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1167.85÷20%×0.4%+15.43÷4.0%×0.2%+175.18÷25%×0.3%=26.23(kg) 6.1.4 8万t/aα-淀粉酶工厂发酵车间的物料衡算表

由上述生产1000 kgα-淀粉酶（规格为4000 u/g）的物料衡算结果，可求得8万t/aα-淀粉酶工厂发酵车间的物料平衡计算。具体计算结果如下表所示。

表6.2 6万t/aα-淀粉酶工厂发酵车间的物料衡算表

物料名称 发酵液 m

种液量 m

玉米淀粉 kg

豆饼粉 kg

玉米浆 kg

麦芽糊精 kg

(NH4)2SO4 kg

Na2HPO4 kg

CaCO? kg

消泡剂 kg

6.2 生产车间的热量衡算 6.2.1 糊化用水耗热量Q1

根据物料衡算的结果，糊化锅加水量为：

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生产1t α-淀粉酶（5000u/ml）物料量

8.21 0.6568 1343.08 438.60 62.56 15.43 30.36 18.29 93.43 26.23

6万t/a α-淀粉酶生产的物料量

6.57×105 5.25×104 1.07×108 3.51×107 5.0×106 1.23×106 2.43×106 1.46×106 7.47×106 2.10×106

每日物料

量 2189 175.15 3.58×105 1.17×105 1.67×104 4114.67 8096 4877.33 2.49×104 6994.67

G1=（1343.08+438.6）×4=7126.72（kg）

式中，1343.08为生产1000kgα-淀粉酶所需要的玉米淀粉量，438.6为糊化锅加入的豆饼粉量。 自来水平均温度取

t1=20℃ ，而糖化配料用水温度t2=50℃，故耗热量为

Q1=G1 CW(t2－t1)= 7126.72×4.18×（50-20）=8.94×105（kJ） 6.2.2 米醪煮沸耗热量Q2

???Q2??? Q2?Q2??Q21.糊化锅内米醪由初温t0加热至100℃耗热Q2?

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Q2??GC(100?to)

米醪米醪⑴计算米醪的比热容C米醪根据经验公式 C谷物?0.01[(100?w)C?4.18w]进行计算。

0式中W为含水百分率，豆饼粉为6，玉米淀粉为13；C0为绝对谷物比热容，C0 =1.55kJ/(kg·k) C豆饼粉=0.01[(100-6) ×1.55+4.18×6]=1.71[kg/( kg·k)] C玉米淀粉=0.01[(100-13) ×1.55+4.18×13]=1.89[kg /(kg·k)]

⑵米醪的初温t0, G米醪为6625.85，设原料的初温为20℃，而热水为50℃，则

(GC+GC)?20+GC?t玉米淀粉玉米淀粉麦芽糊精麦芽糊精1w500?G?76.6（℃）

米醪C米醪⑶把上述结果代入式中，得：

Q?2?6625.85?3.61(100?76.6)?5.60?105(kJ) 2.煮沸过程蒸汽带出的热量Q2??

设该过程用时为30min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为： G蒸发= G米醪×5%×30/60=165.65（kJ）

故 Q2??= G蒸发I=165.65×2257.2=3.74×105(kJ) 式中，I 为100℃下水的汽化潜热（kJ/kg）。

3.热损失Q?2

?? 米醪升温和煮沸过程的热损失约为前两次的耗热量的15%，即：

Q?2???15%(Q2??Q2??) 4.由上述结果得：（已知Q2?Q2??Q?2??Q2???）

6.3 生产车间的水平衡计算 用水量的估算

以一个发酵车间为例进行计算（每班实际满负荷运转按120 h计算）

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（1）清洗发酵罐用水量W1

假若清洗一个发酵罐要用水0.1t，一个发酵车间有18个发酵罐。故用水量W1＝1.8t/班 （2）发酵培养液用水量W2

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设发酵罐用水量为发酵罐的总装系数，故用水量W2 = 75% ×500 m×1Kg/ m×18=6.75t/班 （3）制冷系统用水量W3

用水量W3＝5.47t/h（参照设备厂家提供的数据）。故用水量W3=5.47×72=393.84t （4）清洗地坪用水量W4

每日清洗两次生产区，用水量约为810t/班 （5）锅炉用水量W5

锅炉生产能力为1.0t/h，再加上锅炉自用水和蒸汽损失的20%，所以用水量

W5＝1.0×（1+20%）×72=86.4t/班 （6）生活用水量W6

最大班人数为60人(30人白天，30人晚上)。根据经验数据，每人平均生活用水70kg/h。 生活最大用水量60×70kg/h=4200kg/h 每班按72h计算W6＝30.24t/班 （7）消防用水量W7

