【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 = 4289 kg 離子交換除去離子數(shù)量（達(dá) 96%） 96% = kg 母液數(shù)量（母液含 色氨酸 4 g/l） （ － ） 247。 % = 20955 kg 色氨酸 分離水洗量 ： 20% = kg 色氨酸 提取回收加水量 ： 20955＋ ＋ 96＋ ＋ 4289－ － － = kg 物料衡算結(jié)果 ： 根據(jù)以上計(jì)算，再乘以 t 日淀粉數(shù)及得出每日之物料量，匯總列如下表。 表 4 色氨酸 提取工序物料衡算匯總表 進(jìn)入系統(tǒng) 離開系統(tǒng) 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） t/d 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） t/d 發(fā)酵液 99%色氨酸 活性炭 24 母液 20955 分離洗水量 濕炭 96 回收加水量 離子 蒸發(fā)水 4289 累計(jì) 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 13 3 熱量衡算 液化工序熱量衡算 一次液化加熱蒸汽耗量（ D） ： 可按下式計(jì)算 D1 = Gτ(t2 t1) / (Iλ) 式中： G—淀粉漿量（ kg/h） c—淀粉比熱容 [ kg/（ kg?K） ] t1——漿料初溫（ 20 + 273 = 293 K） t2—液化溫度（ 95 + 273 = 368 K） I—加熱蒸汽焓 ， 2738 kJ/kg ( Mpa表壓 ) λ—加熱蒸汽凝結(jié)水的焓 ， 在 368 K時(shí)為 398 kJ/kg （ 1） 淀粉漿量 G： 根據(jù)物料衡算 ， 日投入淀粉 t， 連續(xù)液化 /24 = t/h ， 加水比為 1： 淀粉漿量為 2320 =8120 kg/h （ 2） 粉漿干物質(zhì)濃度： (2320/8120) 86% 100% =% （ 3） 粉漿比熱容 τ可按下 式計(jì)算： τ = τ0 x/100 + τ水（ 100x） /100 式中： τ0—淀粉比熱容，取 kJ/(kg?K ) x—粉漿干物質(zhì)含量 τ水 —水的比熱容， kJ/(kg?K ) τ = + （ 100－ ） /100 =(kg?K ) （ 4） 蒸汽用量： D1 = 8120 （ 9520） /（ 2738398） = kg/h 二次液化加熱蒸汽量 ， 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 14 在 145 ℃時(shí)為 611 kJ/kg D2 = 8120 (14595)/(2738 611) = kg/h 以上兩次合計(jì) ， 平均量 + = 每日用量 24 = 液化液冷卻用水量 使用板式換熱，將物料有 145℃降至 60℃，使用二次水，冷卻水進(jìn)口溫度 20℃，出口溫度 50℃，需冷卻水量（ W） W = （ 8120 + ） （ 145 60） /(（ 5020） ) = 21627kg/h 即 糖化工序熱量衡算 由前面物料衡算知，日產(chǎn) 24%糖液 t，相對(duì)密度為 g/l，則糖液體積：V = ,其中糖化時(shí)間 24 h，糖化罐 100 m179。 ，裝料 80 m179。 ，需糖化罐 30/24 = 個(gè) ，取 4 個(gè)罐 糖化后加熱滅酶用蒸汽量 ： 在 100 ℃ 時(shí) λ= 419 kJ/kg D滅 = 8120 （ 10060） /（ 2738419） =494kg/h 要求在 20 min內(nèi)使糖化液有 60 ℃ 升至 100 ℃ 則： 蒸汽高峰量 ： 494 60/20 =1482kg/h= 冷卻使用板式換熱 ： 糖化液有（滅酶后） 95 ℃降至 40 ℃，用二次水冷卻，冷卻水進(jìn)口溫度 20 ℃，出口 45 ℃，平均用水量： W =（ 8120 + +494） （ 9540） /（（ 4520 ） ） =17711kg/h 每日糖化罐同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn) ： 25/30 = 罐 每日投 （ 放 ） 料罐次 ： 要求在 2 h把 80 m3糖液冷卻至 40 ℃，高峰用水量： 17711/（ 8120 + +494） 80000 每日冷卻水量： 2 = t/d 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 