年产2000吨色氨酸的工厂设计_发酵工程课程设计(编辑修改稿)

年产2000吨色氨酸的工厂设计_发酵工程课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

= 4289 kg 离子交换除去离子数量（达 96%） 96% = kg 母液数量（母液含 色氨酸 4 g/l） （ － ） 247。 % = 20955 kg 色氨酸 分离水洗量 ： 20% = kg 色氨酸 提取回收加水量 ： 20955＋ ＋ 96＋ ＋ 4289－ － － = kg 物料衡算结果 ： 根据以上计算，再乘以 t 日淀粉数及得出每日之物料量，汇总列如下表。 表 4 色氨酸 提取工序物料衡算汇总表 进入系统 离开系统 项目 物料比例（ Kg） t/d 项目 物料比例（ Kg） t/d 发酵液 99%色氨酸 活性炭 24 母液 20955 分离洗水量 湿炭 96 回收加水量 离子 蒸发水 4289 累计 南通大学课程设计 13 3 热量衡算 液化工序热量衡算 一次液化加热蒸汽耗量（ D） ： 可按下式计算 D1 = Gτ(t2 t1) / (Iλ) 式中： G—淀粉浆量（ kg/h） c—淀粉比热容 [ kg/（ kg•K） ] t1——浆料初温（ 20 + 273 = 293 K） t2—液化温度（ 95 + 273 = 368 K） I—加热蒸汽焓 ， 2738 kJ/kg ( Mpa表压 ) λ—加热蒸汽凝结水的焓 ， 在 368 K时为 398 kJ/kg （ 1） 淀粉浆量 G： 根据物料衡算 ， 日投入淀粉 t， 连续液化 /24 = t/h ， 加水比为 1： 淀粉浆量为 2320 =8120 kg/h （ 2） 粉浆干物质浓度： (2320/8120) 86% 100% =% （ 3） 粉浆比热容 τ可按下 式计算： τ = τ0 x/100 + τ水（ 100x） /100 式中： τ0—淀粉比热容，取 kJ/(kg•K ) x—粉浆干物质含量 τ水 —水的比热容， kJ/(kg•K ) τ = + （ 100－ ） /100 =(kg•K ) （ 4） 蒸汽用量： D1 = 8120 （ 9520） /（ 2738398） = kg/h 二次液化加热蒸汽量 ， 南通大学课程设计 14 在 145 ℃时为 611 kJ/kg D2 = 8120 (14595)/(2738 611) = kg/h 以上两次合计 ， 平均量 + = 每日用量 24 = 液化液冷却用水量 使用板式换热，将物料有 145℃降至 60℃，使用二次水，冷却水进口温度 20℃，出口温度 50℃，需冷却水量（ W） W = （ 8120 + ） （ 145 60） /(（ 5020） ) = 21627kg/h 即 糖化工序热量衡算 由前面物料衡算知，日产 24%糖液 t，相对密度为 g/l，则糖液体积：V = ,其中糖化时间 24 h，糖化罐 100 m179。 ，装料 80 m179。 ，需糖化罐 30/24 = 个 ，取 4 个罐 糖化后加热灭酶用蒸汽量 ： 在 100 ℃ 时 λ= 419 kJ/kg D灭 = 8120 （ 10060） /（ 2738419） =494kg/h 要求在 20 min内使糖化液有 60 ℃ 升至 100 ℃ 则： 蒸汽高峰量 ： 494 60/20 =1482kg/h= 冷却使用板式换热 ： 糖化液有（灭酶后） 95 ℃降至 40 ℃，用二次水冷却，冷却水进口温度 20 ℃，出口 45 ℃，平均用水量： W =（ 8120 + +494） （ 9540） /（（ 4520 ） ） =17711kg/h 每日糖化罐同时运转 ： 25/30 = 罐 每日投 （ 放 ） 料罐次 ： 要求在 2 h把 80 m3糖液冷却至 