年产5000吨甘油生产工艺初步设计
4.2.2连消工段
葡萄糖质比热容取0.837kJ/（kg·℃） 浓度为25%的葡萄糖浆的比热容为：
c=0.837×25/100+4.186×（100-25）/100≈3.348kJ/（kg·℃）
（1） 加热段
进料温度35℃，出料温度100℃
在不考虑热量损失的情况下，每小时换热量：
Q=mＣPΔt=6494.4×（100-35）×3.348×10=1413311.328kJ 根据经验实际生产经验，总传热系数取k=5000W/m2℃ 则根据公式Q=kAΔt 可得
换热面积A1=（1413311328/3600）÷[5000×（100-35）]=1.2 m2
（2） 维持段
进料温度100℃，物料温度120℃
进水蒸汽温度147℃，出水蒸汽温度120℃ 一次侧的允许压力降取50KPa
Q=mＣPΔt=6494.4×（120-100）×3.348×103=434865.024kJ 换热面积A2=（434865024/3600）÷[5000×（120-100）]=1.21m2
由m水= Q/Δh水 Δh水=表示水蒸汽的焓变 查水蒸汽熵焓图知，
图2 水蒸汽熵焓图
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年产5000吨甘油生产工艺初步设计
进出水蒸汽温度（℃） 进 出 147 120 水蒸汽的热焓(kJ/kg) 2693.35 2675.14 压力（MPa，表压） 0.2 0.15 每小时消耗水蒸汽量为：m水=434865.024/（2693.35-2675.14）=23.881t
连消工段年消耗水蒸汽量：23.881×96×80=18.34万吨
（3）冷却段
物料从120℃降至温度55℃耗冷量等于加热段的换热量
每小时耗冷量为：Q=1413311.328kJ
换热面积A3=A1=1.2 m2
换热冷却段：进料温度55℃，出料温度35℃
进水温度20℃，出水温度31℃
Q=mＣPΔt=6494.4×（120-100）×3.348×10=434865.024kJ 换热面积A4=（434865024/3600）÷[5000×（55-35）]=1.21m2
由m水= Q/（ＣPΔt水）=434865.024/[4.186×（31-20）]=9.444t （每小时）
则连消工段年消耗水量：9.444×96×80=7.253万吨 总换热面积A=A1+A2+A3+A4=1.2+1.21+1.2+1.21=4.82 m2
4.2.3无菌空气制备工段[13]
菌种培养部分通气速率为0.9m3/min，通气量1296m3/周期。 单个发酵罐通气速率为27m/min（计算过程在设备选型部分）
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年产5000吨甘油生产工艺初步设计
每小时的用气量为（0.9+27×5）×60=135.9m3
则每周期整个通气量为
27×5×60×50+1296=40.63万m3
经压缩机出来的空气的湿度为5%左右，压力为0.35MPa（表压）左右，空气传输过程中整个最大允许压力降取50MPa。 （1）冷却器1
进空气温度120℃，出空气温度45℃ 进水温度30℃，出水温度65℃ 相对湿度由5%提高到60%。
湿空气的比热容cH
由 cH=cg+cvH
式中 cH——湿空气的比热容，kJ/（kg绝干空气·℃）； cg——绝干空气的比热容，kJ/（kg绝干空气·℃）； cv——水气的比热容，kJ/（kg水气·℃）。 H——湿空气的湿度，kg水气/kg绝干空气
在273K～393K的温度范围内，绝干空气和水气的平均定压比热容分别为
cg=1.01kJ/(kg绝干空气·℃)和cv=1.88kJ/（kg水气·℃），则
cH=1.01+1.88H
又 H?0.622?pspt??ps
式中 ps——空气温度下水的饱和蒸气压，KPa或Pa。 pt ——湿空气的总压，kPa或Pa
?——湿空气的相对湿度，%
可见，湿空气的比热容只是湿度的函数。 湿空气的焓I
I=Ig+IvH 式中 I——湿空气的焓，kJ/kg绝干空气； Ig——绝干空气的焓，kJ/kg绝干空气； Iv——水气的焓，kJ/kg水气。
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年产5000吨甘油生产工艺初步设计
取0℃时绝干空气和液态水的焓为基准，0℃时水的气化潜热为r0=2490kJ/kg，则
Ig=cgt=1.01t Iv=r0H +cvtH
I=cgt+r0H+cvtH=(cg+cvH)t+r0H
将cg、cv及r0=2490kJ/kg代入，有
I=（1.01+1.88H）t+2490H
可见，湿空气的焓随空气的温度t、湿度H的增加而增大 湿空气总压为300kPa 查阅水的饱和蒸汽压表知，
水的饱和蒸汽压ps（120℃），198.48kPa 水的饱和蒸汽压ps（45℃），9.5898 kPa 进气温度120℃，相对湿度为5%，则
H1=0.622×（0.05×198.48）/（300-0.05×198.48）=0.021kg水气/kg绝干空气
I1=（1.01+1.88×0.021）×120+2490×0.021=178.2276kJ/kg绝干空气 出气温度45℃，相对湿度60%
H2=0.622×（0.6×9.5898）/（300-0.6×9.5898）=0.012kg水气/kg绝干空气
I2=（1.01+1.88×0.012）×45+2490×0.012=76.3452kJ/kg绝干空气 空气密度
空气密度=1.293×(实际压力/标准物理大气压) ×(273/实际绝对温度)
绝对温度=摄氏温度+273
ρ=1.293×（300/101.325）×[273/(120+273)]=2.66kg/ m3
空气质量m=2.66×135.9=361.5kg（每小时）
每小时换热量Q=mΔI=361.5×(178.2276-76.3452)=36830.4876kJ 根据经验实际生产经验，总传热系数取k=5000W/m2℃
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年产5000吨甘油生产工艺初步设计
则根据公式Q=kAΔt 可得
换热面积A=（36830487.6/3600）÷[5000×（120-45）]= 0.027m2 由m水= Q/（ＣPΔt水）=36830.4876/[4.186×（65-30）]=0.251t （每小时）
年耗水：m=（40.63/135.9）×80×0.251=6.00万吨
数据如下表：
表4.3 无菌空气制备工段冷却器1的热量衡算表 水的饱和蒸汽压ps（120℃） 水的饱和蒸汽压ps（45℃） 湿空气总压pt 进湿空气的相对湿度? 出湿空气的相对湿度? 进湿空气湿度H1 出湿空气湿度H2 进湿空气的焓I1 出湿空气的焓I2 空气密度ρ 空气质量m（每小时） 换热量Q（每小时） 换热面积A 耗水量m水（每小时） 年耗水量m 198.48 kPa 9.5898 kPa 300kPa 5% 60% 0.021kg水气/kg绝干空气 0.012kg水气/kg绝干空气 178.2276kJ/kg绝干空气 76.3452kJ/kg绝干空气 2.66kg/ m3 361.5kg 28468.125 kJ 0.027m2 0.251t 6.00万吨
（2）冷去器2
进空气温度45℃，出空气温度22℃ 进水温度9℃，出水温度20℃ 相对湿度由60%提高到100%
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