15 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算 培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量 ： 發(fā)酵罐 200 m3， 裝料系數(shù) ， 每罐產(chǎn)純色氨酸的量： 230 8% 85% = t年產(chǎn) 2020 t色氨 酸， 日產(chǎn) t 發(fā)酵操作時(shí)間 40 h（其中發(fā)酵時(shí)間 30 h）， 需發(fā)酵罐臺(tái)數(shù) 40/24 =，取 2臺(tái) 每日投 （ 放 ） 料罐次 ： 日運(yùn)轉(zhuǎn)： 30/40 = 每罐初始體積 161m3 , 糖濃度 170 g/l, 滅菌前培養(yǎng)基含糖 20%， 其數(shù)量： 161 17%/20% =137 t 滅菌加熱過(guò)程中用 MPA表壓蒸汽 I =2743 kJ/kg， 使用板式換熱器將物料由 20 ℃升至 45 ℃， 每罐滅菌時(shí)間為 1 h， 輸料流量 137/1 =137 t/h 消毒滅菌用蒸汽量 ： D = 137000 （ 12075） /（ 2743120 ） =10920 kg/h=注 ： —糖化液的比熱容 [kJ/（ kg?K） ] 每日蒸汽用量 ： 1 4= t/d 平均量： /24 = t/h 培養(yǎng)液冷卻水用量 ： 120 ℃ 熱料通過(guò)與生料熱交換降至 80 ℃，再用水冷卻至 35 ℃，冷卻水由 20 ℃升至 45 ℃，計(jì)算冷卻水用量： W = 137000 （ 8035） /（（ 4520） ） = 234211kg/h ≈ 5621 t/d 全天用水量 ： 5621 1 4 = 22484t/d 發(fā)酵罐空消蒸汽用量 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 16 發(fā)酵罐體加熱 ： 200 m179。， 1Cr18Ni9的發(fā)酵罐體重約 t，冷卻水排管重約 6 t，比熱容 kJ/(kg?K)，用 Mpa表壓由 20 ℃升至 127 ℃，其蒸汽量為： （ 34300+6000） （ 12720） /（ 2718127 ） = 986 kg 填充發(fā)酵罐空間所需蒸汽量 因 200 m3發(fā)酵罐全容積大于 200 m3，考慮到罐內(nèi)排管、攪拌器所占空間，罐的自由空間仍按 200 m3計(jì)算，填充空間蒸汽用量： D空 = Vρ = 200 = kg V—發(fā)酵罐自由空間即全容積 (m3) ρ—加熱蒸汽密度（ kg/m3） , Mpa表壓下為 滅菌過(guò)程的熱損失 ： 輻射與對(duì)流聯(lián)合給熱系數(shù) α，罐外壁溫度 70 ℃ α = + （ 7020） = [kJ/（ m2?h?K） ] 200m3發(fā)酵罐發(fā)酵表面積為 m2 ，耗用蒸 i汽量 D損 = （ 7020） /（ 2718127 ） =156 kg 滅菌過(guò)程蒸汽滲漏 ： 去總蒸汽消耗量的 5%， 空罐滅菌整齊消耗量為（ 986++156） /（ ） =1544 kg/h 每空罐滅菌 1 h， 用蒸汽量 ： 1544 1 =1544 kg/罐 每日用蒸汽量 ： 1544 4 =6176 kg/d 發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的熱量及冷卻水量 通過(guò)冷卻水帶走的熱量進(jìn)行計(jì)算。 在 最熱的季節(jié)，發(fā)酵放熱高峰期，測(cè)定冷卻水量及進(jìn)出口溫度，然后即可算出最大發(fā)酵熱 Q最大 = 冷卻水用量（ kg/h）（ t出 t進(jìn)） /發(fā)酵液總體積 以 200 m3發(fā)酵罐，裝液量 161m3,使用新鮮水，冷卻水進(jìn)口溫度 15 ℃，出口溫度20 ℃，冷卻水用量（ W），色氨酸的發(fā)酵熱高峰值約 104 kJ/(m3?h) W = Q最大 161/（ （ 2015） ） =104 161/（ 5 ） = 105 kg/h =135 t/h 日運(yùn)轉(zhuǎn) ，高峰用 水量 135 = t/h 日用水量： 24 =1944 t/d 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 17 注： —各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù) 色氨酸濃縮結(jié)晶的熱量衡算 年產(chǎn) 2020 t 色氨酸，日產(chǎn) 