第四章工藝流程計(jì)算

第四章工藝計(jì)算物料衡算熱量衡算水平衡計(jì)算耗冷量計(jì)算無菌壓縮空氣量抽真空量質(zhì)量守恒定律m=mp+mt第一節(jié)物料平衡計(jì)算計(jì)算物料各組分成分、質(zhì)量和體積產(chǎn)品的原料消耗定額、日或年消耗量成品、副產(chǎn)物、廢物等排出量確定生產(chǎn)設(shè)備的容量、個數(shù)和主要尺寸工藝流程草圖的設(shè)計(jì)水、蒸汽、熱量和冷量等平衡計(jì)算勞動定員、生產(chǎn)班次、成本核算依據(jù)革新改造、改進(jìn)措施、提高效益一、物料衡算的意義1.弄清題意和計(jì)算的目的要求2.繪出物料衡算流程示意圖3.寫出生物反應(yīng)方程式4.收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有關(guān)物化常數(shù)5.確定工藝指標(biāo)及消耗額等P59-606.選定計(jì)算基準(zhǔn)7.物料衡算8.校核與整理計(jì)算結(jié)果，列出物料衡算表9.繪出物料流程圖二、物料計(jì)算的方法和步驟二、物料計(jì)算的方法和步驟

在物料計(jì)算時，計(jì)算對象可以是全廠、全車間、某一生產(chǎn)線、某一產(chǎn)品，在一年或一月或一日或一個班次，也可以是單位批次的物料數(shù)量。一般新建工廠的工藝設(shè)計(jì)都是以“班”產(chǎn)量為基準(zhǔn)。例如：每班耗用原料量(kg／班)＝單位產(chǎn)品耗用原料量(kg/t)×班產(chǎn)量(t／班)；每班耗用各種輔料量(kg／班)＝單位產(chǎn)品耗用各種輔料量(kg／t)×班產(chǎn)量(t／班)；每班耗用包裝容器量(只／班)＝單位產(chǎn)品耗用包裝容器量(只／t)×班產(chǎn)量(t／班)×(1十0.1％損耗)。物料計(jì)算結(jié)果表示（一）物料平衡圖物料平衡圖是根據(jù)任何一種物料的重量與經(jīng)過加工處理后所得的成品及少量損耗之和在數(shù)值上是相等的原理來繪制的。平衡圖的內(nèi)容包括：物料名稱、質(zhì)量、成品質(zhì)量、物料的流向、投料順序等項(xiàng)。繪制物料平衡圖時，實(shí)線箭頭表示物料主流向，必要時用細(xì)實(shí)線表示物料支流向。物料平衡圖、表（二）物料平衡表物料平衡表是物料平衡計(jì)算的另一種表示形式．其內(nèi)容與平衡圖相同。表4-1**階段物料衡算表P59物料平衡圖、表ⅹх階段物料衡算表引入物料排出物料序號物料名稱含量/%物料量/kg密度/kg/L體積/L序號物料名稱組成/%物料量密度體積1合計(jì)合計(jì)三、計(jì)算實(shí)例（一）10000t/a燃料酒精廠全廠總物料衡算1.全廠物料衡算主要內(nèi)容（1）原料消耗的計(jì)算主要原料：薯干其他原料：淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸銨等。（2）中間產(chǎn)品蒸煮醪、糖化醪、酵母醪、發(fā)酵醪量等。（3）成品、副產(chǎn)品以及廢氣、廢水、廢渣酒精、雜醇油、二氧化碳和廢糟。雙酶法糖化間歇（連續(xù)）發(fā)酵三塔蒸餾流程圖4-1P612.工藝流程示意圖空氣酵母種薯干片空壓機(jī)斜面試管粉碎機(jī)過濾器搖床培養(yǎng)調(diào)漿罐α——淀粉酶無菌空氣小酒母罐連續(xù)蒸煮器蒸煮醪大酒母罐酵母罐糖化鍋糖化酶二氧化碳廢糟成品酒精蒸餾糖化醪發(fā)酵罐成熟發(fā)酵罐雜醇油雙酶糖化間歇（連續(xù)）發(fā)酵酒精流程示意圖（1）生產(chǎn)規(guī)模：100000t/a酒精。（2）生產(chǎn)方法：雙酶糖化、間歇發(fā)酵、三塔蒸餾（3）生產(chǎn)天數(shù)：每年300天（4）日產(chǎn)量：334t（5）年產(chǎn)量：100200t（6）產(chǎn)品質(zhì)量：國標(biāo)99.5%（V/V）（7）主要原料：薯干含淀粉68%，水分13%（8）酶用量（9)硫酸銨用量8kg/t（酒精）

（10）硫酸用量5kg/t（酒精）3.工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)α—淀粉酶：8u/g原料糖化酶：100u/g原料酒母糖化醪用糖化酶：200u/g原料。（1）淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式：糖化：（C6H10O5）n+nH2O=nC6H12O6

16218180發(fā)酵：C6H12O62C2H5OH+2CO2

18046×244×24.原料消耗計(jì)算（2）生產(chǎn)1000kg無水酒精的理論淀粉消耗量：由以上兩反應(yīng)式可求得理論上生產(chǎn)1000kg無水酒精所消耗的淀粉量為：1000×162/92=1760.9（kg）生產(chǎn)1000kg國標(biāo)燃料酒精99.5%（體積分?jǐn)?shù)）相當(dāng)于99.18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的理論淀粉消耗量：表6P3651760.9×99.18%=1746.5（kg）4.原料消耗計(jì)算生產(chǎn)過程損失原因淀粉損失（%）備注原料處理粉塵損失0.4

蒸煮淀粉殘留及糖分破壞0.40

發(fā)酵發(fā)酵殘?zhí)?.30

發(fā)酵巴斯德效應(yīng)4.00

發(fā)酵酒汽自然蒸發(fā)與被CO2帶走0.30加酒精捕集器蒸餾廢糟帶走等1.60

脫水1.0

生產(chǎn)過程各階段淀粉損失P62脫水總計(jì)9.0%假定發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)有酒精捕集器，則淀粉總損失率為9.0%。故生產(chǎn)1000kg食用酒精淀粉量為：1746.5/（100%-9.0%）=1919.2（kg）淀粉出酒率：1000÷1919.2=52.1%（3）生產(chǎn)1000kg燃料酒精實(shí)際淀粉耗量根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，薯干原料含淀粉65%，故1t酒精耗薯干量為：

1919.2÷68%=2822.4（kg）若液體曲（含淀粉量m1）為糖化劑，則故1t酒精耗薯干量為：（1919.2-m1）÷68%=？？？（kg）（4）生產(chǎn)1000kg酒精薯干原料消耗量應(yīng)用酶活力為20000u/g的α—淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗。α—淀粉酶用量按8u/g原料計(jì)算。用酶量為：

