沈阳化工大学学士学位论文 3基础恒算
出水温度58.7°C，需冷却水量(W)为：
W=
(14910?1797.92)?3.53?(100?65)=12760.79(kg/h)即531.69(t/d)
(58.7?20)?4.183.2.2 糖化工序热量衡算
⑴ 日产24%的糖液389.94吨 即：
389.94=357.74(m3)，糖化操作周期30h其中糖化时间25h，糖化罐300 m3，1.09装料200m3，需糖化罐数：
357.7430×=2.15(台)取3台. 20025⑵ 液化液冷却用水：
使用板式换热器，使糖化液(经灭后)由85°C降至60°C，用二次水冷却，冷却水进口温度为20°C，出口温度为45°C，平均用水量为：
W=
389.94?1000?3.53?(85?60)=13720.97(kg/h)
(45?20)?4.18?24要求在2 h内把200 m3液糖液冷却到40°C，高峰用水量为：
13720.97200?103?1.09? =89811.97(kg/h)
16652.41225每日糖化罐同时运转：2.15×=1.79=2(罐)
30357.74每投放料罐次： =1.79=2(罐)
200每日冷却水用量：2×89.81×2=359.24(t/d)
3.2.3 连续灭菌和发酵工序热量衡算
⑴ 培养液连续灭菌用蒸汽量： 国内大多采用的发酵罐体积为200 m3。
200 m3发酵罐装料系数0.70，每罐产100%MSG量： 200×0.70×11%×94%×95%×1.272=17.50(t/d)
年产商品味精2.2万吨，日产100%MSG68.75吨.发酵操作时间42h(其中发酵时
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间32 h)需发酵罐台数：
68.7542?=6.87(台)取7台. 17.524每罐初始体积140 m3糖浓度16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其数量：
140?16.4%=120.84(t)
19h.75每日投(放)料罐次=3.92 取4罐次。
17.532日运转6.8?=5.23(罐)取6罐次。
42灭菌加热过程中用0.4mPa(表压)I=2743 KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C，再加热至120°C，冷却水由20°C升到45°C。
每罐灭菌时间3h，输料流量：
120.84=40.28(t/h) 340280?3.97?(120?75)=3212(kg/h)≈3.2(t/h)
2743?120?4.12消毒灭菌用蒸汽量(D)： D=
式中：3.97为糖液的比热容， [KJ/(kg·°C)] 每天用蒸汽量： 3.2×3×4=38.4(t/d) 高峰用蒸汽量：
3.2×6=19.2(t/h) 平均用蒸汽量：
38.4/24=1.6(t/h) ⑵ 培养液冷却用水量：
由120°C热料通过与生料热交换，降至80°C，再用水冷却至35°C，冷却水由20°C升至45°C，计算冷却水量(W)：
W=
40280?3.97?(80?35)=68896(kg/h)=69(t/h)
(45?20)?4.18全天用水量： 69×3×4=828(t/d) ⑶ 发酵罐空罐灭菌蒸汽量：
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① 发酵罐体加热：
200m3，1Cr18Ni9的发酵罐体重34.3t，冷却排管重6t，1Cr18Ni9的比热容0.5 KJ/(kg·°C)[8]，用0.2 mPa(表压)蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15 mPa(表压)下由20°C升至127°C，其蒸汽量为：
(34300?6000)?0.5?(127?20)=986(kg)
2718?127?4.18② 填充发酵罐空间的蒸汽量：
因200 m3发酵罐的全容积大于200 m3，考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间罐之自由空间仍按200 m3计算，填充空间需蒸汽量：
D空=Vρ=200×1.622=324.4(kg) 式中 ： V—发酵罐全容积(m3)
ρ—加热蒸汽的密度(kg/ m3)0.2 mPa(表压)时为1.622 ③ 灭菌过程的热功当量损失：
辐射与对流联合给热系数α，罐外壁温度70°C。
α=33.9＋0.19×(70－20)=43.4[kg/(m3·h·°C)] 200m3发酵罐的表面积为201㎡，耗用蒸汽量： D损=
201?43.4?(70?20)=199.42(kg)
2718?127?4.18④ 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗：
201?0.001?1000?(70?20)=45.95(kg)
2718?127?4.18 式中： 0.001—附壁水平均厚度(1mm) 1000—水密度 (kg/m3)
⑤ 灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的5%，空罐灭菌蒸汽消耗量;
986?324.4?199.42?45.95=1558.19(kg/h)
1?0.05每空罐灭菌1.5 h，用蒸汽量： 1598.19×1.5=2337.28(kg/罐) 每日用蒸汽量：
2337.28×4=9349.13(kg/d) 平均用蒸汽量：
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9349.13 =389.55(kg/h) 24高峰用蒸汽量：
1558.19×6=9.35(t/h)
⑥ 发酵过程产生的热量及冷却用水量： 发酵过程的热量计算有下列几种方法： ⑴ 通过计算生化反应来计算发酵热Q总
Q总=生物合成热+搅拌热-汽化热 生物合成热可通过下列方程计算：
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2813KJ
C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4N+CO2+1.5H2O+890KJ 搅拌器=860×4.18×P(P—搅拌功率，KW) 汽化热=空气流量(m3/h)×(I出－I进)ρ
式中：I出，I进—进出之空气热焓(KJ/Kg赶空气)
ρ—空气密度
⑵ 通过燃烧热进行计算：
Q总=?Q作用物燃烧??Q产物燃烧
有关物料的燃烧热：
葡萄糖：15633KJ/Kg 谷氨酸：15424KJ/Kg 玉米浆：12289KJ/Kg 菌 体：20900KJ/Kg
以发酵6—12小时耗糖速率最快，为放热高峰。 通过冷却水带走的热量进行计算：
在最热季节，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热量Q最大， [KJ/(m3·h)]
Q最大=
4.18?冷却水(Kg/h)?t出?进?发酵液总体积(m)3
⑶ 通过发酵液温度升高进行计算：
关闭冷却水观察罐内发酵液温度升高，用下式计算Q最大
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Q最大=
4.18(GCt?G1C1t1)V[KJ/(m3·h)]
式中： G—发酵液重量(kg)
C—发酵液比热容[KJ/(kg·°C) t—1h内发酵液温度升高数(°C) G1—设备筒体的重量(kg)
C1—设备筒体的比热容[KJ/(m
3
·h)]
V—发酵液体积(m3)
以上四种方法，以(3)(4)比较简单使用。根据部分味精厂的实测和经验数，谷氨酸的发酵热高峰值约3.0×104 KJ/(m3·h)
200 m3发酵罐，装料量140 m3使用新鲜水，冷却水进口温度10°C，出口温度20°C，冷却水用量(W)：
3.0?104?140W==100500(kg/h)=100(t/h)
(20?10)?4.18日运转6台，高峰用水量：
100×6=600(t/h) 日用水量：
600×0.8×24=11520(t/d) 平均用水量：
11520=480(t/h) 24式中： 0.8—各罐发热状况均衡系数
3.2.4 谷氨酸提取工序冷量衡算
等电罐200 m3，装液量146m3，相对密度1.06。由30°C降至5°C，降温速度2°C/h，基冷量为：
146×103×1.06×2×3.97=1.2?106(KJ/h) 式中：3.97—发酵液比热容[KJ/(kg·°C)]
中和时 H2SO4对水的溶解热为92KJ/mol，6h加98% H2SO411620kg，其溶解热
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