第五節(jié) 無菌壓縮空氣消耗量計算12

壓縮空氣消耗量，通常用單位時間耗用的常壓空氣體積表示，即 m3壓縮空氣消耗量，通常用單位時間耗用的常壓空氣體積表示，即 m3/h(105Pa)1.通氣發(fā)酵罐通風(fēng)量計算VQ=qo2rXc-cinout式中：Q——通氣量(m3/h)q02——微生物比呼吸速率[mol02/(kg.h)]x——微生物活細胞濃度(kg/m3)V——發(fā)酵罐裝液量(m3)cin 通人發(fā)酵罐的空氣氧濃度(mol02/m3)cout 離開發(fā)酵罐的空氣氧濃度(mol02/m3)KLa放大準(zhǔn)則。(1)等KLa放大準(zhǔn)則計算Q對高耗氧的生物反應(yīng)，如酵母培養(yǎng)和單細胞蛋白(SCP)生產(chǎn)，通常使用等放大罐通氣量Q2與試驗罐的Q1KLa放大準(zhǔn)則。VQVQx ―r1V2rh)1~IH丿'2z式中V1——試驗罐的裝液量(m3)V2——放大罐的裝液量(m3)H1 試驗罐的裝液高度(m)pH2——放大罐的裝液高度(m)(2)p相等放大準(zhǔn)則V這是通風(fēng)發(fā)酵罐放大設(shè)計最常用的方法。對谷氨酸、檸檬酸及抗生素等發(fā)酵，盡管規(guī)模不同，但維持Po/V不變，則生產(chǎn)結(jié)果相近。應(yīng)用Po/V相等準(zhǔn)則放大設(shè)計時，理論上通氣量的計算可按空截面氣速Vs維持恒定的原則，即放大罐的通氣量為：兀Q=—D2V2 4 2s1式中D2 放大罐的直徑(m)Vs1——試驗罐空截面氣速(m/s)通風(fēng)攪拌用的壓縮空氣的壓強計算P=10Hp+PaW2(1+丫g)+P_l2g 0_式中:P——通風(fēng)攪拌用的壓縮空氣的壓強(Pa)H——被攪拌液體的液柱高度(m)pL 被攪拌液體的密度(kg/m3)pa 通人空氣的密度(kg/m3)W——管道中空氣流速(m/s)g 重力加速度(9.81m/s2)—總阻力系數(shù)，包括空氣分布器等阻力壓送培養(yǎng)基等液體物料時無菌空氣耗量所需壓縮空氣的壓強P可按下式求算：_ oW2 1 (Pa)P=10Hp+%1+Y?+P_ 2g 0_式中H 壓送靜壓高度(m)p 被輸送液體密度(kg/m3)壓縮空氣消耗量分下述兩種情況計算：設(shè)備中液體在一次操作中全部壓完V=10-5V0P (m3)每小時壓縮空氣消耗量為：V1=10-5V0P/t (m3/h)式中T——每次壓送液體的操作時間(h)V0——設(shè)備容積(m3)P——所需壓縮空氣的壓強(h)Po——液面上的壓強(Pa)設(shè)備中液體部分壓出對一次操作，折算成壓強為105Pa的壓縮空氣消耗量為:V=[V(2—Q)+V]px10-5-2(m2)0 L若每次壓送時間為f(h),則每小時無菌空氣耗量為：V'=5x10-6[V(2 )+V]P/T (m3/h)0 L式中V——設(shè)備容積(m3)申一一設(shè)備裝料系數(shù)VL——一次壓送出的液體體積(m3)二、計算實例(3000t/a味精廠發(fā)酵車間無菌空氣耗量衡算)谷氨酸發(fā)酵無菌空氣平衡示意圖空氣―壓縮―?過濾除菌種子罐―發(fā)酵罐一成熟發(fā)酵一送提取發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與空氣消耗有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：生產(chǎn)1t味精的發(fā)酵液量為15.66m3；二級種液：0.313m3；發(fā)酵時間：34h；發(fā)酵周期(含清洗、滅菌等)：48h；發(fā)酵罐公稱容積：100m3(4個)；發(fā)酵罐裝料系數(shù)：70%。發(fā)酵過程無菌空氣用量計算發(fā)酵車間無菌空氣的用途：1、谷氨酸發(fā)酵過程通風(fēng)供氧

