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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 基础恒算
λ—加热蒸汽凝结水的焓，在371K时为383.6KJ/kg(用内差法求得;其中89.9°C时λ=376.61，100°C时为390.08)
① 淀粉浆量G：
根据物料衡算，日投工业淀粉181.88t，连续液化粉浆量为 7.58×1000×3.5=26530(kg/h)
② 粉浆干物质浓度：
7580?86%×100%=24.57%
26530181.88 = 7.58(t/h)，加为1：2.5，24③ 粉浆比热C可按下式计算：
100?X[7]
C=C0X＋C水
100100式中： C0—淀粉质比热容，取1.55 KJ/(kg·°C)
X—粉浆干物质含量 24.57%. C水—水的比热容，4.18 KJ/(kg·°C)
C=1.55×24.57100-24.57＋4.18×=3.53[KJ/(kg·°C)]
100100④ 蒸汽用量： D=
26530?3.53?(90?20)=2793.88(kg/h)
2730?383.6⑵ 灭酶用蒸汽量：
灭酶时将液化液由90°C加热至100°C，在100°C时的λ为419KJ/KG
D灭=
26530?3.53?(100?90)=405.24 (kg/h)
2730?419 要求在20min内使液化液由90°C升温至100°C，则蒸汽高峰量为：
405.24×60=1215.72(kg/h) 20以上两项合计，平均量2793.88＋405.24=3199.122(kg/h)=3.2(t/h) 每日用量3.2×24=76.8(t/d)
高峰量 2793.88+1215.72=4009.6(kg/h) ⑶ 液化液冷却用水：
使用板框换热器，将物料由100°C降至65°C，使用二次水，冷却水进口温度20°C，出水温度58.7°C，需冷却水量(W)为：
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W=
(26530?3199.12)?3.53?(100?65)=22705.84 (kg/h)即544.8(t/d)
(58.7?20)?4.183.2.2 糖化工序热量衡算
⑴ 日产24%的糖液708.96吨 即：
708.96=650.42(m3)，糖化操作周期30h其中糖化时间25h，糖化罐300 m3，1.09装料200m3，需糖化罐数：
650.4230×=3.19(台)取4台. 20025⑵ 液化液冷却用水：
使用板式换热器，使糖化液(经灭后)由85°C降至60°C，用二次水冷却，冷却水进口温度为20°C，出口温度为45°C，平均用水量为：
W=
708.96?1000?3.53?(85?60)=24946.46(kg/h)=579.6(t/d)
(45?20)?4.18?24要求在2 h内把200 m3液糖液冷却到40°C，高峰用水量为：
24946.46200?103?1.09? =91475.46(kg/h)
29729.12225每日糖化罐同时运转：3.9×=3.25=4(罐)
30650.42每投放料罐次： =3.25=4(罐)
200每日冷却水用量：2×91.48×3.25=594.62(t/d)
3.2.3 连续灭菌和发酵工序热量衡算
⑴ 培养液连续灭菌用蒸汽量： 国内大多采用的发酵罐体积为300m3。
30 m3发酵罐装料系数0.7，每罐产100%MSG量： 300×0.70×11%×94%×95%×1.272=26.24(t/d)
年产商品味精4万吨，日产100%MSG119.06吨.发酵操作时间42h(其中发酵时间32 h)需发酵罐台数：
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119.0642?=7.8(台)取8台. 26.2424每罐初始体积：210 m3糖浓度16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其数量：
210?16.4%=181.3(t)
199.06每日投(放)料罐次=4.5 取5罐次。
26.2432日运转7.9?=6.02(罐)取7罐次。
42灭菌加热过程中用0.4mPa(表压)I=2743 KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C，再加热至120°C，冷却水由20°C升到45°C。
每罐灭菌时间3h，输料流量：
181.3
=60.4(t/h) 3
60400?3.97?3.53?(120?75)=4844(kg/h)≈4.8(t/h)
2743?120?4.12消毒灭菌用蒸汽量(D)： D=
