【色氨酸生產(chǎn)中的熱量衡算及設(shè)備選型綜述3400字】

色氨酸生產(chǎn)中的熱量衡算及設(shè)備選型綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u5033色氨酸生產(chǎn)中的熱量衡算及設(shè)備選型 17470第1章熱量衡算 1175541.1糖化車間熱量衡算 157551.2發(fā)酵車間的熱量衡算 219638第2章水平衡 5229302.1發(fā)酵罐車間用水量 5189502.2糖化罐冷卻用水 5645第3章主要設(shè)備選型 637493.1發(fā)酵罐簡介 640583.2種子罐簡介 620976.3其他設(shè)備的設(shè)計 795293.3設(shè)備一覽表 8第1章熱量衡算1.1糖化車間熱量衡算1.1.1液化氣加熱注入所消耗的蒸汽量加熱注入所消耗的蒸汽量（D）按照公式：D=GC（T1-T2）÷(I-λ)來計算，其中G是淀粉含量，單位是（kg/h），C是淀粉漿液的比熱，單位是[kJ/(kg·K)]，T1是漿液的初始溫度（50+273=323K），T2為液化后的溫度是378K，I為蒸汽焓值為2738K/kg，表壓保持在0.3Mpa左右，λ是加熱蒸汽的焓值。1.1.2淀粉含量G=63.65÷24×2500=6630.3(h)，粉漿的干物質(zhì)百分比=63.65÷24×1000×0.8÷6630.3=0.32=32%；1.1.3淀粉漿液的比熱查證得知：C淀粉=1.55(kJ/kg·K)，C水=1.19(kJ/kg·K)，X=0.32C粉漿=C淀粉·X+C水·（1-X）=1.55×0.32+(1-0.32)×1.19=3.35kJ/(kg·K)1.1.4每小時所需的蒸汽用量根據(jù)公式和上述結(jié)果可知，每小時所需的蒸汽用量D=GC（T1-T2）÷(I-λ)=266.6(kg/h)1.1.5蒸汽的高峰用量蒸汽高峰用量一般是發(fā)酵完成高溫滅酶的時候，一般是將培養(yǎng)液由105℃加熱到115℃，查證所知，388K時λ數(shù)值為485KJ/kg，因此D滅=6630.3×3.35×10÷2253=98.58kg/h；由于培養(yǎng)液由378K加熱至388K僅耗時10min，那么蒸汽的高峰用量為：98.58×60÷10=591.48(kg/h)總結(jié)：平均用量=266.57+98.59=362.16kg/h高峰用量=266.57+591.52=858.09kg/h每日用量=362.16×24=8763.84kg/h1.2發(fā)酵車間的熱量衡算1.2.1熱量平面流程圖1.儲存罐2.流量泵3.換熱器1.維持塔2.連續(xù)熱量噴射器6.換熱器7.流量泵8.冷卻水管9.冷水槽圖4-1發(fā)酵車間熱量平衡圖1.2.2連續(xù)滅菌所用蒸汽量（1）選用發(fā)酵罐的體積為120m3，理論裝罐系數(shù)為0.75。則發(fā)酵液體積：V=120×0.75=90m3發(fā)酵液的質(zhì)量：M=90×1.12×1000=100800kg=100.8t式中1.12—發(fā)酵液的密度kg/m3（2）發(fā)酵滅菌加熱過程中，蒸汽表壓的數(shù)值一般保持在0.4Mpa，I=2743(kJ/kg)。培養(yǎng)基溫度分兩個階段進(jìn)行：先從50℃加熱到95℃，然后再加熱到120℃，在冷卻過程中冷水則是從20℃升高到了45℃，平均滅菌時間是2.5小時。輸料流量Q=100.8÷2.5=40.32t/h滅菌時蒸汽量：Q滅=40.32×1.02×（120-95）÷（2743-120×1.19）=1.81t/d式中1.02—糖比熱容[KJ/(kg·k)，2743—加熱蒸汽焓，1.19—水的比熱容每日發(fā)酵所需蒸汽量：Q=1.81×2.5×5=22.625t/d平均蒸汽量：22.625÷24=0.94t/d1.2.3冷卻水的用量120℃高溫培養(yǎng)基通過熱量的交換，首先降溫到80℃，然后再使用冷水降溫到30℃。與此同時冷卻水的溫度由20℃升高到45℃。冷卻水的用量：W=40.32×1.02×50÷[1.19×(45-20)]=77.37(t/h)，每天用水量:77.37×2.5×2=386.84t/d。1.2.4發(fā)酵空罐滅菌蒸汽熱量（1）發(fā)酵罐自身發(fā)熱蒸汽量Q發(fā)保持0.4MPa蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15MPa下，由20℃升到125℃（30500+3269）×0.5×（125-20）÷(2718-120×1.19)=800.32kg式中30500—發(fā)酵罐自身重量/kg，3269—冷卻管重量/kg，0.5—發(fā)酵罐自身比熱容kJ/(kg·K)（2）發(fā)酵罐填充空間所需蒸汽量Q空上述所用通氣發(fā)酵罐體積V=120m3，考慮到罐內(nèi)攪拌器等零部件所占空間，實(shí)際計算仍然取數(shù)據(jù)為120。