2822.4×8/20000=1.129（kg）（5）α—淀粉酶消耗量若所用糖化酶活力為100000u/g，使用量為100u/g原料，則糖化酶消耗量為：2822.4×100/100000=2.82（kg）此外，酒母糖化酶用量按200u/g（原料）計(jì)，且酒母用量為10%，則用酶量為：2822.4×10%×70%×200/105=0.395（kg）式中70%為酒母的糖化液占70%，其余為稀釋水與糖化劑。糖化酶用量：2.82+0.395=3.215（kg）（7）糖化酶耗量硫酸銨用于酒母培養(yǎng)基的補(bǔ)充氮源用量為酒母量的0.1%設(shè)酒母醪量為m0，則硫酸銨耗用量為：0.1%m0（8）硫酸銨耗用量根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水為1：2粉漿量：2822.4×（1+2）=8467.2（kg）用直接蒸汽加熱，在后熟器和蒸液分離器減壓蒸發(fā)、冷卻降溫。在蒸發(fā)過程中。蒸煮醪量將發(fā)生變化蒸煮醪的精確計(jì)算必須與熱量衡算同時進(jìn)行，復(fù)雜?？珊喕?jì)算，近似求解。5.蒸煮醪量的計(jì)算假定用罐式連續(xù)蒸煮工藝混合后粉漿溫度為50℃

應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至88℃

，罐式連續(xù)液化器液化經(jīng)115℃高溫滅酶后真空冷卻器中閃急蒸發(fā)冷卻至63℃入糖化罐。近似求解調(diào)漿桶液化維持罐維持罐滅酶維持罐氣液分離器真空冷卻器液化器噴射加熱器蒸煮醪二次蒸氣α-淀粉酶熱水50℃88℃84℃115℃104.3℃63℃原料粉漿連續(xù)蒸煮液化工藝流程假定用噴射液化連續(xù)蒸煮工藝混合后粉漿溫度為50℃

噴射液化器使粉漿迅速升溫至105℃

，維持管保溫液化5-8min真空冷卻器中閃急蒸發(fā)冷卻至95℃入液化罐60min真空冷卻器冷卻至63℃后糖化30min近似求解圖4-2P63干物質(zhì)含量W0=87%的薯干比熱容為：c0=4.18×(1-0.7B0)=1.63[kJ/(kg.K)]粉漿干物質(zhì)濃度為：w1=87÷(3×100)=29.0%蒸煮醪比熱容為：c1=w1c0+(1.0-w1)cw=29.0%×1.63+(1.0-29.0%)×4.18=3.44[kJ/(kg.K)]式中：cw——水的比熱容[kJ/(kg.K)]為了簡化計(jì)算，假定蒸煮醪的比熱容在整個蒸煮過程維持不變。（1）經(jīng)噴射液化器加熱后蒸煮醪量為：8465.1？8467.2結(jié)果為9160.7式中：2748.9——噴射液化器加熱蒸汽（0.5MPa）的焓（kJ/kg）單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高1℃所吸收的熱量（1）經(jīng)噴射液化器加熱后蒸煮醪量為：8465.1？

8467.2+［8467.2*3.44*（105-50）］/（2748.9-105*4.18）=9160.7

書上為9158.2？式中：2748.9——噴射液化器加熱蒸汽（0.5MPa）的焓（kJ/kg）（2）經(jīng)液化維持管出來的蒸煮醪量為：9118.8式中：102——出料溫度（℃）2253——102℃飽和蒸汽的汽化潛熱（kJ/kg）附錄P257(3)經(jīng)閃蒸汽液分離器后的蒸煮醪量:9022.19118.8-9118.8*3.44*(102-95)/2271=9022.12271—95℃飽和蒸汽的汽化潛熱（kJ/kg）單位質(zhì)量的液體轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗤瑴囟鹊恼羝麜r吸收的熱量——汽化熱9160.7-9160.7*3.44*(105-102)/2253=9118.8(4)經(jīng)真空冷卻器后最終蒸煮醪液量為:8599.69022.1-9022.1*3.44*(95-63)/2351=8599.6式中：2351——真空冷卻溫度為63℃下飽和蒸汽的汽化潛熱（kJ/kg）設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10%(體積分?jǐn)?shù)),相當(dāng)于8.01%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))設(shè)蒸餾效率為98.4%發(fā)酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分別為成熟醪量的5%和1%生產(chǎn)1000kg99.5%（體積分?jǐn)?shù)）酒精成品有關(guān)的計(jì)算6.糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算（1）需蒸餾的成熟發(fā)酵醪量為：13338.4kg1000*99.18%/(98.4%*8.01%)*106%=13338.4（2）不計(jì)酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為：12583.4kg13338.4/106%=12583.4（3）入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度為：7.62%1000/(98.4%*13338.4)=7.62%（4）相應(yīng)發(fā)酵過程放出二氧化碳總量為：964.1kg991.8/98.4%*(44/46)（5）接種量按10%計(jì)，則酒母醪量為：1231.6kg(12583.4+964.1)/110%*10%=1231.6（6）糖化醪量：酒母醪的70%是糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為：13178.0kg(12583.4+964.1)/110%+1231.6*70%=12178.06.糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算（1）醛酒產(chǎn)量：在醛塔取酒一般占成品酒精的1.2%~3%，在保證主產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，醛酒量取得越少越好。設(shè)醛酒量占成品酒精的2%，則生產(chǎn)1000kg成品酒精可得次品酒精量為：1000×2%=20(kg)（2）燃料酒精產(chǎn)量：每生產(chǎn)1000kg酒精，其燃料酒精產(chǎn)量為：1000-20=980(kg)7.成品與廢醪量的計(jì)算雜醇油量通常為酒精產(chǎn)量的0.3%~0.7%，取平均值0.5%，則淀粉原料生產(chǎn)1000kg酒精副產(chǎn)雜醇油量為：1000×0.5%=5（kg）(3)雜醇油產(chǎn)量廢醪量是進(jìn)入蒸餾塔的成熟發(fā)酵醪減去部分水和酒精成分及其他揮發(fā)組分后的殘留液。此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加熱，所以還需加上入塔的加熱蒸汽冷凝水。醪塔的物料和熱量衡算如圖。醪

塔F1Q1=F1C1t1D1Q2=D1I1V1Q3=V3tQ4=Q’4+D1t4

Wx+D1Qn(4)廢醪量的計(jì)算設(shè)進(jìn)塔的醪液（F1）的溫度t1=70℃，排出廢醪的溫度t4=105℃，成熟醪固形物濃度為B1=7.5%，塔頂上升酒汽的乙醇濃度50%（體積分?jǐn)?shù)）即47.18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。則：①醪塔上升蒸汽量為mv：2154.313338.4*7.62%/47.18%=2154.3②殘留液量為：11184.113338.4-2154.3=11184.1③成熟醪比熱容為：3.964.18*(1.019-0.95B1)=3.96④成熟醪帶入塔的熱量為Q1：3.698*10613338.4*3.96*70⑤蒸餾殘留液固形物濃度為：8.9%13338.4*7.5%/11184.1⑥蒸餾殘留液的比熱容為：4.0394.18*(1-0.378*8.9%)⑦塔底殘留液帶出熱量為Q4：4.74*10611184.1*4.039*105⑧上升蒸汽帶出熱量為Q3：4.23*1062154.3*1965——50%（體積分?jǐn)?shù)）酒精蒸汽焓為1965kJ/kg