因为此项用水较少，可忽略不计，若发生火警时，可将生产用水或生活用水调节使用。设值为3.25 t/班

故：生产期间总用水量W

W=W1＋W2＋W3＋W4＋W5＋W6＋W7

=1.8+6.75+393.84+810＋86. 4＋30.2 4＋3.25 =1332.2 8 t/班

单位时间发酵车间的总用水量：W全= 1332.2 8 t /（3×24）=18.50t/h。

考虑到在一天生产过程中用水的峰期需求，在此基础上以增加20%计，则这个发酵车间的单位时间的供水能力应达到：18.50×1.2＝ 22.2 t/h。

全年用水量：22.2×24×300＝1.598×105t

6.4 无菌空气用量的计算

6.4.1 枯草杆菌发酵中无菌空气平衡示意图6.2

空气 → 压缩 → 过滤除菌————————————————————

↙ ∣ ↓ ∣ ↓ ↙ ∣ 灭菌培养基 ∣ 灭菌消泡剂 ↙ ↓ ↙ ↘ ↓ ↙

种子罐 → 发酵罐 → 送提取

图6.2 无菌空气平衡示意图

6.4.2 发酵工艺技术指标及基础数据

6万t/aα-淀粉酶工厂发酵工艺技术指标及物料平衡计算结果详见本章第一节。根据第一节两表给出的基础数据及物料衡算结果，列出与空气消耗有关的基本数据有：

生产1 tα-淀粉酶的发酵液量为：8.21 m3； 种液量为：0.6568 m3；

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发酵时间为：48h；

发酵周期（含清洗、灭菌等）：72 h； 发酵罐公称容积：500 m3（18个）； 发酵罐装料系数：75%。 6.4.3 发酵过程无菌空气用量计算

发酵车间无菌空气消耗量主要用于枯草杆菌发酵过程通风供气，其次为种子培养的通气以及培养基压料输送也需要压缩空气。此外，因设备和管件等的消毒吹干以及其他损耗构成无菌空气的耗用量。

1.单罐发酵无菌空气耗用量

表6.3 枯草杆菌发酵常用的搅拌转速与通气量

指标名称 发酵罐容量（m3） 搅拌转速（r/min） 通气速率（vvm）

[11]

指标数

20 130 0.25-0.28

50 110 0.20-0.25

100 100 0.15-0.18

150 95 0.12-0.15

200 90 0.10-0.12

250 85 0.07-0.10

500 80 0.05-0.07

根据表可知，500 m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0.05-0.07 vvm,取最高值0.07vvm进行计算。

⑴单罐发酵过程用气量（常压空气）

V=500×75%×0.07×60=1732.5 (m3/h) ⑵单罐年用气量

Va=V×48×100=8.32×106（m3）

式中60—每年单罐发酵批次 48—发酵时间

2.种子培养等其他无菌空气耗量

二级种培养是在种子罐中进行的，可根据接种量、通气速率、培养时间等进行计算。但通常的设计习惯，是把种子培养用气、培养基压送及管路损失等算作一次，一般取这些无菌空气消耗量之和约等于发酵过程空气耗量的25%。

故这项无菌空气耗量为：

V′=25%V=25%×1732.5 =433.13（m3/h） 每罐每年用气量为：Va′= V′×12×100

=433.13×12×100 =5.2×105 (m3/a)

3.发酵车间高峰无菌空气消耗量

Vmax= 18(V+V′)=35×(1732.5+433.13)=38981.34 (m3/h) 4.发酵车间无菌空气年耗量 Vt=18（Va+ Va′）

=18×(8.32×106+5.2×105 )=2.59×108（m3/a）

6.4.4 发酵车间无菌空气单耗 根据设计，实际α-淀粉酶年产量为：

G=82216.80.5（t/a）

故发酵车间无菌空气单耗为：

Vo= Vt/G=2.59×108/82216.80=3150.21 (m3/t) 6.4.5 6万t/aα-淀粉酶工厂无菌空气用量衡算表

根据上述计算结果，可得出6万t/aα-淀粉酶工厂无菌空气用量衡算表，如下所示：

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