Q空=V·ρ=120×1.71=202.2kg式中1.71—加熱蒸汽時的罐密度ρ（kg/m3）0.4MPa表壓下密度1.71（3）熱量損耗Q損對流輻射的系數(shù)β=33.9+0.19×55=41.35[kJ/(m2·K)],式中外壁溫度—75℃，33.9—對流系數(shù)發(fā)酵罐的表面積S=4πR2+2πRH=4π(3.6÷2)2+3.6π×12.6=217m3則Q損=217×41.35×（75-20）÷(2718-125×1.19)=241.23kg(4)滅菌過程中蒸汽損失滲漏Q漏滲漏量為5%。發(fā)酵罐蒸汽總耗量Q總：（800.32+202.2+241.23）÷（1-5%）=1312.37kg發(fā)酵罐滅菌2.5h,則每罐所用蒸汽量：1312.37×2.5=3280.92kg每日產(chǎn)生的蒸汽量：3280.92×2=6561.84kg/d平均小時產(chǎn)生蒸汽量：6561.84÷24=273.41kg/h1.2.5種子罐空罐滅菌蒸汽量（1）種子罐自身加熱所需蒸汽量Q種（14989+402）×0.5×(125-20)÷(2718-125×1.19）=333.18kg式中14989—種子罐質(zhì)量/kg，402—冷卻管質(zhì)量/kg，0.5—種子罐本身比熱容kJ/(kg·K)（2）種子罐罐內(nèi)部所需蒸汽量Q空種子罐的理論體積為12m3，理論裝罐系數(shù)為0.75。種子罐體積V取12m3Q空=V·ρ=12×1.72=20.64kg式中1.72—加熱蒸汽時的密度（kg/m3），0.4Mpa下的罐密度為1.72（3）熱損失Q損輻射與對流聯(lián)合給系數(shù)α:42.6[kJ/(m2·h·K)],外壁的溫度：75℃發(fā)酵罐的表面積S：42.72m3則Q損=42.72×42.6×（75-20）÷(2718-125×1.19)=48.83kg(4)蒸汽滲漏Q漏滲漏量為5%。種子罐蒸汽產(chǎn)生量Q總：（333.18+20.64+48.83）÷（1-5%）=423.84kg發(fā)酵罐滅菌30min，則每罐所用蒸汽量：423.84×30÷60=211.92kg/罐每天所用蒸汽量：211.92×2=423.84kg/d每小時所用蒸汽量：423.84÷24=17.66kg/d

第2章水平衡2.1發(fā)酵罐車間用水量2.1.1配料洗水量原料玉米質(zhì)量為63651.07kg，按照加水比例1:1.5，則總用水95476.6kg2.1.2冷卻用水量發(fā)酵罐經(jīng)過滅菌后，溫度會一度上升到125℃，此時用糖化液將降溫到90℃，然后用冷卻水降溫，使溫度由90℃降溫到60℃，冷卻水進(jìn)入時測得溫度為20℃，而經(jīng)過熱量交換后的溫度可以達(dá)到60℃，此時計算冷卻水的用量：W=（6630.3+362.16）×3.35×30÷[40×4.19]=4194.78(kg/h)=100.8(t/d)式中6630.3—淀粉漿液量，362.16—日平均熱量，3.35—粉漿比熱，4.19—比熱系數(shù)2.2糖化罐冷卻用水2.2.1冷卻用水量日產(chǎn)0.3kg/L糖液180960.36kg，即180960.36÷1.12=161571.75L=161.57m3，糖化的操作周期一般為30h，其他流程糖化時間為24h，糖化罐每100m3理論填充系數(shù)為75%糖化罐數(shù)目=161.57÷（100×75%）×（30÷24）=2.69，需要3臺滅菌之后的糖化液先自然冷卻由90℃降至65℃，隨后使用冷卻水進(jìn)行降溫，初試溫度為20℃，隨后的溫度為50℃平均用水量=（6630.31+362.16）×3.35×（90-65）÷[（50-20）×4.19]=4660.86kg/h高峰期時需要在2.5h內(nèi)把糖化液75m3冷卻降溫至65℃高峰用水量=4660.86÷（6630.31+362.16）×75000×1.12÷3=16656.71kg/h每日同時糖化罐=2.69×24÷30=2.15每日水用量=16656.71×3×2.15=107432.78kg/d=107.4t/d