塔底采用0.05MPa（表壓）蒸汽加熱，焓為2689.8kJ/kg;又蒸汽過程熱損失Qn可取為傳遞總熱量的1%。根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量mD為2365.8(Q3+Q4+Qn-Q1)/(I-Cw*t4)若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為:13549.9mx+mD=11184.1+2365.8=13549.9（1）酒精產(chǎn)品日產(chǎn)燃料酒精量為：100000÷300=333.3(t)，取整數(shù)334t實(shí)際年產(chǎn)量為：燃料酒精量為：334×300=100200(t/a)（2）主要原料薯干用量日耗量：2822.4×334=942681.6（kg）年耗量：942681.6×300=2.828×108(kg)=282810(t/a)8.100000t/a淀粉原料酒精廠

總物料衡算100000t/a淀粉原料酒精廠物料衡算表（表4-5P66）物料數(shù)量生產(chǎn)1000kg酒精/kg每小時/kg每天/t每年/t燃料酒精木薯干原料淀粉酶糖化酶---廢料三、計(jì)算實(shí)例（二）（二）100000t/a啤酒廠糖化車間的物料衡算啤酒廠糖化車間的物料平衡計(jì)算主要項(xiàng)目為原料（麥芽、大米）和酒花用量，熱麥汁和冷麥汁量，廢渣量（糖化糧和酒花糟）等。1．糖化車間工藝流程示意圖（圖4-4）2．工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)根據(jù)我國啤酒生產(chǎn)現(xiàn)況，有關(guān)生產(chǎn)原料配比、工藝指標(biāo)及生產(chǎn)過程的損失等數(shù)據(jù)如表4－6所示。表4-6啤酒生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目名稱百分比(%)項(xiàng)目名稱百分比(%)定額指標(biāo)原料利用率98.5原料配比麥芽75大米25麥芽水分6啤酒損失率冷卻3大米水分13發(fā)酵1無水麥芽浸出率75過濾1無水大米浸出率92裝瓶1總損失6

根據(jù)表4－6的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行100kg原料生產(chǎn)12o淡色啤酒的物料計(jì)算，然后進(jìn)行1000L12o淡色啤酒的物料衡算，最后進(jìn)行100000t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計(jì)算。

3．100kg原料（75％麥芽，25％大米）生產(chǎn)12o淡色啤酒的物料衡算（1）熱麥汁量據(jù)表4－6可得到原料收率分別為：麥芽收率為：0.75×（100－6）÷100＝70．5％大米收率為：0.92×（100—13）÷100＝80.04％混合原料收得率為：（0.75×70.5％＋0.25×80.04％）98.5％＝71.79％由上述可得100kg混合原料可制得的12o熱麥汁量為:（71.79÷12）×100＝598.3（kg）又知12o麥汁在20℃時的相對密度為1.084，而100℃熱麥汁比20℃時的麥汁體積增1.04倍，故熱麥汁（100℃）體積為：（598.3÷l.084）×1.04=574（L）（2）冷麥汁量為：574×（l—0.O3）=556.8（L）（3）發(fā)酵液量為：556.8×（l－0.01）＝551.2（L）(4)過濾酒量為：551.2×（l－0.01）=545.7（L）（5）成品啤酒量為：545.7×（l－0.01）=540.2（L）4．生產(chǎn)l00L12o淡色啤酒的物料衡算上述衡算結(jié)果知，100kg混合原料可生產(chǎn)12o成品啤酒540.2L，故可得出下述結(jié)果：（1）生產(chǎn)1000L12o淡色啤酒需耗混合原料量為（1000/540.2）×100＝185.1（kg）（2）麥芽耗用量為：185.1×75％＝138.8（kg）（3）大米耗用量為：185.1-138.8＝46.3（kg）（4）酒花耗用量對淺色啤酒，熱麥計(jì)中加人的酒花量為0.2％，故酒花耗用量為：（574／540.2）×1000×O.2％＝2.13（kg）（5）熱麥汁量為：（574/540.2）×l000＝1063（L）（6）冷麥汁量為：（556.8／540.2）×1000＝1031（L）（7）濕糖化糟量設(shè)排出的濕麥糟水分含量為80％，則濕麥糟量為：［（l－0.06）（100－75）／（100－80）］×138.8＝163.1（kg）而濕大米糟量為：[（l－0.13）（100－92）／（100－80）］×46.3＝16.11（kg）故濕糖化槽量為163.1＋16.11=179.2（kg）（8）酒花糟量設(shè)麥汁煮沸過程干酒花浸出率為40％，且酒花糟水分含量為80％，則酒花糟量［（l00-40）／（100－80）］×2.13＝6.39（kg）5．100000t/a12o淡色啤酒糖化車間物料衡算表設(shè)生產(chǎn)旺季每天糖化6次，而淡季則糖化4次，每年總糖化次數(shù)為1300次。由此可算出每次投料量及其他項(xiàng)目的物料平衡。把前述的有關(guān)啤酒糖化間的三項(xiàng)物料衡算計(jì)算結(jié)果，整理成物料衡算表如表4－7所示P68。100000t/a啤酒糖化車間的物料衡算表物料名稱單位100kg混合原料1kL12淡色啤酒糖化一次定額量100000t/a啤酒混合原料麥芽大米酒花熱麥汁冷麥汁濕糖化糟濕酒花糟發(fā)酵液過濾酒成品啤酒第二節(jié)熱量衡算

一、熱量衡算的意義1、計(jì)算生產(chǎn)過程能耗定額指標(biāo)對工藝設(shè)計(jì)的多種方案進(jìn)行比較，以選定先進(jìn)的生產(chǎn)工藝；或?qū)σ淹懂a(chǎn)的生產(chǎn)系統(tǒng)提出改造或革新，分析生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)合理性、過程的先進(jìn)性，并找出生產(chǎn)上存在的問題。2、設(shè)備類型的選擇及確定其尺寸、臺數(shù)的依據(jù)3、組織和管理、生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)核算和最優(yōu)化的基礎(chǔ)熱量衡算的結(jié)果有助于工藝流程和設(shè)備的改進(jìn)，達(dá)到節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的目的。二、熱量衡量的步驟