式中：3.97为糖液的比热容， [KJ/(kg·°C)] 每天用蒸汽量： 4.8×3×5=72(t/d) 高峰用蒸汽量：4.8(t/h) 平均用蒸汽量：
72/24=3(t/h) ⑵ 培养液冷却用水量：
由120°C热料通过与生料热交换，降至80°C，再用水冷却至35°C，冷却水由20°C升至45°C，计算冷却水量(W)：
W=
60400?3.97?（80?35）=103257(kg/h)=103(t/h)
（45?20）?4.18全天用水量：
103×3×5=1545(t/d) ⑶ 发酵罐空罐灭菌蒸汽量： ① 发酵罐体加热：
300m3，1Cr18Ni9的发酵罐体重51.5t，冷却排管重9t，1Cr18Ni9的比热容0.5 kJ/（kg·℃），使用0.2 MPa蒸汽（表压）灭菌，发酵罐罐压保持在0.15MPa（表压）
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下，由20℃升至127℃，维持1h。其蒸汽用量为：
（51500?9000）?0.5?(127?20) =14800(kg)
2718?535.4式中 2748.5——0.4 MPa（表压）蒸汽热焓，kJ/kg
535.4——0.15MPa，127℃时蒸汽凝结水热焓，kJ/kg
② 填充发酵罐空间的蒸汽量：
因300 m3发酵罐的全容积大于3003m3，考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间罐之自由空间仍按300 m3计算，填充空间需蒸汽量：
D空=Vρ=300×1.622=1102.3(kg) 式中 ： V—发酵罐全容积(m3)
ρ—加热蒸汽的密度(kg/ m3)0.2 mPa(表压)时为1.622 ③ 灭菌过程的热功当量损失：
辐射与对流联合给热系数α，罐外壁温度70°C。
α=33.9＋0.19×(70－20)=43.4[kg/(m3·h·°C)] 300m3发酵罐的表面积为310㎡，耗用蒸汽量： D损=
310?43.4?(70?20)=308(kg)
2718?127?4.18④ 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗：
310?0.001?1000?(70?20)?4.18=63(kg)
2718?127?4.18 式中： 0.001—附壁水平均厚度(1mm) 1000—水密度 (kg/m3)
⑤ 灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的5%，空罐灭菌蒸汽消耗量;
1480?487?308?63=2461(kg/h)
1?0.05每空罐灭菌1.5 h，用蒸汽量： 2461×1.5=3961(kg/罐) 每日用蒸汽量：
3961×5=19805(kg/d)=19.8（t/d） 平均用蒸汽量：
19805 =825(kg/h) 24高峰用量：
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2461?7=17.2（t/d）
⑥ 发酵过程产生的热量及冷却用水量： 发酵过程的热量计算有下列几种方法： ⑴ 通过计算生化反应来计算发酵热Q总
Q总=生物合成热+搅拌热-汽化热 生物合成热可通过下列方程计算：
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2813KJ
C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4N+CO2+1.5H2O+890KJ 搅拌器=860×4.18×P(P—搅拌功率，KW) 汽化热=空气流量(m3/h)×(I出－I进)ρ
式中：I出，I进—进出之空气热焓(KJ/Kg赶空气)
ρ—空气密度
⑵ 通过燃烧热进行计算：
Q总=?Q作用物燃烧??Q产物燃烧
有关物料的燃烧热：
葡萄糖：15633KJ/Kg 谷氨酸：15424KJ/Kg 玉米浆：12289KJ/Kg 菌 体：20900KJ/Kg
以发酵6—20小时耗糖速率最快，为放热高峰。
(3) 通过冷却水带走的热量进行计算：
在最热季节，发酵放热高峰期，测定冷却水量及进出口温度，然后即可算出最大发热量Q最大， [KJ/(m3·h)]
Q最大=
4.18?冷却水(Kg/h)?t出?进?发酵液总体积(m3)
(4) 通过发酵液温度升高进行计算：
关闭冷却水观察罐内发酵液温度升高，用下式计算Q最大 Q最大=
4.18(GCt?G1C1t1)V[KJ/(m3·h)]
式中： G—发酵液重量(kg)
C—发酵液比热容[KJ/(kg·°C)
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