安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）
3.5（图3-5）总工艺流程图：
沙土管 玉米淀粉 空气 斜面菌种 预处理 空气压缩器
三角瓶麸曲 水解 冷却
孢子悬浮液 过滤 气液分离
种子罐 淀粉水解酶 过滤除菌 配料
发酵
板框过滤
三效浓缩
结晶
离心
烘干
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曾华辉：年产1000吨色氨酸发酵工厂设计
第四章 物料衡算
物料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的。物料衡算是进入系统的全部物料衡算重量等于离开系统的全部物料重量，即∑F=∑D+W 式中：F——进入系统的物料重量（kg） D——离开系统物料重量（kg） W——损失的物料重量（kg） 4.1生产能力计算：
生产规模：1000吨/年（产品含量以95%计） 生产天数：300天
生产能力=生产规模/生产天数=1000/300=3.34t/d 4.2淀粉水解为葡萄糖的总反应式：
（C6H10O5）n+nH2O→nC6H12O6 162 180
则淀粉水解为葡萄糖理论糖化率=180÷162×100%=111%。但在实际生产发酵中，要考虑实际情况，取糖化率为95%。 4.4葡萄糖转化成色氨酸的总反应式：
2C6H12O6+2NH3+1/2O2→C11H12N2O2+CO2+9H2O
2×180 204
理论上，葡萄糖转化为色氨酸，转化率=204÷(2×180)×100%=56.67% 4.5色氨酸生产质量指标及技术指标:
表4-5 色氨酸生产质量指标技术指标一览表
生产指标名称 实际糖化率 糖酸转化率 糖化罐糖化周期 发酵产酸浓度 淀粉原料含淀粉 发酵罐装料系数
接种量
生产指标参数
95% 15% 30h 5% 80% 75% 10%
生产指标名称
提取率 发酵周期 产品纯度 倒灌率 发酵单位 发酵初糖 二级种子含糖量
生产指标参数
85% 45h 95% 1% 30mg/L 150 kg/m3 25 kg/m
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清糖液含量 300g/L 发酵液相对密度 1.12kg/L
4.6色氨酸发酵车间的物料衡算
首先我们要明确发酵单位的概念，发酵单位是衡量发酵液中目标产物的含量高低的指标，属于技术指标。此次项目设计中，生产色氨酸发酵单位为30mg/L，即0.03kg/ m3。 首先计算1000kg色氨酸需要的原料及其他物料量。
注：培养基无机盐配比(g/L)：硫酸铵2.5，磷酸二氢钾0.25，磷酸氢二钾0.25，硫酸镁0.05，消泡剂耗用量1.0g/L，玉米浆:5.5g/L[20]。 a)发酵液量V1=1000÷(150×15%×85%×99%)=52.82 (m3) 式中 150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3） 15%——糖酸转化率 85%——色氨酸提取率
99%——除去倒罐率1%后的发酵成功率
b)发酵液配制需水解糖量：以纯糖算Ga=V1×150=7922.36(kg) c)种液量V2=10%V1=5.282 (m3) d) 种子培养液所需水解糖量 Gaa=25V2=132.05(kg) 式中 25——二级种液含糖量
e) 生产1000kg色氨酸需水解糖总量为G=Ga+Gaa=8054.41(kg) f) 耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用淀粉量为： G淀粉=8054.41÷（80%×95%×111%）=9547.66（kg）
式中80%——淀粉原料含淀粉量，95%——淀粉糖化转化率. g)硫酸铵用量G1=2.5 V1=132.05kg
h) 磷酸氢二钾G2=磷酸二氢钾G3=0.25V1=13.205kg i) 硫酸镁（MgSO4.7H2O）用量0.05 V1=2.641 kg j) 消泡剂耗用量=1.0V1=52.82kg k)玉米浆用量=5.5V1=290.51kg l）色氨酸量
发酵液色氨酸含量=Ga×15%×(1-1%）=1176.47kg
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实际生产的色氨酸（提取率为85%）为：1176.47×85%=999.999891kg
4.7 糖化车间部分物料衡算（以1000kg玉米计算）
本车间物料平衡图是：
水 淀粉 液化酶+氧化钙+硫酸
蒸汽 液化液
糖化液（糖化酶+烧碱）
消糖液 糖滤渣
图4-7 糖化车间物料平衡图
a)设淀粉：水=1:1.5，
则1000kg玉米产淀粉浆=1000×（1+1.5）=2500kg，加水量=1000×1.5=1500kg; b)粉浆浓度=1000×80%÷2500×100%=32%
c)糖化液（300g/L）=1000×80%×95%÷0.3×1.12=2837.33kg d)α-淀粉酶=糖化酶=2500×0.2%=5kg e)硫酸用量=氯化钙量=2500×0.2%=5kg f)助滤剂=2837.33×0.15%=4.26kg
g)滤渣产量（含水量按70%计算）=4.26÷（1-70%）=14.2kg h)生产过程中进入系统的蒸汽=2837.33×8%=227kg i）洗水量：2837.33+14.2-227-5×4-4.26-2500=90.2 衡算结果用表格表示：
表4-7 糖化车间部分物料衡算结果一览表
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进入系统量
项目 玉米原料 配料水 酶用量 氯化钙 硫酸 助滤剂 蒸汽 洗水 累计
物料比例kg
1000 1500 10 5 5 4.26 227 90.27 2841.53
日产量kg 31889.2 47833.78 318.89 159.45 159.45 135.85 7238.85 2878.64 90614.11
项目 糖液 滤渣 累计
离开系统量 物料比例kg 2837.33 4.26 2841.59
日产量kg 90480.18 135.85 90616.03
注：最后的累计结果有点差距，是因为在计算过程中小数点舍取造成的。对设计结果没有影响。
4.8 1000t色氨酸工厂发酵车间的物料衡算表
有上述生产1000kg色氨酸（95%纯度）的物料衡算，可求得1000t/a色氨酸厂发酵车间的物料平衡计算，具体计算结果如下：
物料名称 发酵液 （m3） 二级种液（m3） 发酵水解用糖（kg) 二级种培养用糖（kg） 水解糖总量（kg) 淀粉 （kg) 硫酸铵（kg) 磷酸氢二钾（kg) 磷酸二氢钾 硫酸镁（kg) 泡敌（kg) 色氨酸（kg)
生产1t色氨酸物料量
52.82 5.282 7922.36 132.05 8054.41 9547.66 132.05 13.205 13.205 2.641 52.82 1000
1000t色氨酸的物料量
52820 5282 7922360 132050 8054410 9547660 132050 13205 13205 2641 52820 1000000
每日物料量 176.42 17.64 26460.68 441.047 26901.73 31889.2 441.047 44.1047 44.1047 8.821 176.42 3340
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