1、畫出單元設(shè)備的物料流向及變化的示意圖。2、分析物料流向及變化，寫出熱量衡量式∑Q入＝∑Q出＋∑Q損。3、收集數(shù)據(jù)。4、確定合適計(jì)算基準(zhǔn)。5、熱量計(jì)算。6、計(jì)算設(shè)備熱負(fù)荷與冷卻劑消耗量Q2。7、將熱量衡算結(jié)果匯總，列成表格，對衡算結(jié)果進(jìn)行檢查分析。（見下頁）手冊工廠實(shí)際試驗(yàn)研究基準(zhǔn)溫度進(jìn)出口單位質(zhì)量原料或成品單位時間每小時每批次物料Q1、Q4：Q=∑mct過程熱效應(yīng)Q3：生物合成熱、攪拌熱、汽化熱、溶解熱、結(jié)晶熱加熱設(shè)備Q5=mc（t2-t1）加熱物料Q6=mc（t2-t1）氣體或蒸汽Q7=∑m(ct+r)設(shè)備散熱Q8=AαT(tw-ta)τ介質(zhì)（加熱或冷卻)圖4-7啤酒廠糖化工藝流程示意圖P78大米粉3702kg麥芽粉740.4kg麥芽粉10365.6能量消耗綜合表序號名稱規(guī)格每噸產(chǎn)品消耗定額每小時最大用量每晝夜(或每小時)消耗量年消耗量備注三、計(jì)算實(shí)例100000t/a啤酒廠糖化車間熱量衡算二次煮出糖化法的糖化工藝為基準(zhǔn)來進(jìn)行糖化車間的熱量衡算投料量為糖化一次的用料量圖4-7P78圖4-7啤酒廠糖化工藝流程示意圖P78大米粉3702kg麥芽粉740.4kg麥芽粉10365.6料水比1：3.51、糖化用水耗熱量Q1糊化鍋加水量為：m1＝（3702＋740.4）×4.5＝19990.8（kg）式中：3702——糖化一次大米粉量（kg）740.2——糊化鍋加入的麥芽粉量（為大米量的20％)(kg)糖化鍋加水量為：m2＝10365.6×3.5＝36279.6（kg）10365.6——糖化一次糖化鍋投入的麥芽粉量（kg）10365.6＋740.4＝11106——糖化一次麥芽總量（kg）糖化總用水量為：m3＝m1＋m2＝56270.4（kg）自來水平均溫度取t1=18℃，而糖化用水平均溫度t2＝50℃故耗熱量為：Q1＝m3×C水×（t2-t1）＝7.527×106（kJ）

2、第一次米醪煮沸耗熱量Q2由糖化工藝流程可以：Q2＝Q21＋Q22＋Q23糊化鍋內(nèi)米醪由初溫t0℃加熱至100℃，耗熱Q21，則：Q21＝m米醪×C米醪×（100－t0）（1）計(jì)算米醪的比熱容C米醪有經(jīng)驗(yàn)公式：C麥芽＝0.01[（100－w）×C0＋4.18w]取C0＝1.55kJ/（kg.k）式中w——谷物含水百分率（％）則：C麥芽＝0.01[（100－6）×1.55＋4.18×6]＝1.71[KJ/（kg.k）]C大米＝0.01×[（100－13）×1.55＋4.18×13]＝1.89[KJ/（kg.k）]所以：C米醪＝（m大米·C大米＋m麥芽C麥芽＋m1C水）／（m大米＋m麥芽＋m1）＝3.76[KJ/（kg.k）]（2）計(jì)算米醪的初溫to（設(shè)原料的初溫為18℃，而熱水為50℃）則：to＝[（m大米C大米＋m麥芽C麥芽）×18＋m1cw×50]/(m米醪c米醪）=47.1（℃）（3）計(jì)算糊化鍋內(nèi)米醪由初溫to℃加熱至100℃耗熱Q21Q21＝24433.2×3.76×（100－47.1）＝4.860×106（KJ）（4）煮沸過程蒸汽帶出的熱量Q22設(shè)煮沸時間為40min，蒸發(fā)量為每小時5％，則蒸發(fā)水量為：m水＝m米醪×5％×40÷60＝814.44（kg）故：Q22＝m水×I＝814.44×2257.2＝1.838×106(KJ)式中I——煮沸溫度（約100℃）時水的汽化潛熱（KJ/kg）（5）熱損失Q23米醪升溫和第一次煮沸過程的熱損失約為前兩次耗熱量的15％則：Q23＝15％（Q21＋Q22)（6）第一次米醪煮沸耗熱量Q2Q2＝Q21＋Q22＋Q23=7.703×106（KJ）

3、第二次煮沸前混合醪升溫至70℃的耗熱量Q3按糖化工藝，來自糊化鍋的煮沸的米醪與糖化鍋中的麥醪混合后溫度應(yīng)為63℃，故混合前米醪先從100℃冷卻到中間溫度to。（1）糖化鍋中麥醪的初溫t麥醪t麥醪＝（m麥芽×C麥芽×18+m2×C水×50）÷（m麥醪×C麥醪）＝46.7（℃）其中，C麥醪＝（m麥×C麥＋m’水×C水）÷（m麥+m’水）＝3.63[KJ/（kg.k）]（2）根據(jù)熱量衡算，且忽略熱損失，米醪與麥醪合并前后的焓不變，則米醪的中間溫度為：t＝（m混合.C混合·t混合－m麥醪·C麥醪·t麥醪）/（m米醪·C米醪）＝92.87（℃）因此溫度比煮沸溫度只低7.13℃，考慮到米醪由糊化鍋到糖化鍋輸送過程的熱損失，可不加中間冷卻器。（3）第二次煮沸前混合醪升溫至70℃的耗熱量Q3Q3＝m混合·C混合×（70－63）=1.826×106（KJ）4、第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4由糖化工藝可知：Q4＝Q41＋Q42＋Q43（1）混合醪升溫至沸騰所耗熱量Q41①經(jīng)第一次煮沸后米醪量為：m’米醪＝m米醪-m水＝24433.2－814.44＝23618.8（kg）糖化鍋的麥芽醪量為：m混合＝m’米醪＋m麥醪＝70264（kg）②根據(jù)工藝控制要求，糖化結(jié)束時醪溫為78℃，抽取混合醪的溫度為70℃，則送到第二次煮沸的混合醪量為：{[m混合×（78－70）÷（100－70）]÷m混合}×100％＝26.7％③麥醪比熱容：C麥醪＝（m麥醪·C麥醪＋m2C水）÷m麥醪＝3.63[KJ/（kg.k）]④混合醪的比熱容：C混合＝（m麥芽C麥芽＋C米醪·C米醪）÷m混合＝3.67[KJ/（kg.k）]⑤混合醪升溫至沸騰所耗熱量Q41Q41＝26.7％×m混合×C混合×（100－70）＝2.066×106（KJ）（2）二次煮沸過程蒸汽帶走的熱量Q42煮沸時間為10min，蒸發(fā)強(qiáng)度為5％，則蒸發(fā)水分量為：M水.2＝26.7％×m混合×5％×10÷60＝156.3（kg）故：Q42＝h.m水.2＝2257.2×156.3＝0.353×106（KJ）式中h——水分蒸發(fā)熱（KJ/kg）（3）熱損失Q43：據(jù)經(jīng)驗(yàn)有：Q43＝15％（Q41＋Q42）（4）第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4Q4＝1.15（Q41＋Q42）＝2.782×106（KJ）5、洗糟水耗熱量Q5設(shè)洗糟水平均溫度為80℃，每100kg原料用水450kg，則用水量為：m洗＝14808×450÷100＝66636(kg)故：Q5＝m洗×C水×（80－18）＝4.131×106（KJ）6、麥汁煮沸過程耗熱量Q6

