第四章 工艺计算3

null第四节　耗冷量计算 第四节　耗冷量计算 （一）耗冷量计算的意义 现代发酵工厂通常都有制冷系统。无论是菌种培养、发酵、产品提取精制等过程，都可能要求在室温以下的温度进行。例如啤酒生产中，主发酵温度为6－10℃，过冷和后发酵在－1℃左右，大麦发芽适宜温度为12－16℃。许多生物活性物质。如：酶、乙肝疫苗、干扰素以及一些低温度下进行操作等等。 通过耗冷量的计算，结合冷冻工艺要求，选定制冷系统类型、规格，进而完成制冷系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 .null（二）耗冷量计算的方法和步骤P87 发酵工厂耗冷量分为 工艺耗冷量Qt:包含了发酵培养基和发酵罐体的冷却降温耗冷Q1，生物反应放热（发酵热）Q2的除去等、种子培养耗冷量Q3和工艺无菌水冷却耗冷量Q4等 非工艺耗冷量Qnt:包括用电设备运转放热耗冷量Q5、维护结构耗冷量Q6、低温设备管道冷量散失Q7等。 工艺耗冷量工艺耗冷量培养基和发酵罐体冷却至操作温度 Q1 Q1=(mMcM+mRcR)(t1-t2)/τ 发酵热Q2 通气发酵过程热量计算：三种方法 1冷却水 2发酵液温度升高 3生物合成热 Q2=Qb+Qst-Qε Qb=α*15651+β*4953 (呼吸和发酵发热） Qst=3600ηPst （搅拌产热） Qε=0.2*Qb （排气带走热焓） 2.厌氧发酵Q2=613.6/kg(麦芽糖）非工艺耗冷量Qnt非工艺耗冷量Qnt照明及用电设备Q5 Q5=q1*A+3600ηPε+q2*A+q3*n 围护结构耗冷量Q6 Q6=∑KiAi(ta-t)+K*A*△t 低温设备管道冷量散失Q7 Q7=KF △t 冷间单位照明放热耗冷量用电设备功率开门耗冷量每个操作工耗冷量二、计算实例 （10万t/a啤酒厂发酵车间耗冷量计算） 二、计算实例 （10万t/a啤酒厂发酵车间耗冷量计算） 我国应用最普通的锥形罐发酵工艺。 （一）发酵工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 示意图 （二）工艺技术指标及基础数据 （三）工艺耗冷量Qt （四）非工艺耗冷量Qnt（一）发酵工艺流程示意图（一）发酵工艺流程示意图 94℃热麦汁→冷麦汁(6℃)→锥形罐发酵 →过冷却至-1℃→贮酒→过滤→清酒罐（二）工艺技术指标及基础数据（二）工艺技术指标及基础数据年产12o淡色啤酒105248t；旺季每天糖化6次，淡季4次，每年共糖化1300次； 主发酵时间6天； 4锅麦汁装1个锥形发酵罐； 12oB×麦汁比热容C1＝4.0KJ/（kg.k）； 冷媒用液氨； 麦芽糖厌氧发酵热q＝613.6KJ/kg； 麦汁发酵度60％。 P67-69（三）工艺耗冷量Qt（三）工艺耗冷量Qt1、麦汁冷却耗冷量Q1 2、发酵耗冷量Q2 3、酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3 4、酵母培养耗冷量Q4 1、麦汁冷却耗冷量Q11、麦汁冷却耗冷量Q1 使用一段式串联逆流式麦汁冷却方法 使用的冷却介质为2℃的冷冻水 冷冻水出口温度为85℃ 糖化车间送来的热麦汁温度为94℃ 冷却至发酵起始温度6℃。null物料衡算 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 4-7P69，每糖化一次得热麦汁85040L，相应的麦汁密度为1048kg/m3，故麦汁耗冷量为： Q1＝GC（t1-t2）/τ =85.040×1O48 × 4.0×（94－6）/1 ＝31.37×106（kJ/h） 式中：t1和t2——分别为麦汁冷却前后温度（℃） τ ——冷却操作过程时间（h） 根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却量为： Qf＝4Q1＝4×31.37×106 ＝125.48×106（kJ）2、发酵耗冷量Q22、发酵耗冷量Q2（1）发酵期间发酵放热Q´2 （2）发酵后期发酵液降温耗冷Q´´2 （3）发酵总耗冷量Q2 （4）每罐发酵耗冷量Q0 （5）发酵用冷媒耗量（循环量）M2 （1）发酵期间发酵放热Q´2（1）发酵期间发酵放热Q´2麦芽糖的厌氧发酵放热量为613.6kJ/kg 发酵度为60％，则1L麦汁放热量为： q0＝613.6×12％×60％＝44.18（kJ） 每锥形罐发酵放热量为： Q´0＝44.18×82480×4＝14.576×106（kJ） 发酵高峰期耗冷量为： Q= Q´0×1.5×6/(24×6×4) =227672(kJ/h)平衡系数糖化次数主发酵时间（2）发酵后期发酵液降温耗冷Q´´2（2）发酵后期发酵液降温耗冷Q´´2主发酵后期，发酵液温度从6℃缓慢降至-1℃，每天单罐降温耗冷量为： Q´´0＝4mC1[6－（-1）]＝4×89122×4.0×7 ＝9981664（kJ） 工艺要求此过冷过程在2天内完成，则耗冷量为（麦汁每天装1.5个锥形罐）： Q´´2＝1.5 Q´´0/（24×2）＝311927（kJ/h）糖化一锅麦汁质量（3）发酵总耗冷量Q2（3）发酵总耗冷量Q2Q2＝Q´2＋Q´´2＝227672＋311927 ＝539599（kJ/h） （4）每罐发酵耗冷量Q0 Q0＝Q´0＋Q´´0＝14.576×106＋9981664 ＝24.558×106（KJ）null3、酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3 主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5－7次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0％，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。冷却前无菌水温为30℃，用-8℃的酒精液作冷却介质。无菌水用量为： m´w＝82480×6×1.0％×3 ＝14846（kg/d） 82480——糖化一次的冷麦汁量（kg） 每班无菌水用量：mw＝m´w/3＝14846/3＝4948.8（kg/班） null假定无菌水冷却操作在2h内完成，则无菌水冷却耗冷量为： Q3＝mwCm（tw-t´w）/t ＝4948.8×4.18×（30－1）/2 ＝299947（kJ/h） 每罐用于酵母洗涤的耗冷量为： Q´3=GwCm（tw-t´w）/1.5 ＝4948.8×4.18 × （30－1）/ 1.5 ＝399929（kJ） 式中：1.5——每班装罐1.5罐。 4、酵母培养耗冷量Q44、酵母培养耗冷量Q4根据工艺设计，每月需进行一次酵母纯培养，培养时间为12d，即288h 根据工厂实践，年产100000t啤酒工厂酵母培养耗冷量为： Q4＝130000kJ/h 对应的年耗冷量为： Q´4＝Q4×288×10 ＝374.4×106（kJ）5、发酵车间工艺耗冷量Qt5、发酵车间工艺耗冷量QtQt＝ Q1+Q2+Q3+Q4 =32.34 ×106（kJ/h） 麦汁冷却耗冷量Q1 发酵耗冷量Q2 酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3 酵母培养耗冷量Q4（四）非工艺耗冷量Qnt（四）非工艺耗冷量Qnt发酵罐外壁、运转机械、围护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成非工艺耗冷量。 1、露天锥形罐冷量散失Q5 2、清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6 1、露天锥形罐冷量散失Q51、露天锥形罐冷量散失Q5根据经验，年产10万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量散失在13000－30000kJ/t啤酒之间，若在南方亚热带地区设厂，可取高值。