（6）選定計算基準。計算基準是工藝計算的出發點，選得正確，能使計算結果正確，而且可使計算結果大為簡化。因此，應該根據生產過程特點，選定統一的基準。在工業上，常用的基準有：

①以單位時間產品量或單位時間原料量作為計算基準。這類基準適用于連續操作過程及設備的計算。如酒精工廠設計，可以每小時所需千克原料量或每小時產千克酒精量為計算基準。

②以單位重量、單位體積或單位摩爾數的產品或原料為計算基準。對于固體或液體常用單位質量(t或kg)，對于氣體常用單位體積或單位摩爾數(L，m3或mol)，熱量一般以焦耳為單位(J)。例如啤酒工廠物料衡算，可以100kg原料出發進行計算，或以100L啤酒出發進行計算。

③以加入設備的一批物料量為計算基準。如啤酒生產，味精、酶制劑、檸檬酸生產，均可以投入糖化鍋、發酵罐的每批次物料量為計算基準。

上述第②和③類基準常用于間歇操作過程及設備的計算。

（7）由已知數據，根據物料衡算式進行物料衡算。

根據物料衡算式和待求項的數目列出數學關聯式，關聯式數目應等于未知項數目。當關聯式數目小于未知項數時，可用試差法求解。

（8）校核與整理計算結果，列出物料衡算表（表2-9），包括：進入和離開設備的各物料名稱、各物料的組成成分、100%物料量（即干物料量）、密度和體積等。

（9）繪出物料流程圖。

根據計算結果繪制物料流程圖。物料流程圖能直觀地表明各物料在生產工藝過程的位置和相互關系，是一種簡單、清楚的表示方法。物料流程圖要作為正式設計成果，編入設計文件，以便于審核和設計施工。

3.物料衡算實例

（1）每班實際生產量計算：

成品率99-7%，班產20t成品罐頭需每班實際生產量為：20÷99-7%=20-06t；

每班實際生產850g裝整菇罐頭量為：20×30%×60%÷99-7%=3-611t。

（2）每班整菇原料消耗量計算：

850g裝整菇罐頭的每噸成品所需整菇原料為0-87t，則生產850g裝整菇罐頭每班實際所需整菇原料消耗量為：3-611×0-87=3-14t。

（3）每班空罐耗用量計算：

每班實際生產850g裝罐頭(包括整菇和片菇，其包裝所用罐形一致)量為6-018t，每噸產品需用9124號空罐1189只，每班共需9124號空罐量為：6-018×1189=7155只。

（4）每班包裝紙箱耗用量計算：生產850g裝罐頭(包括整菇和片菇)，7155只罐頭在生產過程中損耗1%，每個紙箱包裝24只罐頭，則每班共需包裝9124號罐頭的包裝紙箱量為：7155×99%÷24=296只。

（5）其他不同規格產品的計算方式可以類推，將所有計算結果匯總后填入物料衡算表中。

在進行物料衡算時，往往通過查閱相關手冊，先查得原輔料消耗定額，然后根據各工序的得率分步進行計算。以下列舉了部分食品原料利用率表以及幾種食品的原輔料消耗定額表，供參考。

二、水、汽用量計算

大部分食品加工企業在生產中都需要用水、汽（熱），特別是水，幾乎所有食品廠都要用。

這里的水、汽用量“估算”由于種種原因而造成的生產車間水、汽用量不可能得出或計算出與實際用量相符的較精確的數據。但“估算”的結果可為供水、汽管道的管徑選擇，管道的保溫及水處理設備鍋爐選擇提供依據。

食品工廠中主要的載熱體是飽和水蒸氣，有時亦有熱油、空氣和水，而飽和水蒸氣容易取得，輸送方便，對壓力、溫度與蒸汽量的控制都較容易，同時，飽和蒸汽無毒，且具有較大的凝結潛熱，對金屬無顯著的腐蝕性，價格便宜，可直接和食品接觸等優點。所以，食品工廠廣泛采用飽和水蒸氣作為載熱體。對蒸汽量的消耗、加熱面積的大小、加熱過程的時間以及加熱設備的生產能力，都應通過最大負荷時熱量衡算來確定。每臺設備在加熱過程中所消耗的熱量應等于加熱產品和設備所消耗的熱量、生產過程的熱效應以及借對流和輻射損失到周圍介質中去的熱量之和。

車間用水、汽量由于生產品種存在差異，一般計算有下列兩種方法。

（一）用“單位產品耗水耗汽量定額”進行估算

這是一個粗略的估算，因為單位產品的耗水、耗汽定額因地區（南北）不同，原料品種差異及設備條件、生產能力大小以及工廠管理水平和職工素質等工廠實際情況的不同而有著較大幅度的變化。我國目前還缺乏具體和確切的技術經濟指標。