Q6＝Q61＋Q62＋Q63（1）麥汁升溫至沸點(diǎn)耗熱量Q61假定物料衡算結(jié)果為：100kg混合原料可得到574kg熱麥汁，并設(shè)過濾完畢麥汁溫度為70℃，則進(jìn)入煮沸鍋的麥汁量為：m麥汁＝14808×574÷100＝84988（kg）又可求出：C麥汁＝3.852[KJ/（kg.k）]故：Q61＝m麥汁×C麥汁×（100－70）＝9.822×106（KJ）（2）煮沸過程蒸發(fā)耗熱量Q62設(shè)煮沸強(qiáng)度為10％，時間為1.5h，則蒸發(fā)水分為：m水.3＝84998×10％×1.5＝12750（kg）故：Q62＝2257.2×12750＝28.779×106（KJ）（3）熱損失

Q63＝15％（Q61＋Q62）（4）麥汁煮沸過程耗熱量Q6Q6＝1.15×（Q61＋Q62）＝44.391×106（KJ）8、糖化一次耗用蒸汽量m使用表壓為0.3MPa的飽和蒸汽，h=2725.3KJ/kg則：m=Q總/[(h-h’)η]=33255（kg）式中：h’——相應(yīng)冷凝水的焓（561.47KJ/kg）η——蒸汽的熱效率，取η＝95％9、糖化過程中每小時最大蒸汽耗量mm在糖化各步驟中麥汁煮沸耗熱量Q6為最大，且知煮沸時間為90min，熱效率為95％，故：Qm＝Q6/（1.5×95%）=31.15×106（KJ/h）相應(yīng)的最大蒸汽耗量為：mm=Qm/（h-h1）=4064（kg/h）=14396（kg/h）10、蒸汽單耗據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)旺季每天糖化6次，而淡季則糖化4次，每年生產(chǎn)300天，每年糖化次數(shù)定為1300次，共生產(chǎn)12op淡色啤酒的實(shí)際產(chǎn)量約為10524t/a年耗蒸汽總量為：mT=33255×1300=43231500（kg）每噸成品啤酒耗蒸汽（對糖化）：mS=43231500÷10524＝410.8kg/t啤酒每天耗蒸汽量（按生產(chǎn)旺季算）為：md=33255×6＝199530（kg）最后，將上述計(jì)算結(jié)果列成熱量耗綜合表。100000t/a啤酒廠糖化車間總熱量衡算表P82名稱規(guī)格MPa每噸產(chǎn)品消耗定額（kg）每小時最大用量（kg/h）每晝夜消耗量（kg/d）年消耗量（kg/a）備注蒸汽0.3（表壓）410.81439619953043231500第三節(jié)水平衡計(jì)算

一、水衡算的意義、方法和步驟（一）水衡算的意義發(fā)酵生產(chǎn)中，原料處理、培養(yǎng)基制備、加熱和冷卻、設(shè)備清洗等都需用大量的水。可以說，沒有水，就沒有生物反應(yīng)。對于發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)，水的平衡計(jì)算是十分重要的設(shè)計(jì)步驟。因?yàn)樗馑?、熱量衡算等工藝?jì)算以及設(shè)備的計(jì)算與選型、產(chǎn)品成本、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等之間均有密切關(guān)系。此外，發(fā)酵生產(chǎn)的廢液排放量也與水的用量密切相關(guān)。

水衡算是在完成主要物料衡算的基礎(chǔ)上與熱量衡算同時展開。水衡算的方法與步驟和物料衡算類似。

1.弄清題意和計(jì)算的目的要求2.繪出物料衡算流程示意圖3.寫出生物反應(yīng)方程式4.收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有關(guān)物化常數(shù)5.確定工藝指標(biāo)及消耗定額等6.選定計(jì)算基準(zhǔn)7.進(jìn)行物料衡算（4-1）式（m=mp+mt）8.校核與整理計(jì)算結(jié)果，列出物料衡算表9.繪出物料流程圖物料計(jì)算的方法和步驟二、啤酒水平衡計(jì)算1-171、糖化用水量2、洗糟用水量3、糖化洗刷用水量4、洗沉淀槽用水量5、酵母洗滌用水（無菌水）6、發(fā)酵罐洗刷用水（無菌水）7、清酒罐洗刷用水（無菌水）8、過濾機(jī)用水量二、啤酒水平衡計(jì)算1-179、麥汁冷卻器冷卻水10、麥汁冷卻器洗水11、洗瓶機(jī)用水12、鮮啤酒桶洗刷用水（無菌水）13、裝酒機(jī)洗水（無菌水）14、殺菌機(jī)用水15、冷凍機(jī)冷卻水16、鍋爐房用水量17、其他用水量1、糖化用水量每100kg混合原料糖化用水量，混合原料每次投料量為14808kg，糖化用水時間每次0.5h。料水比糊化鍋1：4.5，糖化鍋1：3.5糖化總用水=56270.5每小時最大用水量＝56270.5÷0.5＝112541（kg/h）2、洗糟用水量每100kg混合原料用水450kg，用水時間1.5h。每小時最大用水量＝14808×（450÷100）÷1.5＝44424（kg/h）3、糖化洗刷用水量糖化室及糖化設(shè)備洗刷用水：每糖化一鍋用水1t，用水時間2h，每小時糖化洗刷最大用水量＝1÷2＝0.5（t/h）4、洗沉淀槽用水量每次用水2t，洗刷0.5h，每小時洗刷沉淀槽最大用水＝2÷0.5＝4（t/h）5、酵母洗滌用水（無菌水）每天需酵母泥約1.5t洗水量為酵母泥的6倍設(shè)備用水時間1h每小時最大用無菌水量＝1.5×6＝9（t/h）

6、發(fā)酵罐洗刷用水（無菌水）每罐洗水4t洗滌0.5h每小時最大洗刷發(fā)酵罐用水量＝4÷0.5＝8（t/h）7、清酒罐洗刷用水（無菌水）每罐耗水1.5t洗滌0.5h每小時最大洗刷清灑罐用水量＝1.5÷0.5＝3（t/h）8、過濾機(jī)用水量每臺每次用水2t使用時間1.2h，共2臺機(jī)每小時最大洗滌過濾機(jī)用水量＝2×2÷1.2＝3.3（t/h）9、麥汁冷卻器冷卻水（二次冷卻法）按公式m＝Q÷[C×（t2-t1）]，冷卻1h，計(jì)算出平均用水17t/h。10、麥汁冷卻器洗水每次用水1t，時間0.5h，最大用水量2t/h。11、洗瓶機(jī)用水洗瓶機(jī)最大生產(chǎn)能力20000瓶/h，每瓶用水1kg。最大洗瓶機(jī)用水量＝20000×1÷1000＝20（t/h）12、鮮啤酒桶洗刷用水（無菌水）每小時用30桶，每桶用水0.1t，洗刷0.5h。最大用量＝30×0.1÷0.5＝6（t/h）13、裝酒機(jī)洗水（無菌水）每班沖洗一次，用水2t，每次0.5h，最大用水量＝2÷0.5＝4（t/h）14、殺菌機(jī)用水按每瓶用水0.6kg計(jì)，則用水量＝20000×0.6÷1000＝12（t/h）15、冷凍機(jī)冷卻水按公式m＝Q/c（t2-t1）計(jì)算，需冷卻水12t/h。16、鍋爐房用水量蒸汽量10t/h的鍋爐2臺，裕量系數(shù)1.2h。鍋爐用水量＝10×2×1.2＝24（t/h）17、其他用水量以每班其他用水量10t計(jì)，每小時平均1.25t/h。上述各項(xiàng)之和為最大總用水量，即174.25t/h＝4182t/d，平均每噸啤酒最大用水量：4182÷（50000÷300）＝26.76（t）式中：300——年生產(chǎn)天數(shù)實(shí)例二：100000t/a淀粉酒精廠蒸餾車間水平衡計(jì)算P83（一）蒸餾工藝流程示意圖（二）工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（三）水衡算（一）蒸餾車間工藝流程示意圖醪塔醛塔精餾塔stststCWCW成熟醪成品酒精工業(yè)酒精酒糟廢水雜醇油醛酒酒精蒸餾流程單塔式雙塔式三塔式多塔式物料過塔方式：直接式半直接式間接式半直接式三塔蒸餾流程