故旺季每天耗冷量为： Q´5＝mb×30000＝494.9×1.012×30000 ＝15.0×106（kJ/d） 式中：mb――旺季成品啤酒日产量（t） 若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷量为： Q5＝2Q´5/24＝ 1.25×106（kJ/h）2、清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q62、清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6通常取Q6＝12％Qt Q6＝12％Qt ＝12％× 32.34 ×106 ＝ 3.882 ×106 （kJ／h）(五）啤酒发酵车间冷量衡算表P94表4-18(五）啤酒发酵车间冷量衡算表P94表4-18第五节 无菌压缩空气消耗量计算第五节 无菌压缩空气消耗量计算一、计算的意义 二、计算的方法和步骤 三、计算实例 120000t/a味精厂发酵车间无菌空气耗量衡算一 计算意义一 计算意义大多数微生物的生长、增殖需要氧 代谢和产物合成需要氧 无菌压缩空气压送物料 配套的空气压缩机选型和台数 空气过滤除菌系统的设计二 计算的方法和步骤二 计算的方法和步骤压缩空气消耗量，通常用单位时间耗用的常压空气体积表示，即m3/h（105Pa）。 计算压缩空气的体积和压强。 1、通气发酵罐通风量计算 2、通气搅拌用的压缩空气的压强计算 3、压送物料时无菌空气消耗量1、通气发酵罐通风量计算1、通气发酵罐通风量计算好氧发酵，合适供氧速率。 供氧和耗氧速率相等。 OTR=OUR OTR=KLa (c*-c） OUR=qo2·x OUR=Q (cin-cout）÷V溶氧速率molO2/(m3·h）耗氧速率molO2/(m3·h）体积溶氧系数 h-1或s-1通气量m3/h进出发酵罐空气氧浓度 molO2/m3发酵罐装液量m3微生物比呼吸速率molO2/m3h微生物活细胞浓度kg/m3nullQ=qO2·XV÷(cin-cout) 通常cin就是大气浓度，而cout可根据氧利用率计算，且cout=0.85~0.9cin；qo2由小型发酵试验确定；x和V可通过分析测定。（1）等KLa放大准则计算Q（1）等KLa放大准则计算Q对高耗氧的生物反应（如酵母和SCP) Q=Q1×(V2/V1) ×(H1/H2)2/3 V2 V1放大罐、试验罐的装液量（m3）H2 H1放大罐、试验罐的装液量（m）V2和H2可根据试验罐的V1和H1通过几何相似准则放大（2）P0/V相等放大准则求Q（2）P0/V相等放大准则求Q通风发酵罐放大设计最常用，理论上通气量的计算可按空截面气速Vs维持恒定的原则。 Q2=π(D2/2)2·Vs1 通常放大后的混合情况会变差，故实际上放大罐的空截面气速往往比Vs1大，最佳值应由试验研究后确定。如谷氨酸谷氨酸发酵常用的搅拌转速与通气量谷氨酸发酵常用的搅拌转速与通气量2 通风搅拌用的压缩空气的压强计算2 通风搅拌用的压缩空气的压强计算压缩空气必须有足够的压强，克服液柱阻力、空气分布器及其他管道阻力。 P=10[HρL+ρaW2/2g×(1+Σξ)＋P0] P----通风搅拌用的压缩空气压强(Pa) H----被搅拌液体的液柱高度(m) ρL----被搅拌液体的密度(kg/m3) ρa----通入空气的密度(kg/m3) W----管道中空气流速(m/s) Σξ----总阻力系数 P0----液面上的压强(Pa)普通液体搅拌普通液体搅拌压强为105Pa的空气消耗量 V=kFPτ F----液体容器的截面积(m2) K----搅拌强度系数,缓和24,中等48,剧烈60 τ----每次搅拌所需时间(h)3 压送液体物料时无菌空气耗量3 