100%的色氨酸 ，選用 8噸機(jī)械攪拌內(nèi)熱式真空結(jié)晶罐，濃縮操作周期為 20 h ,其中輔助時(shí)間為 4 h， 每罐產(chǎn) 100%色氨酸 3噸，需結(jié)晶罐臺(tái)數(shù)： （ ） = ，取 3臺(tái) 注： —每罐投入晶種數(shù)（ t）（ 40目晶種量為結(jié)晶罐全容積 5%） 熱平衡與計(jì) 算加熱蒸汽量 每罐投入 400 g/l的色氨酸 濃縮液 5 m3,流加 300 g/l的母液 11 m3，過(guò)程中加水 m3，在 70 ℃下真空蒸發(fā)結(jié)晶，濃縮 3 h，育晶 13 h，放料數(shù)量 m3 熱量衡算 ① 來(lái)料帶入熱量，進(jìn)口溫度 35 ℃，比熱 kJ/(kg?h) Q來(lái)料 =（ 5 + 11 ） 35 10 179。 = 106 kJ ② 加水 帶入熱量 Q來(lái)水 = 35 10179。 = 105 kJ ③ 晶種帶入熱量：晶種比熱容 ?K Q來(lái)晶 =400 20 = 104kJ ④ 結(jié)晶放熱：結(jié)晶熱為 12kJ/mol Q晶熱 =（ ） 105 12 /130 = 104 kJ ⑤ 母液帶走熱量： 分離母液 ,折算為相對(duì)密度 ， ，比熱容為 (kg?K) Q母 = 103 70 = 105 kJ ⑥ 隨二次蒸汽帶走的熱量 Q二蒸 =（ 5 + 11 + ） 2626 103 = 107 kJ ⑦ 隨結(jié)晶色氨酸帶走熱量 Q出晶 =3 1000 70 = 105 kJ 需外界供給熱量： Q =（ Q母 +Q二蒸 +Q出晶 ） （ Q來(lái)料 +Q來(lái)水 +Q來(lái)晶 +Q晶熱 ） = （ 105+ 107+ 105） （ 106+ 105+ 104+ 104） = 107 kJ 計(jì)算蒸汽用量 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 18 每 罐次用蒸汽量：熱損失按 5%計(jì)算 D = 107 /（ ） = 10577 kg/罐次 每罐濃縮結(jié)晶時(shí)間 16 h，每小時(shí)耗蒸汽高峰值： 10577/16 = 3臺(tái)罐（實(shí)際 ）同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，高峰用蒸汽量： =1679 kg/h 每日用蒸汽量 ： 10577 = kg/d = 平均每小時(shí)用蒸汽量： 冷卻二次蒸汽所消耗冷卻水量 二次蒸汽數(shù)量 ， 即水蒸發(fā)速度（ 5+11+） /16 = m3水 /h 冷卻水用量 ： 使用循環(huán)水，進(jìn)口溫度 30 ℃，出口溫度 45 ℃， 70 ℃水蒸氣焓為 2626 kJ/kg, 需冷卻水量 W = 1000 (262645 )/（ (4530) =27000 kg/h = 27 t/d 3臺(tái)罐高峰用水量 ： 27 3 = 81 t/h 全日用水量 ： 27 16 = 5482 t/d 平均用水量 ： 5482/24 = t/h 干燥過(guò)程熱量衡算 [5] 分離后濕色氨酸含水 2%，干燥后達(dá)到 %[4]，進(jìn)加熱器空氣為 20 ℃，相對(duì)濕度70%，通過(guò)加熱器使空氣升至 70 ℃，從干燥器出來(lái)的空氣為 55 ℃。 年產(chǎn) 2020噸色氨酸，日產(chǎn)濕色氨酸 ，兩班生產(chǎn) 16 h， 干燥水分量 ：（ 1000 2% 1000 %） /16 = 注 2： 20 ℃ 空氣濕含量 υ =70% ,X0 = kg/kg干空氣 ， I0 =50 kJ/kg干空氣 ， 加熱到 70 ℃， I1 = 用公式 ：△ =（ I2I1） /(X2X1)=Q物料 +Q損失 Q初溫 式中 ： △ — 空氣經(jīng)干燥后的熱量變化 ， kJ/kg I1 — 出空氣加熱器之空氣熱焓 ， kJ/kg I2 — 出干燥器之空氣熱焓 ， kJ/kg I0 — 冷空氣熱焓 ， kJ/kg X0 — 空氣濕含量 ， kJ/kg干空氣 X1 — 進(jìn)干燥器之空氣濕含量 ， kJ/kg干空氣 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 19 X2 — 出干燥器之空氣濕含量， kJ/kg干空氣 Q物料 — 物料初始溫度時(shí)的物料中每 1kg水之熱含量， kJ/kg Q損失 — 加熱物料所耗熱量， [kJ/(kg?K)] Q初溫 — 損失熱量，為有效熱量的 10% Q物料 = 10 （ 5520） Q損失 = (