三塔：醪塔、醛塔、精餾塔進(jìn)塔形式：全氣相的直接式和全液相的間接式外，還有半直接式半直接式就是從粗餾塔來的粗酒精氣體，氣相進(jìn)排醛塔，經(jīng)排醛塔后的脫醛酒，液相進(jìn)精餾塔（二）工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)排醛塔和精餾塔塔頂溫度78.5~79℃，塔頂蒸汽酒度為95%~96%，第二分離器溫度為40℃醛酒產(chǎn)量占成品總量2%雜醇油提取溫度取25℃取出雜醇油餾分的酒精濃度為42%~60%（體積分?jǐn)?shù)），平均值50%（三）蒸餾車間水衡算1、醛塔分凝器冷卻用水W12、醛酒冷卻用水W23、精餾塔分凝器用水W34、精餾塔成品酒精冷卻用水W45、雜醇油分離稀釋用水W56、蒸餾車間總用水7、蒸餾車間用水量衡算表1、醛塔分凝器冷卻用水W1W1=AR1i/[CW(t’H1-tH1)]A醛酒量=296kg/hR1回流比=195t’H1和tH1冷卻水終溫（70℃）和初溫（25℃）95%酒精蒸汽的焓i=1166kJ/kg（查表）CW水的比熱容=4.18W1=357796kg/h2、醛酒冷卻用水W2W2=ACA(t2-t‘2）/[CW(t’H2-tH2)]A醛酒量=296kg/hCA醛酒的比熱容=2.89t2、t‘2醛酒的初溫和終溫78.3℃、25℃CW水的比熱容=4.18t’H2tH2冷卻水終溫（40℃）和初溫（20℃深井水）W2=546kg/h3、精餾塔分凝器用水W3（R2+1)(P+Pε)i3=F1CF(tF2-tF1)+W3CW(t’H3-tH3)R2精餾塔回流比，一般為3~4，現(xiàn)取3。Pε回流入排醛塔的次等酒量，取合格成品酒精P的2%,Pε=296kg/hI3塔頂上升酒汽的焓1166kJ/kgF1蒸餾發(fā)酵醪流量185718kg/htF2-tF1為32℃和50℃t’H3-tH3為70℃和30℃W3=316801kg/h4、精餾塔成品酒精冷卻用水W4W4=PCP(tp-t’p)/[CW(t’H4-tH4)P成品酒精14797kgCP成品酒精比熱容2.89kJ/(kg.K)tp-t’p成品酒精冷卻前后溫度，78.3℃和30℃t’H4-tH4冷卻水終溫和初溫40℃和20℃（深井水）W4=24707kg/h5、雜醇油分離稀釋用水W5氣相提油，20℃冷水將50%酒精稀釋到含10%酒精，雜醇油抽出90%，10%隨淡酒回流入塔。雜醇油酒汽中雜醇油占20%。雜醇油酒汽量G1=69.6/(90%*20%)=387進(jìn)入分離器的稀酒精雜醇油溶液量G2G2=G1*50/10=1935熱量衡算冷卻用水W’5CW(t’H5-tH5)=G1[2042+4.0(82.8-25)]稀釋用水W”5=G2-G1=1935-387=1548W5=W’5+W”5=120716、蒸餾車間總用水W=W1+W2+W3+W4+W5=711921（kg/h）7、蒸餾車間用水量衡算表名稱規(guī)格每噸產(chǎn)品消耗定額（t/t）每小時用量（kg/h）每天用量（t/d）年耗量（t/a）冷水自來水或深井水53.742874788539854319949.2934953847722804700第四節(jié)耗冷量計(jì)算

（一）耗冷量計(jì)算的意義現(xiàn)代發(fā)酵工廠通常都有制冷系統(tǒng)。無論是菌種培養(yǎng)、發(fā)酵、產(chǎn)品提取精制等過程，都可能要求在室溫以下的溫度進(jìn)行。例如啤酒生產(chǎn)中，主發(fā)酵溫度為6－10℃，過冷和后發(fā)酵在－1℃左右，大麥發(fā)芽適宜溫度為12－16℃。許多生物活性物質(zhì)。如：酶、乙肝疫苗、干擾素以及一些低溫度下進(jìn)行操作等等。通過耗冷量的計(jì)算，結(jié)合冷凍工藝要求，選定制冷系統(tǒng)類型、規(guī)格，進(jìn)而完成制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì).（二）耗冷量計(jì)算的方法和步驟P87發(fā)酵工廠耗冷量分為工藝耗冷量Qt:包含了發(fā)酵培養(yǎng)基和發(fā)酵罐體的冷卻降溫耗冷Q1，生物反應(yīng)放熱（發(fā)酵熱）Q2的除去等、種子培養(yǎng)耗冷量Q3和工藝無菌水冷卻耗冷量Q4等非工藝耗冷量Qnt:包括用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱耗冷量Q5、維護(hù)結(jié)構(gòu)耗冷量Q6、低溫設(shè)備管道冷量散失Q7等。工藝耗冷量培養(yǎng)基和發(fā)酵罐體冷卻至操作溫度Q1Q1=(mMcM+mRcR)(t1-t2)/τ發(fā)酵熱Q2通氣發(fā)酵過程熱量計(jì)算：三種方法1冷卻水2發(fā)酵液溫度升高3生物合成熱

Q2=Qb+Qst-Qε

Qb=α*15651+β*4953(呼吸和發(fā)酵發(fā)熱）

Qst=3600ηPst（攪拌產(chǎn)熱）

Qε=0.2*Qb

（排氣帶走熱焓）2.厭氧發(fā)酵Q2=613.6/kg(麥芽糖）非工藝耗冷量Qnt照明及用電設(shè)備Q5Q5=q1*A+3600ηPε+q2*A+q3*n圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗冷量Q6Q6=∑KiAi(ta-t)+K*A*△t低溫設(shè)備管道冷量散失Q7Q7=KF△t冷間單位照明放熱耗冷量用電設(shè)備功率開門耗冷量每個操作工耗冷量二、計(jì)算實(shí)例