压送液体物料时无菌空气耗量种液, 灭菌的消泡剂,补料液(尿素,糖液) (1)所需压缩空气的压强P P=10[Hρ+ρW2/2g×(1+Σξ)＋P0] P----通风搅拌用的压缩空气压强(Pa) H----压送静压高度,即设备间液面垂直距离(m) ρ----被输送液体的密度(kg/m3) W----管道中空气流速(m/s) Σξ----总阻力系数 P0----液面上的压强(Pa) 通常Hρ+ρW2/2g×(1+Σξ)=20%~50%Hρ(2)压缩空气消耗量（两种情况）(2)压缩空气消耗量（两种情况）1）设备中液体一次操作中全部压完 V=10-5V0P V1=10-5V0P/τ V----所需空气量（m3） V1----每小时所需空气量（m3/h） τ----每次压送时间（h） V0----设备容积（m3） P----所需压缩空气的压强（Pa）2）设备中液体部分压出2）设备中液体部分压出V=[V0（2-φ)+VL]P×10-5÷2 V’=5×10-5[V0(2-φ)+VL]P/τ V----所需空气量（m3） V’----每小时所需空气量（m3/h） τ----每次压送时间（h） V0----设备容积（m3） P----所需压缩空气的压强（Pa） VL----一次压送液体的体积（m3）三 实例（12000t/a味精厂发酵车间无菌空气耗量计算）三 实例（12000t/a味精厂发酵车间无菌空气耗量计算）（一）谷氨酸发酵无菌空气平衡示意图 （二）发酵工艺技术指标及基础数据 （三）发酵过程无菌空气用量计算 （四）发酵车间无菌空气单耗 （五）12000t/a味精厂发酵车间无菌空气衡算表（一）谷氨酸发酵无菌空气平衡示意图（一）谷氨酸发酵无菌空气平衡示意图（二）发酵工艺技术指标及基础数据（二）发酵工艺技术指标及基础数据每日的发酵液量为2620m3 二级种液：209.6m3 发酵时间：32h 发酵周期（含清洗、灭菌）：40h 发酵罐公称容积：500m3（10个） 550m3 发酵罐装料系数：80%（三）发酵过程无菌空气用量计算（三）发酵过程无菌空气用量计算 主要用于谷氨酸发酵过程中通风供氧，其次为种子培养的通气以及培养基压料输送。此外，因设备和管路、管件等的消毒吹干以及其他损耗。 1、单罐发酵无菌空气耗用量 2、种子培养等其他无菌空气耗量 3、发酵车间高峰无菌空气消耗量 4、发酵车间年耗量1、单罐发酵无菌空气耗用量1、单罐发酵无菌空气耗用量 550m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0.15~0.35vvm，取最高值进行计算。 1）单罐发酵过程用气量（常压空气） V=550×80%×0.35×60=9240（m3/h） 2）单罐年用气量 Va=V×32×180=5322240(m3/a） 发酵时间每年单罐发酵批次2、种子培养等其他无菌空气耗量2、种子培养等其他无菌空气耗量可根据接种量、通气速率、培养时间等进行计算 通常的设计习惯：种子培养用气、培养基压送及管路损失等算作一次，取发酵过程中空气耗量的20%。 单罐每小时耗气量：V’=20%V=1848(m3/h） 每年用气量：Va’=20%Va×8×180 =2661120（m3/a）发酵时间每年单罐发酵批次3、发酵车间高峰无菌空气消耗量3、发酵车间高峰无菌空气消耗量 Vmax=10V+6V’ =10×9240+6×1848 =103488(m3/h）单罐发酵过程用气量种子培养等其他用气量4、发酵车间年耗量4、发酵车间年耗量 Vt=10Va+6Va’=548190720(m3/a)(四）发酵车间无菌空气单耗(四）发酵车间无菌空气单耗实际味精年产量 G=120000(t/a) 发酵车间无菌空气单耗： V0=Vt÷G=4568(m3/t)（五）120000t/a味精厂发酵车间无菌空气衡算表P99表4-20（五）120000t/a味精厂发酵车间无菌空气衡算表P99表4-20第六节 