2、 種子培養(yǎng)通氣3、 培養(yǎng)基壓料輸送4、 設(shè)備和管路、管件等的消毒吹干1、 單罐發(fā)酵無菌空氣耗用量算：(1)(2)算：(1)(2)單罐發(fā)酵過程用氣量(常壓空氣)V=100x70%x0.18x60=756(m3/h)單罐年用氣量Va=Vx34x150=3855600(m3)150---為每年單罐發(fā)酵批次2、 種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量V=25%V=189(m3/h)每年用氣量為：V=25%Vax4=25%x3855600x4=3855600(m3/a)4----發(fā)酵罐的個數(shù)3、 發(fā)酵車間高峰無菌空氣消耗量Vmax=4(VV)=4(756+189)=3780(m3/h)4、 發(fā)酵車間無菌空氣年耗量Vt=4x150(VV)x34=1.93x107(m3/a)發(fā)酵車間無菌空氣單耗實際味精年產(chǎn)量為：G=118x70%x2x300m15.66=3164(t/a)故發(fā)酵車間無菌空氣單耗為：V0=VtmG=6100(m3/t)3000t/a味精廠發(fā)酵車間無菌空氣衡算表第六節(jié)抽真空量計算真空冷卻器的抽真空量計算被處理料液在真空冷卻器內(nèi)產(chǎn)生的二次蒸汽量為：W=Gc(t1—t2)m(I—ct2)(kg/h)式中G——進入冷卻器的料液流量(kg/h)c——料液比熱容[kJ/(kg?K)]t1——進入的料液溫度(°C)t2——離開的冷卻的料液溫度(C)I——二次蒸汽焓(kg/kg)查出二次蒸汽比容V,則待求的抽真空量為：B1=Gc(t1—t2)m(I—ct2)(m3/h)不凝性氣體抽出量為：B2=2.5x10—5(W+W')+AW(kg/h)式中W'——水噴射泵耗水量(kg/h)A——空氣滲漏系數(shù)所以，真空冷卻器抽真空量為：B=B1+B2=Gc(t1+t2)[V+2.5x105+A]m(t1-t2)+2.5x10-5W'真空過濾耗真空量：設(shè)真空過濾面積為F(m2)對連續(xù)操作：B'=a (m3/h)對間歇操作，每批抽真空量為：B=aFT(m3)每天總抽氣量為：Bt=aFm (m3/d)式中：a——操作系數(shù)，通常取15?18T 每次抽濾所需時間(h)n 每天操作次數(shù)真空輸送料液耗真空量：通常采用間歇操作，且液體可視為不可壓縮流體，故每次操作抽真空量為：B=V(―2.31gP) (m3)若每天(24h)操作n次，則共需抽真空量為：Bt=Vn(―2.3lgP) (m3/d)若每次操作時間為T(h)，則抽真空速率為：B1=V(—2.3lgP)/t (m3/h)式中：V——需抽真空設(shè)備容積(m3)P 設(shè)備內(nèi)殘余壓強(atm)抽真空時間與真空泵的選擇：從初始壓強Pl抽空至終壓強P2時，一次操作所需的抽氣時間為：t=2.3(V/S)lg(P1/P2)式中V——需抽真空容器的容積(m3)S 真空泵有效抽氣速率(m3/h)通常，抽氣時間t是生產(chǎn)工藝決定的，由t可確定有效抽氣速率的計算：S=2.3(V/t)lg(P1/P2)抽氣速率S是真空泵的選型的重要參數(shù)。如果使用水噴射真空泵,有效抽氣速率還必須與循環(huán)水的溫度有關(guān)。水溫低,則不凝性氣體排除速率高。二、計算實例(10000/a淀粉原料酒精廠糖化車間抽真空量計算)蒸煮醪真空冷卻器物料流程圖蒸煮醪真空冷卻器抽真空量計算首先列出真空冷卻器的物料衡算式和熱量衡算式：G1=G2+W (5-66)G1c1t1=G2c2t2+Wi (5-67)1.真空冷卻過程中產(chǎn)生的二次蒸汽量由t1=104.3°C,t2=63°C，蒸煮醪比熱容c=3.63kJ/(kg.K)，可計算出真空冷卻過程的二次蒸汽量：W1=G1c1(t1-t2)/i-c2t2=15833x3.62(104.3-63)/2614.8-3.62x63=992(kg/h)63°C飽和蒸汽的比容Vg=6.743m3/kg，可計算二次蒸汽的體積：V=VgWl=6689(m3/h)2?水噴射真空泵循環(huán)水量設(shè)循環(huán)水的初溫為t3=34C，終溫為t4=42C,則循環(huán)水量為:W2=W1(i-t4Cm)/Cw(t4-t3)=992(2614.8-42x4.186)/4.186(42-34)=72105(kg/h)=72.105(m3/h)3扌由氣量驗算(1)應(yīng)排除的不凝性氣體量為：Ga=2.5x10-5(W1+W2)+A=2.5x10-5(992+72105)+0.3%x992=4.8(kg/h)2.5x10-5----為水中溶解的空氣量噴射器排除的