谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算

本文格式為Word版，下載可任意編輯——谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算工藝計算

生產(chǎn)方法：以工業(yè)淀粉為原料、雙酶法糖化、流加糖發(fā)酵，低溫濃縮、等電提取。

主要技術指標：

生產(chǎn)天數(shù)淀粉糖轉化率原料淀粉含量發(fā)酵谷氨酸產(chǎn)率糖酸轉化率氨酸提取收率味精對谷氨酸的精制收率發(fā)酵醪初糖濃度

淀粉液化工藝參數(shù)：淀粉乳濃度工業(yè)淀粉規(guī)格層流罐維持溫度液化時間CaCl2流加率淀粉質比熱容滅酶溫度淀粉：水

糖化工藝參數(shù)：糖化pH值糖化溫度糖化時間時間

4.360℃25h20min糖化酶規(guī)格加酶量（160u/g）滅酶溫度10萬u/ml1.6L/T80℃28.6％80％95℃1.5h0.1％1.55KJ/Kg.K120℃1：2.5噴射器出口溫度a淀粉酶加酶量（10u/g）a淀粉酶規(guī)格液化pH值漿料初溫加熱蒸汽上升溫度時間105℃0.5L/T20000u/ml6.220℃0.3Mpa20min330天98.5％80％10％60％95％124％13％(W／V)發(fā)酵周期產(chǎn)品純度流加糖濃度發(fā)酵罐填充系數(shù)種子罐填充系數(shù)接種量通氣速率輔助設備用氣量40小時99％40％(kg／L)85％85％5％0.1-0.18vvm10％培養(yǎng)基配方：

水解糖液氨K2HP04MgS04?7H2OMnS04消泡劑玉米漿

滅菌各參數(shù)：

培養(yǎng)基滅菌蒸汽滅菌前物料溫度預熱加熱冷卻水始溫冷卻水末溫

0.4MPa20℃75℃120℃20℃45℃蒸汽200M發(fā)酵罐重冷卻排管比熱容發(fā)酵罐始溫發(fā)酵罐末溫滅菌時間滅菌中其它蒸汽損耗3發(fā)酵培養(yǎng)基(W/V)17％2％O.15%0.06％2mg/L0.04％/種子培養(yǎng)基(W/V)4％0.24%0.1％0.04％2mg/L/l.5%發(fā)酵罐滅菌0.2MPa34.3t6t0.5KJ/Kg*K20℃127℃1.5h總汽耗30％

一、谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算

首先計算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。（一）、發(fā)酵液量

設發(fā)酵液初糖和流加高濃糖最終發(fā)酵液總糖濃度為180kg/

V1?1000180?60%?95%?99%?124%3，則發(fā)酵液量為：

?8.0(m)

式中180——發(fā)酵培養(yǎng)基終糖濃度（kg/60%——糖酸轉化率95%——谷氨酸轉化率

）

99%——除去倒罐率1%后的發(fā)酵成功率124%——味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率

（二）、發(fā)酵液配制需水解糖量，以純糖計算：

G1?V1?170?1360(kg)

（三）、二級種液量：

V2?5%V1?0.4(m)3

（四）、二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量：

G2?40V2?16(kg)

式中40——二級種液含糖量（kg/）

（五）、生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量：

G?G1?G2?1360?16?1376(kg)

（六）、耗用淀粉原料量：

理論上，100kg淀粉轉化生成葡萄糖量為111kg，故耗用淀粉量為：

G淀粉?G?(80%?98.5%?111%)?1572.6(kg)

式中80%—淀粉原料含純淀粉量98.5%—淀粉糖化轉化率

（七）、液氨耗用量：

二級種液耗液氨量：2.4V2=0.96（kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗液氨量：20V1=160（kg）共耗液氨量：160+0.96=161.0（kg）

（八）、磷酸氫二鉀耗量：

G（K2HPO4）=1.5V1+1V2=12+0.4=12.4（kg）

（九）、硫酸鎂用量：

0.4V2+0.6V1=0.16+4.8=4.96（kg）

（十）、消泡劑耗用量：

0.4V1=3.2（kg）

（十一）、玉米漿耗用量：

15V2=6（kg）

（十二）、硫酸錳耗用量：

0.002V2=0.8（g）

（十三）、谷氨酸量：

發(fā)酵液谷氨酸含量為：

G1×60%（1-1%）=1360×0.6×0.99=807.84（kg）

實際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率95%）為：

807.84×95%=767.45（kg）

45000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算表

物料名稱發(fā)酵液量/二級種液量/生產(chǎn)1t味精生產(chǎn)45000t/a味每日物料量109154.551885454.5（100%）的物料量精的物料量80.413603600001800061200000發(fā)酵水解用糖量/kg二級種培養(yǎng)用糖量/kg水解糖總量/kg淀粉用量/kg液氨用量/kg磷酸二氫鉀用量/kg12.455800016911613761572.616172000061920000707670724502181.8187636.4214445.521954.55硫酸鎂用量/kg消泡劑用量/kg玉米漿用量/kg硫酸錳用量/g谷氨酸量/kg4.963.260.0008767.452232001440002700003634535250676.4436.4818.20.11104652.3