抽真空量计算第六节 抽真空量计算一、抽真空量计算的意义 二、计算的方法和步骤 三、计算实例一 抽真空理计算的意义一 抽真空理计算的意义真空过滤 真空蒸发 真空冷却 减压浓缩 真空干燥 真空输送 按真空操作分四类：如表4-21 按作用原理分类：如表4-22表4-21 真空操作范围及特性表4-21 真空操作范围及特性表4-22 真空设备分类表表4-22 真空设备分类表二、计算的方法和步骤二、计算的方法和步骤明确需抽真空设备的具体操作止的 计算确定设备系统的操作真空度 确定负荷量 对分批操作，要计算抽真空时间 设计真空设备的结构和型号规格（真空泵选型） 各种抽真空量计算方法（1）真空冷却器抽真空量计算（1）真空冷却器抽真空量计算真空冷却器内产生二次蒸汽的量W(kg/h）: W=G c（t1-t2）÷(I-ct2) 待求抽真空量B1（m3/h）: B1=WV= G cV（t1-t2）÷(I-ct2) 不凝性气体抽出量B2(kg/h）: B2=2.5×10-5(W+W’)+AW W’----水喷射泵耗水量（kg/h） A----空气渗漏系数 真空冷却器抽真空量B=B1+B2 V二次蒸汽比容(2) 真空过滤耗真空量(2) 真空过滤耗真空量连续操作所需真空量B’=αF （m3/h） 间歇操作所需真空量B= αFτ 每天总抽气量 Bt= αFτn α----操作系数，通常取15~18 F----真空过滤面积（m2） τ----每次抽滤所需时间（h） n----每天操作次数（3）真空输送料液耗真空量（3）真空输送料液耗真空量间歇操作，液体视为不可压缩流体 每次操作抽真空量B=V(-2.3 lgP) 每天：Bt= Bn=nV(-2.3 lgP) 抽真空速率B1=B/τ =V(-2.3 lgP) /τ V----需抽真空设备容积（m3） P----设备内残余压强（atm） n----每天操作次数 τ----每次操作时间（h）（4）抽真空时间与真空泵的选择（4）抽真空时间与真空泵的选择一次操作所需的时间为t t=2.3（V/S) lg（P1/P2) 抽气速率S:----真空泵选型的重要参数 S=2.3（V/t) lg（P1/P2) V----需抽真空设备容积 三 计算实例三 计算实例淀粉糖化车间常用真空冷却器使100℃以上的成熟醪迅速冷却到60 ℃的糖化温度。 应用真空冷却，糖化液质量高，且可节省大量热能和冷却水。 糖化醪从60 ℃冷却30 ℃需较高真空度，目前仍未实用。（一）蒸煮醪真空冷却器物料 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word （一）蒸煮醪真空冷却器物料流程图蒸煮醪G1t1=104.3℃Wt=63℃G2t=63℃(二）蒸煮醪真空冷却器抽真空量计算(二）蒸煮醪真空冷却器抽真空量计算G1=G2+W G1c1t1=G2c2t2+Wi 1、真空冷却过程产生的二次蒸汽量W1 W1=G1c1(t2-t1）/（i-c2t2） 二次蒸汽的体积V=Vg W1 2、水喷射真空泵循环水量 W2=W1 （i-cmt4）/[cw (t4-t3）]63℃饱和蒸汽比容为6.743m3/kg3、抽气量验算3、抽气量验算泵吸入蒸汽压力为Ps=22.877kPa（63℃) 泵工作水压力P1=0.4MPa（排出压力），吸入口P2=0.1MPa.若取系统空气等不凝性气体渗漏量AW1=0.3%W1 (1) 应排出的不凝性气体量为Ga Ga= 2.5×10-5(W1+W2)+AW1null(2)喷射器引射系数 K=0.85 [(P1-P2)/(P2-Ps）]0.5-1=0.88 （3）喷射泵排出的气体量V’a V’a=KW2/ρ=63.5 (m3/h) 相当于质量流量 G’a=349V’a（Ps-Pw）/[(273+t4)×10-5] =349×63.5(22877-8208)/[(273+42) ×10-5] =10.3 (kg/h)>Ga=4.8 (kg/h)