1.按平均每噸成品的耗水耗汽量來估算

水、汽用量(kg／班)＝單位成品耗水、汽量(kg／kg成品)×班產量

根據對我國部分乳品廠耗水耗汽量數據的調查統計，其單位耗水耗汽量大致如表2-16所示。在對某廠進行水、汽耗量估算時可用該表中數據按上式計算每班的耗水耗汽量。

需要注意的是，有些設備的用水用汽量較大，在安排管路系統時，要考慮到它們在生產車間的分布情況。用水壓力要求較高，用水量較大而又集中的地方，對蒸汽壓力要求較高；用汽量較大而又集中的地方，應單獨接入主干管路。

3.按生產規模擬定給水、汽能力

一個食品加工廠要設置多大的給水供汽能力，主要是根據生產規模，特別是班產量的大小而定。用水量與產量有一定的比例關系，但不一定成正比。班產量越大，單位產品的平均耗水量會越低，給水能力因而相應降低。

下面列舉乳品方面的部分產品，按一定的生產規模推薦設置的給水能力如表2-19，供汽能力如表2-20所示。

②南方地區氣溫高，冷卻水量較大，應取較大值。

以上三種“單位產品耗水耗汽量定額”估算方法，方法簡便，但由于目前我國尚缺少具體和確切的定額指標，且單位產品的耗水耗汽額還因地區不同、原料品種的差異以及設備條件、生產能力大小、管理水平等工廠實際情況的不同而有較大幅度的變化，因而該計算方法所得結果往往與實際有較大出入。所以，用“單位產品耗水耗汽量定額”來計算就只能看作是粗略的估算。

（二）按實際生產所耗用的水、汽用量計算

按照實際用水用汽點采用逐項計算的方法進行用水用汽量的計算，車間的總耗水、汽量等于各用水用汽點的用量之和，經認真計算和核實后的用水用汽量結果比估算法更為準確。

以下是一些實際用水用汽量的計算公式舉例。

1.生產車間的主要用水

（1）調配食品和添加湯汁的需水量W1（kg），一般根據工藝、班產量來定量。

W1＝GZρ［1+(10%~15%)］

式中：G——班產量，kg；

Z——單位產品在調制過程中或添加湯汁時所需水量，m3/kg；

ρ——水的密度，kg/m3。

（2）清洗物料或容器用水W2（kg），根據清潔程度和容器數量來定。

W2＝πd2vtρ　4

式中：d——進水管內徑，m；

ρ——水的密度，kg/m3；

v——水的流速，m／s；

t——清洗時間，s。

（3）冷卻用水W3（kg），包括冷卻產品和二次蒸汽的冷凝。

W3＝D（i-i0）　C(t2-t1)

式中：D——被冷卻產品量，kg/h；

i——產品初始熱焓，J/kg；

i0——產品冷卻后熱焓，J/kg；

C——冷卻水比熱，J/kg·K；

t2——冷卻水出口溫度，K；

t1——冷卻水進口溫度，K。

（4）沖洗地坪用水量。

根據實測數據，1t水可沖地坪40m2左右，若食品加工廠生產車間每4h洗1次，即每班至少沖洗2次，則有：

W4=2S　40（t）

式中：S——生產車間的面積，m2。

根據生產車間的工藝要求，可計算出每班生產過程的耗水量。

2.主要用汽部分

食品廠常用飽和水蒸氣作為熱源，因為它容易獲得、輸送方便、溫度和壓力等參數易于控制，且具有較大的凝結潛熱，對食品不會帶來有害影響。

（1）物料升溫用汽量Q1（J），如熱燙、殺菌、保溫等。

Q1＝GC（t2-t1）

（2）固體熔化Q2（J），如熬糖。

Q2＝Gq

式中：q——熔化熱，J/kg。

（3）溶劑、蒸汽濃縮和干燥用汽Q3（J）。

Q3＝Wγ

式中：W——蒸發了的溶劑量，kg；

γ——汽化潛熱，J/kg。

（4）衛生用汽量Q4（J），如設備、管道等消毒用汽量。

（5）熱損失Q5（J），在加熱操作過程中設備向環境散熱所消耗的熱量。

Q5＝Fτa0（t1-t2）

式中：F——設備的傳熱面積，m2；

τ——操作時間，s；

a0——設備傳熱面外側對空氣的傳熱系數，W/(m2·K)。

在進行用水、汽量計算時，按生產工藝要求，把生產車間內的凡需用水、汽的工序、設備、設施都要進行水、汽量的計算，它們的總和即為所需估算的耗水、汽量。由此計算出每班所耗水、汽量，再根據班產量得出單位成品的耗水、汽量。由于這種單位產品耗水、汽量并未反映出生產用水、汽高峰進時耗用量。我們還必須根據生產過程編制用水（汽）作業表，在表中可看出高峰時耗量，生產時按高峰時耗量供水或汽，以保證正常的生產。計算法所得結果的雖然比估算準確，但因為實際使用中或多或少存在浪費現象，所以計算的理論數據往往還是比較實際所耗要低。這種差異隨企業不同而不同，主要取決于企業管理水平和工人素質等因素。