二、谷氨酸發(fā)酵的熱量衡算

熱量衡算是根據(jù)能量守恒定律建立起來的，熱平衡方程表示如下：

∑Q入=∑Q出+∑Q損————————（2-1）

式中

∑Q入─輸入的熱量總和（kJ）∑Q出─輸出的熱量總和（kJ）∑Q損─損失的熱量總和（kJ）

尋常，

∑Q入=Q1+Q2+Q3————————（2-2）∑Q出=Q4+Q5+Q6+Q7————————（2-3）∑Q損=Q8

式中

Q1—物料帶入的熱量（kJ）

Q2—由加熱劑（或冷卻劑）傳給設備和所處理的物料的熱量（kJ）Q3—過程的熱效應，包括生物反應熱、攪拌熱等（kJ）Q4—物料帶出的熱量（kJ）Q5—加熱設備需要的熱量（kJ）Q6—加熱物料需要的熱量（kJ）Q7—氣體或蒸汽帶出的熱量（kJ）

把（2-2）～（2-4）式代入（2-1）式，得

Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8

值得注意的是，對具體的單元設備，上述的Q1～Q8各項熱量不一定都存在，故進行熱量衡算時，必需根據(jù)具體狀況進行具體分析。連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算計算指標（以淀粉質為原料）

計算指標見表2.1。

————————（2-4）

表2.1計算指標

項目淀粉糖化轉化率發(fā)酵谷氨酸產(chǎn)率糖酸轉化率谷氨酸提取收率味精對谷氨酸的精制收率原料淀粉含量發(fā)酵周期生產(chǎn)天數(shù)

（一）培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量：

經(jīng)工藝物料衡算結果，發(fā)酵采用發(fā)酵罐體積為200m3。發(fā)酵罐裝料系數(shù)85%，每罐產(chǎn)100%味精的量：

200×0.85×10%×95%×124%×1.272=25.47（t/d）

式中

1.272——

純味精相對分子質量純谷氨酸相對分子質量工藝參數(shù)98.5%10%60%95%124%80%40h330d＝

187147?1.272

年產(chǎn)商品味精4.5萬噸，日產(chǎn)100%味精136.4噸.發(fā)酵周期為40h，需發(fā)酵罐臺數(shù)：

136.425.47?24?40?8.9

取9臺

由于裝罐率，所以每罐初始體積160m3糖濃度18.0g/dl，滅菌前培養(yǎng)基含糖20.0g/dl，其數(shù)量：

16020236.425.47?18?144（t）

每日投料罐次

?5.4取6罐次。

滅菌加熱過程中用0.4MPa，I=2743KJ/kg，使用板式換熱器將物料由20°C預熱至75°C，再加熱至120°C，冷卻水由20°C升到45°C。消毒滅菌用蒸汽量（D）：

D=3212（kg/h）≈3.2（t/h）

式中：

3.97為糖液的比熱容，[KJ/（kg·°C）]

3.2×3×3=28.8（t/d）

每天用蒸汽量：

高峰用蒸汽量：平均用蒸汽量：

3.2×4=12.8（t/h）28.8/24=1.2（t/h）

（二）發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽量：1、發(fā)酵罐體加熱：

200m的發(fā)酵罐重34.3t，冷卻排管重6t，比熱容0.5KJ/（kg·°C），用0.2MPa（表壓）蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15MPa（表壓）下由20°C升至127°C，其蒸汽量為：

(34.3?6)?1000?0.51743-127?4.18?（127-20）?986(kg)3

2、填充發(fā)酵罐空間的蒸汽量：

因200m3發(fā)酵罐的全容積大于200m3，考慮到罐內(nèi)之排管，攪拌器等所占之空間罐之自由空間仍按200m3計算，填充空間需蒸汽量：

D空=Vρ=200×1.39=278（kg/h）

式中：

V—發(fā)酵罐全容積（m3）

ρ—加熱蒸汽的密度（kg/m3）0.15mPa（表壓）時為1.39（kg/m3）

3、滅菌過程的熱功當量損失：

200m3發(fā)酵罐的表面積為201㎡，耗用蒸汽量：

D損=

4、罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗：

201?0.001?1000?4.182743-127?4.18?（127-20）?41(kg)201?25.942743-127?4.18?（70-20）?199(kg)

式中：0.001——附壁水平均厚度（1mm）1000——水密度（kg/m3）

5、滅菌過程蒸汽滲漏，取總汽消耗量的30%，空罐滅菌蒸汽消耗量;

986?278?199?411?0.3?2148.6(kg/h)

