年产5000吨糖化酶发酵车间设计(6)

Q=1.15（Q’+ Q”） =445000KJ 2.计算灭菌时的耗热量Q1 Q1=Q玉米醪 +Q玉米浆

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年产5000吨糖化酶发酵车间设计

Q玉米醪=C玉米醪(M玉米醪-47.43)(121-90) =175000KJ

Q玉米浆=[ C玉米浆M玉米浆+Cow（M水+47.43）]（121-18） =141000KJ Q1=Q玉米醪 +Q玉米浆

=316000KJ

3.洗糟水耗热量Q2

设洗糟水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg，则用水量为： M洗=225.42*450/100=1014.4kg Q2=Cam洗（80-18）=263000KJ 4.生产1000kg糖化酶总耗热量为 Q总=Qo+Q1+Q+Q2

=175000+316000+445000+263000 =1200000KJ 5.生产1000kg耗用蒸汽量D

使用表压为0.3MPa的饱和蒸汽，h=2725.3 KJ/(kg*k)，则 Mo=Q总/（h-i）μ=583.76kg

式中 i──相应冷凝水的焓（561.47KJ/kg） μ──蒸汽的热效率；取μ=95% 6.每小时最大蒸汽耗量Qmax

在整个过程中，液化耗能量最大，且知煮沸为30min，热效率为95% Qmax=Q/0.5*95%=937000(KJ/h)

相应的最大蒸汽耗量为：Mmax=Qmax/（h-i）=432.96KJ/h 7.蒸汽单耗

根据设计，共生产5000t/a的糖化酶，年耗蒸汽总量为： Mt=5000*583.76=2918800kg 每吨糖化酶耗蒸汽Mo=583.76kg

每昼夜耗蒸汽量为：M1=9121.25kg（M1=Mt/320） 8.耗能表如下：

表2—3 5000t/a糖化酶车间总热量衡算表

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年产5000吨糖化酶发酵车间设计

名称 压力 /MPa

每吨产品消每小时最大每天消耗量年消耗量/耗定额/kg 583.76

用量/(kg/h) /（kg/h） 937000

9121.25

（kg/a） 2918800

蒸汽

0.3

3.4 水平衡的计算

此平衡计算是按生产1000kg糖化酶产品来计算。 1. 糊化过程用水量M1

M1=（38.28+97.83+51.03）*7=1310kg

2. 糊化后的玉米醪温度要在85-95℃加入淀粉酶，此过程不考虑用冷却水冷却， 3. 液化之后加入玉米浆，需用水量 M2=38.28*7=267.96kg

4. 灭菌后的醪液冷却到32℃，这部分的用水量为M3 M3=

（C玉米粉M玉米粉+ C黄豆粉M黄豆粉+ C麸皮M麸皮+MCw）（121-32）

Cw（40-18）

=1327

5. 洗糟水用量M4按每100kg用水量450kg M4=

(M玉米粉+M黄豆粉+M麸皮+M玉米浆)*450

100

=1014.4kg

6. 生产1000kg糖化酶，发酵车间的总用水量 Mo=M1+M2+M3+M4 =3919.36kg

7. 生产5000t/a发酵车间的总用水量 M=Mo*5000=19600000kg 每天用量：M’=M/300=650000kg 每小时用量：M”=M’/24=2722kg

表2—4 水平衡计算结果如下表

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年产5000吨糖化酶发酵车间设计

名称 每吨产品消耗每小时用量每天用量t/d 量t/t

kg/h 2722

650

年耗量t/a

冷水

1.02 19600

2.3.5无菌空气用量的计算

黑曲霉的扩培和糖化酶的生成需在有氧条件下进行，所以在糖化酶培养过程中通入适量的无菌空气以满足生产的需要。在生产中，1m3的发酵醪每小时通入2 m3的无菌空气就可以满足生产的需要了。

发酵罐需要的无菌空气量为：V1=85000×2=170000 m3 种子罐需要的无菌空气量为：V2=650×2=1200 m3

则在生产5000吨糖化酶的过程中共需要无菌空气量为： V0= V1+ V2 =171200 m3

2.4设备的设计与选型

2.4.1发酵罐的设计与选型 （1）发酵罐生产能力的计算：

生产每吨糖化酶的发酵液量为Vo=2.13 m3 故生产5000t/a的发酵液量V=5000Vo=10650，每年发酵天数为300天，发酵周期为5d，每个周期的发酵体积V1=V/300/5=177.5 m3,若取发酵罐的填充系数φ=80%，则每次发酵罐总容量V2为：V2=V1/0.8=222 m3

现已单罐公称容量75 m3的机械搅拌通风管为例，每天需要75 m3的发酵罐No个

No=V2/75=3个 （2）主要尺寸的计算：

按生产75 m3的发酵罐计算： V全=V柱+2V封=75 封头折边忽略不计，以方便计算。则

V全=V柱+2V封=0.785D2*1.9D+πD3*2/24=75 H=1.95D，解方程的：1.49D2+0.26D3=75 D=3.5m 取3.5m H=1.9D=6.65m

圆柱部分容积：V1=0.785*3.5*3.5*H=64 m3 上，下封头体积：V2=V3=πD3/24=5.6 m3 总容积:V全=V1+V2+V3=75 m3

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年产5000吨糖化酶发酵车间设计

取φ=80%，实际装液量为：75*80%=60 (3)冷却面积的确定

酶制剂冷却面积取1.0㎡/ m3

由上知填充系数φ=80%，则每一个75 m3

的发酵罐换热面积A=V全φψ=75*0.8*1.0=60㎡ （5）搅拌器的设计

1)由于糖化酶发酵过程中有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器，该搅拌器的各部尺寸与罐径D有一定比例关系，现将主要尺寸列下： 搅拌器叶径 Di=D/3=1.17m 叶宽 B=0.2Di=0.234m 弧长 l=0.375Di=0.44m 底距 C=D/3=1.17m 盘径 di=0.75Di=0.44m 叶弦长 L=0.25Di=0.3m 叶距 Y=D=3.5m 弯叶板厚∮=14m

取两挡搅拌，搅拌速率为210r/min. 2）搅拌轴功率的确定则应选取

可按经验式进行计算确定，通常按1kw/ m3发酵罐，对于75 m3发酵罐，装液量为60 m3则应选取≥60 m3 kw的电机 （6）设备结构的工艺设计

1）求最高热负荷下的耗水量W

W=Q总/Cp（t2-t1）

式中 Q总──每1 m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积

Q总=4.18*6000*60=1500000（KJ/h） Cp──冷却水的比热容，4.18 KJ/(kg*k) T2──冷却水的终温t2=30℃ T1──冷却水的初温t1=20℃ 将各值代入上式：

W=1500000/4.18*（30-20）=100kg/s

冷却水体积流量为0.1 m3/s，取冷却水在竖直管道中流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积A总为： A总=W/V

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