安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）

液化料灭酶后糖化料冷却水进1#糖化终了液降温后液化料冷却水出糖化罐冷却塔2#降温后糖化料中和脱色罐

图5-1 本次工程所用交换器设计图（注：图中1#、2#为螺旋式热交换器）[10]

上图中的工艺可以实现如下结果：经过闪蒸后的液化料温度为95-100℃，糖化终了料液温度为55-60℃。一方面液化料进入糖化罐需要降温（从95-100℃降到55-60℃）。另一方面糖化终了料液需要升温灭酶活（温度从55-60℃升至80-85℃）。所以可以用一台交换器实现热交换，而不要外加能源。 5.2发酵车间热量衡算 5.2.1热量平衡图：

蒸汽1换热器134蒸汽5

8

2换热器2679去发酵罐

1.定容罐 2.泵 3.换热器 4.维持罐 5. 喷射器 6. 换热器 7.泵 8.冷却水分布管 9.冷水槽

图5-2 发酵车间热量平衡图

5.2.2培养液连续灭菌用蒸汽量

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曾华辉：年产1000吨色氨酸发酵工厂设计

a.每罐装料量

即初始体积= 176.42/2=88.21 m3，

初始质量=88.21×1000×1.12=98795.2kg=98.8t；

b.灭菌加热过程中用0.4Mpa蒸汽(表压)，I=2743kJ/kg。使用板式换热器将物料由500C热至950C再加热至1200C.冷水200C升至450C，每罐灭菌的时间为2h，输料流量:98.8/2=49.4t/h；

c.消毒灭菌用蒸汽量D(式中3.97为糖的比热容[KJ/(kg·k)]，式中:2743—加热蒸汽焓；4.19—水的比热容，则

D=49.4×3.97×(120-95) ÷(2743.4-120×4.19) =2.19t/d， 每天用蒸汽量：

2.19×2×4=17.52t/d， 高峰=17.52t/d，平均量=17.52/24=0.73t/h； 5.2.3培养液冷却用水量：

1200C热料通过与生料交换，降至800C，在用冷水冷至300C。冷却水由200C升至450C， 计算冷却水量(W)：W=49.4×3.97×(80-30)÷[4.19×(45-20)]=93.62 t/h， 每天用水量:

93.62×2×2=374.48t/d。 5.2.4发酵罐空罐灭菌蒸汽用量

a.发酵罐发热：120 m31Cr18Ni9的发酵罐体重30498kg，冷却排管重3269kg，1Cr18Ni9的比热容为0.5kJ/(kg·K)，用0.2MPa (表压)蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15MPa (表压)下，由200C升到1250C。其蒸汽量为：

(30498+3269)×0.5×(125-20) ÷(2718-125×4.19)=808kg

b.填充发酵罐空间所需的蒸汽量：因120m3发酵罐的全容积大于120 m3，考虑到罐内d 排管，搅拌器等场占空间，罐之自由空间仍按120 m3计算，填充空间需蒸汽量 D空=V·ρ=120×1.622=194.64kg

式中：ρ——加热蒸汽的密度(kg/ m3)，0.2MPa表压为1.622； V——发酵罐自由空间即全体积(m3) c.灭菌过程的热损失:罐外壁温度700C

辐射与对流联合给系数α=33.9+0.19×(70-20)=43.4[kJ/(m2·h·K)] 120 m3发酵罐的表面积S=4πR2+2πRH=4π(3.6÷2)2+3.6π×15.6=217 m3 耗用蒸汽量：D损=217×43.4×(70-20) ÷(2718-125×4.19)=215kg

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d)罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗：

217×0.001×1000×(125-20)×4.19÷(2718-125×4.19)=43.4kg 式中：0.001-----附壁水平均厚度(mm)

e.灭菌过程蒸汽渗漏，去总气消耗量的5%，空罐灭菌蒸汽消耗量为： (808+194.64+215+43.4) ÷(1-5%)=1327.41kg/h 每罐灭菌1.5h用蒸汽量：1327.41×1.5=1991kg/罐 每日用蒸汽量：1991×2=3982kg/d 平均量：3982÷24=166kg/h

5.2.5 种子培养基空罐用蒸汽量(重复上述计算工作) 种子罐体加热：

（16103+321.16）×0.5×(125-20) ÷(2718-125×4.18）=393kg 填充空间需蒸汽量： D空= V·ρ=12×1.622=19.464kg 灭菌过程的热损失：

43.26×43.4×(70-20) ÷(2718-125×4.18)=42.72kg 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗：

43.26×0.001×1000×(125-20)×4.18÷(2718-125×4.18)=8.652kg

灭菌过程蒸汽渗漏，去总气消耗量的5%，空罐灭菌蒸汽消耗量为: （393+19.464+42.72+8.652）÷(1-5%)=488.25kg 每空罐灭菌30min用蒸汽量： 488.25×30÷60=244.125 kg/罐

每日用蒸汽量：244.125×2=488.25 kg/d 平均量：488.25÷24=20.34kg/h

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第六章 水平衡

6.1 配料用水量：

日投玉米31889.2kg，加水比1:1.5，即31471×1.5=47833.8kg 6.2 液化液冷却水（使用二次水）：

液化液灭酶活后，温度达115℃，用糖化液将至85℃（糖化液灭菌），然后用水降温，由85℃降至60℃，冷却水进水温度是20℃，出水温度达58℃，需冷却水量： W=（3321.79+315.96）×3.35×（85-60）÷[（58-20）×4.19]=1913.46kg/h=46t/d。 6.3 其他：

日产300g/L糖液90480.18kg，即89293.61/1.12=80785.875L=80.79m3，糖化操作周期30h，其他糖化时间为24h，糖化罐100 m3填充系数75%，需糖化罐： 80.79÷（100×75%）×（30÷24）=1.35，取2台。

使用板式换热器，使灭菌后的糖化液由85℃降至60℃，使用二次水，冷却水进水温度为20℃，出水温度为50℃，平均用水量为：

（3321.79+315.96）×3.35×（85-60）÷[（50-20）×4.19]=2423.7 kg/h 要求2h把75 m3 糖液冷却至60℃，高峰用水量： 2423.7÷（3321.79+315.96）×75000×1.12÷2=27983kg/h。 每日糖化罐同时运作：1.35×24÷30=1.08罐

每日冷却水用量：27983×2×1.08=60443.28kg/d=60.5t/d

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