每空罐滅菌1.5h，用蒸汽量：2148.6×1.5=3222.9（kg/罐）

每日用蒸汽量：3222.9=9668.6（kg/d）=9.7（t/d）

平均用蒸汽量：9668.6/24=402.9（kg/h）=0.4（t/h）高峰用蒸汽量：2148.64=8594.4（kg/h）=8.6（t/h）

（三）液化工藝熱量衡算1、液化加熱蒸汽量

加熱蒸汽消耗量Ｄ可按下式計算

D=G×C×（T2-T1）÷[（h-i）η]

式中：

G——淀粉漿量（kg/h）C——淀粉漿比熱容kJ/（kg*K）T2——漿料初溫（20+273=293K）T1——液化溫度（95+273=368K）

h——加熱蒸汽焓2738kJ/kg（0.3Mpa,表壓）i——加熱蒸汽凝結水焓，在363K時為377kJ/kg

淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉214.4t；連續(xù)液化214.4/24=8.93（t/h）。加水量為1:2.5，分漿量為10600×3.5=37100（kg/h）

粉漿比熱C可按下式計算：

C=C0+C水

C=1.55+4.18=5.73kJ/（kg*K）

式中：

C0——淀粉質比熱容，取1.55kJ/（kg*K）C水——水的比熱容，取4.18kJ/（kg*K）

蒸汽用量

D=

37100?5.73（2738-377）95%?（368-293）?7108.4（kg/h）=7.1（t/h）

2、滅酶用蒸汽量

滅酶時將液化液由90℃加熱至120℃，在100℃時的i為419kJ/kg

D滅=

37100?5.73（2738-419）95%?30?2895（kg/h）=2.9（t/h）

要求在20min內(nèi)使液化液由90℃升至120℃，則蒸汽高峰值為：

2.9×4=11.6（t/h）

以上兩項合計，

平均量：（7.1+2.9）/2=5（t/h）；每日用量：5×24=120（t/d）

（四）糖化工藝熱量衡算1、糖化加熱蒸汽量

加熱蒸汽消耗量Ｄ可按下式計算

D2=G×C×（T2-T1）÷[（h-i）η]

式中：

G——淀粉漿量（kg/h）C——淀粉漿比熱容kJ/（kg*K）T2——漿料初溫（20+273=293K）T1——糖化溫度（60+273=333K）

h——加熱蒸汽焓2738kJ/kg（0.3Mpa,表壓）i——加熱蒸汽凝結水焓，在363K時為377kJ/kg

淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉214.4t；連續(xù)糖化214.4/25=8.58（t/h）。加酶量為1.6L/T淀粉。

蒸汽用量

2、滅酶用蒸汽量

滅酶時將糖化液由60℃加熱至80℃，在80℃時的i為419kJ/kg

D滅=

37100?5.73（2738-419）95%?20?1930D=

37100?5.73（2738-377）95%?（333-293）?3791（kg/h）=3.8（t/h）

（kg/h）=1.9（t/h）

要求在20min內(nèi)使糖化液由60℃升至80℃，則蒸汽高峰值為：

1.9×4=7.7（t/h）

以上兩項合計，

平均量：（1.9+3.8）/2=2.85（t/h）；每日用量：2.85×24=68.4（t/d）

三、谷氨酸發(fā)酵的水平衡計算

培養(yǎng)基冷卻用水量：由120°C熱料通過與生料熱交換，降至80°C，再用水冷卻至35°C，冷卻水由20°C升至45°C，計算冷卻水量（W）：

W=

40280?3.97?(80?35)(45?20)?4.18=68896（kg/h）=69（t/h）

全天用水量：69×3×4=828（t/d）

發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱量及冷卻用水量。發(fā)酵過程的熱量通過發(fā)酵液溫度升高進行計算：關閉冷卻水觀測罐內(nèi)發(fā)酵液溫度升高，計算Q最大：

Q最大=

式中：

4.18(GCt?G1C1t1)V[KJ/（m3·h）]

G——發(fā)酵液重量（kg）

C——發(fā)酵液比熱容[KJ/（kg·°C）t——1h內(nèi)發(fā)酵液溫度升高數(shù)（°C）G1——設備筒體的重量（kg）

C1——設備筒體的比熱容[KJ/（m3·h）]V——發(fā)酵液體積（m3）

根據(jù)味精廠的實測和經(jīng)驗數(shù)，谷氨酸的發(fā)酵熱高峰值約53341KJ/（m3·h）200m3發(fā)酵罐，裝料量160m3使用新鮮水，冷卻水進口溫度10°C，出口溫度20°C，冷卻水用量（W）：

W=

3?10000?160（20-10）?4.18=114832.5（kg/h）114.8（t/h）

日運轉9臺，高峰用水量：

114.89=1033.2（t/h）

日用水量：式中：

1033.2×0.8×24=19837.4（t/h）

0.8——各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)

19837.4/24=826.6（t/h）

平均用水量：

V?3.1?0.18?0.56m/min?3?

將通風換算成工作狀態(tài)，求通風管