296（kg）
發(fā)酵時(shí)豆液重：15107.4+604.296=15711.696（kg）
④除去0.6%的檢樣損失，調(diào)配時(shí)豆液重：15711.696-15711.696×0.6%=15617.426（kg）
⑤調(diào)配時(shí)，各配料加入量計(jì)算結(jié)果見表3。
表3 各配料加入量
⑥調(diào)配后漿液重：15617.426+4389.277=20006.703（kg）
⑦減去罐裝損失，1t大豆可生產(chǎn)飲料量：20006.703-2006.703×0.8%=19846.649（kg）
(四）年產(chǎn)2000t大豆發(fā)酵飲料所需原料、輔料量，計(jì)算結(jié)果見表4。
表4 年產(chǎn)2000t大豆發(fā)酵飲料所需原料、輔料量