40 ℃，高峰用水量： 17711/（ 8120 + +494） 80000 每日冷却水量： 2 = t/d 南通大学课程设计 15 连续灭菌和发酵工序热量衡算 培养液连续灭菌用蒸汽量 ： 发酵罐 200 m3， 装料系数 ， 每罐产纯色氨酸的量： 230 8% 85% = t年产 2020 t色氨 酸， 日产 t 发酵操作时间 40 h（其中发酵时间 30 h）， 需发酵罐台数 40/24 =，取 2台 每日投 （ 放 ） 料罐次 ： 日运转： 30/40 = 每罐初始体积 161m3 , 糖浓度 170 g/l, 灭菌前培养基含糖 20%， 其数量： 161 17%/20% =137 t 灭菌加热过程中用 MPA表压蒸汽 I =2743 kJ/kg， 使用板式换热器将物料由 20 ℃升至 45 ℃， 每罐灭菌时间为 1 h， 输料流量 137/1 =137 t/h 消毒灭菌用蒸汽量 ： D = 137000 （ 12075） /（ 2743120 ） =10920 kg/h=注 ： —糖化液的比热容 [kJ/（ kg•K） ] 每日蒸汽用量 ： 1 4= t/d 平均量： /24 = t/h 培养液冷却水用量 ： 120 ℃ 热料通过与生料热交换降至 80 ℃，再用水冷却至 35 ℃，冷却水由 20 ℃升至 45 ℃，计算冷却水用量： W = 137000 （ 8035） /（（ 4520） ） = 234211kg/h ≈ 5621 t/d 全天用水量 ： 5621 1 4 = 22484t/d 发酵罐空消蒸汽用量 南通大学课程设计 16 发酵罐体加热 ： 200 m179。 ， 1Cr18Ni9的发酵罐体重约 t，冷却水排管重约 6 t，比热容 kJ/(kg•K)，用 Mpa表压由 20 ℃升至 127 ℃，其蒸汽量为： （ 34300+6000） （ 12720） /（ 2718127 ） = 986 kg 填充发酵罐空间所需蒸汽量 因 200 m3发酵罐全容积大于 200 m3，考虑到罐内排管、搅拌器所占空间，罐的自由空间仍按 200 m3计算，填充空间蒸汽用量： D空 = Vρ = 200 = kg V—发酵罐自由空间即全容积 (m3) ρ—加热蒸汽密度（ kg/m3） , Mpa表压下为 灭菌过程的热损失 ： 辐射与对流联合给热系数 α，罐外壁温度 70 ℃ α = + （ 7020） = [kJ/（ m2•h•K） ] 200m3发酵罐发酵表面积为 m2 ，耗用蒸 i汽量 D损 = （ 7020） /（ 2718127 ） =156 kg 灭菌过程蒸汽渗漏 ： 去总蒸汽消耗量的 5%， 空罐灭菌整齐消耗量为（ 986++156） /（ ） =1544 kg/h 每空罐灭菌 1 h， 用蒸汽量 ： 1544 1 =1544 kg/罐 每日用蒸汽量 ： 1544 4 =6176 kg/d 发酵过程产生的热量及冷却水量 通过冷却水带走的热量进行计算。 在 最热的季节，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酵热 Q最大 = 冷却水用量（ kg/h）（ t出 t进） /发酵液总体积 以 200 m3发酵罐，装液量 161m3,使用新鲜水，冷却水进口温度 15 ℃，出口温度20 ℃，冷却水用量（ W），色氨酸的发酵热高峰值约 104 kJ/(m3•h) W = Q最大 161/（ （ 2015） ） =104 161/（ 5 ） = 105 kg/h =135 t/h 日运转 ，高峰用 水量 135 = t/h 日用水量： 24 =1944 t/d 南通大学课程设计 17 注： —各罐发热状况均衡系数 色氨酸浓缩结晶的热量衡算 年产 2020 t 色氨酸，日产 100%的色氨酸 ，选用 