第3章主要設(shè)備選型3.1發(fā)酵罐簡介產(chǎn)色氨酸的谷氨酸棒桿菌為好氧菌，因此發(fā)酵類型為好氧發(fā)酵，則所用發(fā)酵罐為通氣發(fā)酵罐，本次工廠設(shè)計選用的是體積為120m3的六彎葉型發(fā)酵罐。在選擇相對應(yīng)的所需發(fā)酵設(shè)備時，必須要按照如下的原則：結(jié)構(gòu)整體縝密、罐體達(dá)到指定強(qiáng)度以及使用壽命、內(nèi)部零件合理且有良好混合攪拌性能、能使物質(zhì)運(yùn)輸和氣體排出有效進(jìn)行、罐內(nèi)有足夠的熱交換面積、具有良好的密封性能確保滅菌操作的順利進(jìn)行。此次發(fā)酵罐材質(zhì)為碳鋼。首先攪拌器作為發(fā)酵設(shè)備中的主要裝置。通過進(jìn)行機(jī)械攪拌，可以使培養(yǎng)基的成分和空氣以及菌絲得到充分的混合，從而達(dá)到傳質(zhì)傳熱效果[7]。目前市場上的攪拌器分為三種規(guī)格：直葉型、彎葉型還有箭葉型。與傳統(tǒng)的直葉片型攪拌器相比，彎葉片型攪拌器在規(guī)格的條件下，功耗更小，效果更好。因此目前已在國內(nèi)廣泛使用。同時為了進(jìn)一步提高攪拌效率，本次設(shè)計在槽內(nèi)安裝了擋板。罐內(nèi)是否有擋板會影響發(fā)酵蒸汽的分布情況。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)來看，增加和減少的擋板和葉寬度的變化大小，一般使用4-6塊擋板、板寬區(qū)間為1/12-1/10，是最適合提高攪拌效率[6]。表6-1發(fā)酵罐的基本指標(biāo)發(fā)酵罐各項尺寸發(fā)酵罐各項質(zhì)量發(fā)酵罐設(shè)計直徑3.5m發(fā)酵罐罐體質(zhì)量22.08t發(fā)酵罐設(shè)計的容積120m3平均封頭質(zhì)量2.71t發(fā)酵罐罐體高度10m發(fā)酵罐總重30.5t封頭高度0.05m列管的總重量3.27t厚度0.024m平均封頭容積6.61m3列管的總長度318.6m3.2種子罐簡介種子罐的體積初步設(shè)計為12m3，雖然種子罐體積較小，占地面積不高，而且由很高的潔凈度要求，因此材質(zhì)上面一般采用市面上的工業(yè)A3鋼，同時為了避免染菌，選用夾套式蒸汽加熱。表6-2種子罐的基本指標(biāo)種子罐各項尺寸種子罐各項質(zhì)量種子罐設(shè)計直徑1.7m種子罐罐體質(zhì)量12.38t種子罐設(shè)計的容積12m3平均封頭質(zhì)量0.36t種子罐罐體高度2.1m發(fā)酵罐總重16.10t封頭高度0.04m列管的總重量0.32t厚度0.014m平均封頭容積0.734m3列管的總長度42.24m6.3其他設(shè)備的設(shè)計（1）調(diào)漿罐：性質(zhì)耐高溫，調(diào)漿罐的體積初步設(shè)計為20m3；攪拌器為渦輪彎葉型攪拌器。本次設(shè)計4個調(diào)漿罐，其中1個作為備用。（2）維持罐：設(shè)計為圓柱型，徑高比保持在5：1，初步設(shè)計為3個，通過串聯(lián)的形式進(jìn)行聯(lián)結(jié)。（3）連續(xù)消除塔：采用兩段加熱型混合式連續(xù)消除塔。由于培養(yǎng)基在連消塔的時間通常是20~30s，因此設(shè)計長度一般是1.5m左右。（4）糖化罐：糖化罐的體積初步設(shè)計為100m3，罐體的材質(zhì)選擇A3玻璃鋼，與調(diào)漿罐攪拌器的攪拌形式一樣，選用渦輪彎葉型攪拌器。（5）板框壓濾機(jī)：作為工藝流程的重要一環(huán)，本次設(shè)計采用的是明流型板框壓濾機(jī)。板框數(shù)為60塊（精細(xì)過濾），因此它的過濾面積可以達(dá)到40m2，框內(nèi)選用0.64m×0.64m的正方形尺寸，厚度為0.025m。通過計算可知，濾塊的數(shù)目=40÷（0.64×0.64×2）=48塊，則濾板的數(shù)目為47塊，板框壓濾機(jī)的總體積V=0.64×0.64×0.025×48=0.49m3。（6）連續(xù)熱量噴射液化器：本次設(shè)計選用中壓型熱量噴射器，一般每小時的處理量在15～50m3之間。（7）清洗罐：清洗罐的體積初步設(shè)計為20m3，材質(zhì)選用A3不銹鋼。（8）離子交換柱：離子交換柱是將一定比例的陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂在同一交換裝置中混合，對流體中的離子進(jìn)行交換和吸附。近年來隨著反滲透制備和EDI(ElectronicDataInterchange)工藝的完善和發(fā)展，使得離子交換水處理設(shè)備操作的缺點(diǎn)更加突出，所以限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室的離子交換柱材質(zhì)通常是有機(jī)玻璃，這有利于觀察樹脂和洗脫液的