（10萬t/a啤酒廠發(fā)酵車間耗冷量計(jì)算）

我國應(yīng)用最普通的錐形罐發(fā)酵工藝。（一）發(fā)酵工藝流程示意圖（二）工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（三）工藝耗冷量Qt（四）非工藝耗冷量Qnt（一）發(fā)酵工藝流程示意圖94℃熱麥汁→冷麥汁(6℃)→錐形罐發(fā)酵→過冷卻至-1℃→貯酒→過濾→清酒罐（二）工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)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；主發(fā)酵時間6天；4鍋麥汁裝1個錐形發(fā)酵罐；12oB×麥汁比熱容C1＝4.0KJ/（kg.k）；冷媒用液氨；麥芽糖厭氧發(fā)酵熱q＝613.6KJ/kg；麥汁發(fā)酵度60％。P67-69（三）工藝耗冷量Qt1、麥汁冷卻耗冷量Q12、發(fā)酵耗冷量Q23、酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量Q34、酵母培養(yǎng)耗冷量Q41、麥汁冷卻耗冷量Q1使用一段式串聯(lián)逆流式麥汁冷卻方法使用的冷卻介質(zhì)為2℃的冷凍水冷凍水出口溫度為85℃糖化車間送來的熱麥汁溫度為94℃

冷卻至發(fā)酵起始溫度6℃。物料衡算表4-7P69，每糖化一次得熱麥汁85040L，相應(yīng)的麥汁密度為1048kg/m3，故麥汁耗冷量為：Q1＝GC（t1-t2）/τ

=85.040×1O48×4.0×（94－6）/1＝31.37×106（kJ/h）式中：t1和t2——分別為麥汁冷卻前后溫度（℃）τ——冷卻操作過程時間（h）根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，每個錐形發(fā)酵罐裝4鍋麥汁，則麥汁冷卻量為：Qf＝4Q1＝4×31.37×106

＝125.48×106（kJ）2、發(fā)酵耗冷量Q2（1）發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q′2（2）發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷Q′′2（3）發(fā)酵總耗冷量Q2（4）每罐發(fā)酵耗冷量Q0（5）發(fā)酵用冷媒耗量（循環(huán)量）M2（1）發(fā)酵期間發(fā)酵放熱Q′2麥芽糖的厭氧發(fā)酵放熱量為613.6kJ/kg發(fā)酵度為60％，則1L麥汁放熱量為：q0＝613.6×12％×60％＝44.18（kJ）每錐形罐發(fā)酵放熱量為：Q′0＝44.18×82480×4＝14.576×106（kJ）發(fā)酵高峰期耗冷量為：Q=Q′0×1.5×6/(24×6×4)=227672(kJ/h)平衡系數(shù)糖化次數(shù)主發(fā)酵時間（2）發(fā)酵后期發(fā)酵液降溫耗冷Q′′2主發(fā)酵后期，發(fā)酵液溫度從6℃緩慢降至-1℃，每天單罐降溫耗冷量為：Q′′0＝4mC1[6－（-1）]＝4×89122×4.0×7＝9981664（kJ）工藝要求此過冷過程在2天內(nèi)完成，則耗冷量為（麥汁每天裝1.5個錐形罐）：Q′′2＝1.5Q′′0/（24×2）＝311927（kJ/h）糖化一鍋麥汁質(zhì)量（3）發(fā)酵總耗冷量Q2Q2＝Q′2＋Q′′2＝227672＋311927＝539599（kJ/h）（4）每罐發(fā)酵耗冷量Q0Q0＝Q′0＋Q′′0＝14.576×106＋9981664＝24.558×106（KJ）3、酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量Q3主發(fā)酵結(jié)束時要排放部分酵母，經(jīng)洗滌活化后重復(fù)用于新麥汁的發(fā)酵，一般可重復(fù)使用5－7次。設(shè)濕酵母添加量為麥汁量的1.0％，且使用1℃的無菌水洗滌，洗滌無菌水量為酵母量的3倍。冷卻前無菌水溫為30℃，用-8℃的酒精液作冷卻介質(zhì)。無菌水用量為：m′w＝82480×6×1.0％×3＝14846（kg/d）82480——糖化一次的冷麥汁量（kg）每班無菌水用量：mw＝m′w/3＝14846/3＝4948.8（kg/班）

假定無菌水冷卻操作在2h內(nèi)完成，則無菌水冷卻耗冷量為：Q3＝mwCm（tw-t′w）/t＝4948.8×4.18×（30－1）/2＝299947（kJ/h）每罐用于酵母洗滌的耗冷量為：Q′3=GwCm（tw-t′w）/1.5＝4948.8×4.18×（30－1）/1.5＝399929（kJ）式中：1.5——每班裝罐1.5罐。

4、酵母培養(yǎng)耗冷量Q4根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，每月需進(jìn)行一次酵母純培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為12d，即288h根據(jù)工廠實(shí)踐，年產(chǎn)100000t啤酒工廠酵母培養(yǎng)耗冷量為：

Q4＝130000kJ/h對應(yīng)的年耗冷量為：

Q′4＝Q4×288×10

＝374.4×106（kJ）5、發(fā)酵車間工藝耗冷量QtQt＝Q1+Q2+Q3+Q4=32.34×106（kJ/h）麥汁冷卻耗冷量Q1發(fā)酵耗冷量Q2酵母洗滌用冷無菌水冷卻的耗冷量Q3酵母培養(yǎng)耗冷量Q4（四）非工藝耗冷量Qnt發(fā)酵罐外壁、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及管道等均會耗用或散失冷量，構(gòu)成非工藝耗冷量。1、露天錐形罐冷量散失Q52、清酒罐、過濾機(jī)及管道等散失冷量Q61、露天錐形罐冷量散失Q5根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，年產(chǎn)10萬噸啤酒廠露天錐形罐的冷量散失在13000－30000kJ/t啤酒之間，若在南方亞熱帶地區(qū)設(shè)廠，可取高值。故旺季每天耗冷量為：Q′5＝mb×30000＝494.9×1.012×30000＝15.0×106（kJ/d）式中：mb――旺季成品啤酒日產(chǎn)量（t）若白天日曬高峰耗冷為平均每小時耗冷量的2倍，則高峰耗冷量為：Q5＝2Q′5/24＝1.25×106（kJ/h）2、清酒罐、過濾機(jī)及管道等散失冷量Q6通常取Q6＝12％QtQ6＝12％Qt