三、耗冷量計算

食品營養豐富、含水量高，容易發生腐爛變質。冷藏與冷凍是食品常用的保藏方法之一。將食品快速降溫能夠減緩其品質劣變速度，防止品質下降。果蔬等植物性食品采收以后需要及時地進行冷卻以排除田間熱，抑制呼吸作用，保持其新鮮品質。有些食品加工工序需要在低溫下進行，即低溫是其加工生產所必需的條件，例如冰激凌生產過程中的保溫、凝凍和冷藏等工序需要在低溫條件下進行。

目前，有很多食品廠，尤其是冷凍食品廠，都建有配套的冷藏和凍藏庫，用于對食品原料、輔料、半成品或成品的保藏。因此，應結合具體生產工藝要求，進行耗冷量的計算，為選定制冷系統以及其使用設備的型號、規格等提供依據。

（一）食品冷卻過程中的傳熱問題

食品的冷卻本質上是一種熱交換過程，即讓易腐食品的熱量傳遞給周圍的低溫介質，在盡可能短的時間內（一般數小時），使食品溫度降低到高于食品凍結點的某一預定溫度，以便及時地抑制食品內的生物生化和微生物的生長繁殖的過程。

食品在冷卻過程中的熱交換，主要包括傳導傳熱和對流傳熱。

1.傳導傳熱

食品冷卻時，熱量從內部向表面的傳遞就是傳導傳熱。食品內部有許多不同溫度的面，熱量從溫度高的一面向溫度低的一面傳遞。單位時間內以熱傳導方式傳遞的熱量用Q表示。

Q=λA（t1-t2）　x

式中：λ——食品的熱導系數，W/（m·K）；

A——傳熱面積，m2；

t1、t2——兩個面各自的溫度，K；

x——兩個面之間的距離，m。

2.對流傳熱

對流傳熱是流體和固體表面接觸時互相間的熱交換過程。食品冷卻時，熱量從食品表面向冷風或冷水傳遞就屬于對流傳熱。單位時間內從食品表面傳遞給冷卻介質的熱量用Q（W）表示。

Q（W）=αA(ts-tr)

式中：α——對流傳熱系數，W/(m2·K)；

A——食品的冷卻表面積，m2；

ts——食品的表面溫度，K；

tr——冷卻介質的溫度，K。

從上式可以看出，對流放熱的熱量與對流傳熱系數，傳熱面積，食品表面與冷卻介質的溫差成正比。

由于導熱系數是食品的物性參數，其值一般可以由實驗確定，也可從有關手冊或參考書中查到。而對流傳熱系數非食品的物性參數，受到多種因素的影響，確定某種具體條件下的對流傳熱系數是一項比較復雜且困難的工作，需要用到對流傳熱系數的準數關聯式。這部分內容請參閱《食品工程原理》中的相關章節的內容。

從表2-22可以看出，流體的流動速度越快，則對流傳熱系數越大。因此當食品進行冷卻時，常采用風機或攪拌器強制地驅使流體對流，以提高食品的冷卻速度。

（二）食品材料的熱物理數據

1.查表法

目前通過查表法獲得的食品材料的熱物理數據是通過實驗測得的結果，這些數據的測量是從18世紀開始的。目前的數據中約有2/3是在20世紀50~60年代發表的。這些數據雖然有些離散度很大，但如果不是特別精確的計算，通過直接查表獲得的數據計算是非常簡便的方法。

2.估算法

在進行傳熱計算時需要用到許多熱物理數據(如密度、比熱容、導熱系數等)，而由于食品種類繁多，有許多數據通過查表法可能無法直接查到這些熱物理數據，這種情況下，我們可以通過以下一些經驗公式對其進行估算。

食品材料的熱物理性質的估算法是根據食品的組分、各組分的熱物理性質（表2-23）進行估算的結果。由于食品的熱物理性質與其含水量、組分、溫度，以及食品的結構、水和組分的結合情況等有關，所以估算結果可能存在較大的偏差，但該方法在工程上仍然有著重要的應用。

（1）密度。

1　ρ=wv1　ρv+ws1　ρs+wi1　ρi=∑iwi　ρi

式中：ρv、ρs、ρi——未凍水、固體成分和冰的密度；

wv、ws、wi——未凍水、固體成分和冰的質量分數。