8吨机械搅拌内热式真空结晶罐，浓缩操作周期为 20 h ,其中辅助时间为 4 h， 每罐产 100%色氨酸 3吨，需结晶罐台数： （ ） = ，取 3台 注： —每罐投入晶种数（ t）（ 40目晶种量为结晶罐全容积 5%） 热平衡与计 算加热蒸汽量 每罐投入 400 g/l的色氨酸 浓缩液 5 m3,流加 300 g/l的母液 11 m3，过程中加水 m3，在 70 ℃下真空蒸发结晶，浓缩 3 h，育晶 13 h，放料数量 m3 热量衡算 ① 来料带入热量，进口温度 35 ℃，比热 kJ/(kg•h) Q来料 =（ 5 + 11 ） 35 10 179。 = 106 kJ ② 加水 带入热量 Q来水 = 35 10179。 = 105 kJ ③ 晶种带入热量：晶种比热容 •K Q来晶 =400 20 = 104kJ ④ 结晶放热：结晶热为 12kJ/mol Q晶热 =（ ） 105 12 /130 = 104 kJ ⑤ 母液带走热量： 分离母液 ,折算为相对密度 ， ，比热容为 (kg•K) Q母 = 103 70 = 105 kJ ⑥ 随二次蒸汽带走的热量 Q二蒸 =（ 5 + 11 + ） 2626 103 = 107 kJ ⑦ 随结晶色氨酸带走热量 Q出晶 =3 1000 70 = 105 kJ 需外界供给热量： Q =（ Q母 +Q二蒸 +Q出晶 ） （ Q来料 +Q来水 +Q来晶 +Q晶热 ） = （ 105+ 107+ 105） （ 106+ 105+ 104+ 104） = 107 kJ 计算蒸汽用量 南通大学课程设计 18 每 罐次用蒸汽量：热损失按 5%计算 D = 107 /（ ） = 10577 kg/罐次 每罐浓缩结晶时间 16 h，每小时耗蒸汽高峰值： 10577/16 = 3台罐（实际 ）同时运转，高峰用蒸汽量： =1679 kg/h 每日用蒸汽量 ： 10577 = kg/d = 平均每小时用蒸汽量： 冷却二次蒸汽所消耗冷却水量 二次蒸汽数量 ， 即水蒸发速度（ 5+11+） /16 = m3水 /h 冷却水用量 ： 使用循环水，进口温度 30 ℃，出口温度 45 ℃， 70 ℃水蒸气焓为 2626 kJ/kg, 需冷却水量 W = 1000 (262645 )/（ (4530) =27000 kg/h = 27 t/d 3台罐高峰用水量 ： 27 3 = 81 t/h 全日用水量 ： 27 16 = 5482 t/d 平均用水量 ： 5482/24 = t/h 干燥过程热量衡算 [5] 分离后湿色氨酸含水 2%，干燥后达到 %[4]，进加热器空气为 20 ℃，相对湿度70%，通过加热器使空气升至 70 ℃，从干燥器出来的空气为 55 ℃。 年产 2020吨色氨酸，日产湿色氨酸 ，两班生产 16 h， 干燥水分量 ：（ 1000 2% 1000 %） /16 = 注 2： 20 ℃ 空气湿含量 υ =70% ,X0 = kg/kg干空气 ， I0 =50 kJ/kg干空气 ， 加热到 70 ℃， I1 = 用公式 ：△ =（ I2I1） /(X2X1)=Q物料 +Q损失 Q初温 式中 ： △ — 空气经干燥后的热量变化 ， kJ/kg I1 — 出空气加热器之空气热焓 ， kJ/kg I2 — 出干燥器之空气热焓 ， kJ/kg I0 — 冷空气热焓 ， kJ/kg X0 — 空气湿含量 ， kJ/kg干空气 X1 — 进干燥器之空气湿含量 ， kJ/kg干空气 南通大学课程设计 19 X2 — 出干燥器之空气湿含量， kJ/kg干空气 Q物料 — 物料初始温度时的物料中每 1kg水之热含量， kJ/kg Q损失 — 加热物料所耗热量， [kJ/(kg•K)] Q初温 — 损失热量，为有效热量的 10% Q物料 = 10 （ 5520） Q损失 = (。