＝12％×32.34×106

＝3.882×106

（kJ／h）(五）啤酒發(fā)酵車間冷量衡算表P94表4-18分類耗冷項(xiàng)目每小時耗冷量（kJ/h）冷媒用量（kg/h）每罐耗冷（kJ)年耗冷量（kJ)工藝耗冷麥汁冷卻發(fā)酵耗冷無菌水冷卻酵母培養(yǎng)工藝總耗冷非工藝錐形罐冷損管道冷損非工藝總耗冷合計(jì)總耗冷單耗第五節(jié)無菌壓縮空氣消耗量計(jì)算一、計(jì)算的意義二、計(jì)算的方法和步驟三、計(jì)算實(shí)例120000t/a味精廠發(fā)酵車間無菌空氣耗量衡算一計(jì)算意義大多數(shù)微生物的生長、增殖需要氧代謝和產(chǎn)物合成需要氧無菌壓縮空氣壓送物料配套的空氣壓縮機(jī)選型和臺數(shù)空氣過濾除菌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二計(jì)算的方法和步驟壓縮空氣消耗量，通常用單位時間耗用的常壓空氣體積表示，即m3/h（105Pa）。計(jì)算壓縮空氣的體積和壓強(qiáng)。1、通氣發(fā)酵罐通風(fēng)量計(jì)算2、通氣攪拌用的壓縮空氣的壓強(qiáng)計(jì)算3、壓送物料時無菌空氣消耗量1、通氣發(fā)酵罐通風(fēng)量計(jì)算好氧發(fā)酵，合適供氧速率。供氧和耗氧速率相等。

OTR=OUROTR=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）體積溶氧系數(shù)h-1或s-1通氣量m3/h進(jìn)出發(fā)酵罐空氣氧濃度molO2/m3發(fā)酵罐裝液量m3微生物比呼吸速率molO2/m3h微生物活細(xì)胞濃度kg/m3Q=qO2·XV÷(cin-cout)通常cin就是大氣濃度，而cout可根據(jù)氧利用率計(jì)算，且cout=0.85~0.9cin；qo2由小型發(fā)酵試驗(yàn)確定；x和V可通過分析測定。（1）等KLa放大準(zhǔn)則計(jì)算Q對高耗氧的生物反應(yīng)（如酵母和SCP)

Q=Q1×(V2/V1)×(H1/H2)2/3V2V1放大罐、試驗(yàn)罐的裝液量（m3）H2H1放大罐、試驗(yàn)罐的裝液量（m）V2和H2可根據(jù)試驗(yàn)罐的V1和H1通過幾何相似準(zhǔn)則放大（2）P0/V相等放大準(zhǔn)則求Q通風(fēng)發(fā)酵罐放大設(shè)計(jì)最常用，理論上通氣量的計(jì)算可按空截面氣速Vs維持恒定的原則。Q2=π(D2/2)2·Vs1通常放大后的混合情況會變差，故實(shí)際上放大罐的空截面氣速往往比Vs1大，最佳值應(yīng)由試驗(yàn)研究后確定。如谷氨酸谷氨酸發(fā)酵常用的攪拌轉(zhuǎn)速與通氣量發(fā)酵罐容量m30.050.55.02050120150攪拌轉(zhuǎn)速r/min600300230180150125110通氣速率vvm0.8~1.50.5~0.80.40~0.650.35~0.550.30~0.480.20~0.450.18~0.352通風(fēng)攪拌用的壓縮空氣的壓強(qiáng)計(jì)算壓縮空氣必須有足夠的壓強(qiáng)，克服液柱阻力、空氣分布器及其他管道阻力。P=10[HρL+ρa(bǔ)W2/2g×(1+Σξ)＋P0]P----通風(fēng)攪拌用的壓縮空氣壓強(qiáng)(Pa)H----被攪拌液體的液柱高度(m)ρL----被攪拌液體的密度(kg/m3)ρa(bǔ)----通入空氣的密度(kg/m3)W----管道中空氣流速(m/s)Σξ----總阻力系數(shù)P0----液面上的壓強(qiáng)(Pa)普通液體攪拌壓強(qiáng)為105Pa的空氣消耗量V=kFPτF----液體容器的截面積(m2)K----攪拌強(qiáng)度系數(shù),緩和24,中等48,劇烈60τ----每次攪拌所需時間(h)3壓送液體物料時無菌空氣耗量種液,滅菌的消泡劑,補(bǔ)料液(尿素,糖液)(1)所需壓縮空氣的壓強(qiáng)PP=10[Hρ+ρW2/2g×(1+Σξ)＋P0]P----通風(fēng)攪拌用的壓縮空氣壓強(qiáng)(Pa)H----壓送靜壓高度,即設(shè)備間液面垂直距離(m)ρ----被輸送液體的密度(kg/m3)W----管道中空氣流速(m/s)Σξ----總阻力系數(shù)P0----液面上的壓強(qiáng)(Pa)通常Hρ+ρW2/2g×(1+Σξ)=20%~50%Hρ(2)壓縮空氣消耗量（兩種情況）1）設(shè)備中液體一次操作中全部壓完V=10-5V0PV1=10-5V0P/τV----所需空氣量（m3）V1----每小時所需空氣量（m3/h）τ----每次壓送時間（h）V0----設(shè)備容積（m3）P----所需壓縮空氣的壓強(qiáng)（Pa）2）設(shè)備中液體部分壓出V=[V0（2-φ)+VL]P×10-5÷2V’=5×10-5[V0(2-φ)+VL]P/τV----所需空氣量（m3）V’----每小時所需空氣量（m3/h）τ----每次壓送時間（h）V0----設(shè)備容積（m3）P----所需壓縮空氣的壓強(qiáng)（Pa）VL----一次壓送液體的體積（m3）三實(shí)例（12000t/a味精廠發(fā)酵車間無菌空氣耗量計(jì)算）（一）谷氨酸發(fā)酵無菌空氣平衡示意圖（二）發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（三）發(fā)酵過程無菌空氣用量計(jì)算（四）發(fā)酵車間無菌空氣單耗（五）12000t/a味精廠發(fā)酵車間無菌空氣衡算表（一）谷氨酸發(fā)酵無菌空氣平衡示意圖空氣壓縮過濾除菌種子罐發(fā)酵罐培養(yǎng)基補(bǔ)料液提取車間消泡劑（二）發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)每日的發(fā)酵液量為2620m3二級種液：209.6m3發(fā)酵時間：32h發(fā)酵周期（含清洗、滅菌）：40h發(fā)酵罐公稱容積：500m3（10個）550m3發(fā)酵罐裝料系數(shù)：80%（三）發(fā)酵過程無菌空氣用量計(jì)算主要用于谷氨酸發(fā)酵過程中通風(fēng)供氧，其次為種子培養(yǎng)的通氣以及培養(yǎng)基壓料輸送。此外，因設(shè)備和管路、管件等的消毒吹干以及其他損耗。1、單罐發(fā)酵無菌空氣耗用量2、種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量3、發(fā)酵車間高峰無菌空氣消耗量4、發(fā)酵車間年耗量1、單罐發(fā)酵無菌空氣耗用量550m3規(guī)模的通氣攪拌發(fā)酵罐的通氣速率為0.15~0.35vvm，取最高值進(jìn)行計(jì)算。1）單罐發(fā)酵過程用氣量（常壓空氣）V=550×80%×0.35×60=9240（m3/h）

2）單罐年用氣量Va=V×32×180=5322240(m3/a）發(fā)酵時間每年單罐