發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論-工藝計(jì)算

第五章工藝計(jì)算第一節(jié)

物料平衡計(jì)算

工藝流程示意圖完成后，進(jìn)行物料平衡計(jì)算設(shè)計(jì)工作從定性分析轉(zhuǎn)入定量分析。第一節(jié)物料平衡計(jì)算一、物料衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（一）、物料平衡計(jì)算的依據(jù)質(zhì)量守恒定律Gm＝Gp+Gl第一節(jié)物料平衡計(jì)算一、物料衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（二）、物料平衡計(jì)算的意義

通過(guò)物料平衡計(jì)算，可以求出引入和離開(kāi)設(shè)備的物料各組分的成分、重量和體積，進(jìn)而計(jì)算出產(chǎn)品的原料消耗定額、每小時(shí)、每日或每年消耗量以及成品、副產(chǎn)品、廢棄物等排出物的量。計(jì)算結(jié)果的指導(dǎo)意義1、確定生產(chǎn)設(shè)備的容量、個(gè)數(shù)和主要尺寸；2、工藝流程草圖的設(shè)計(jì)；3、水、蒸汽、熱量、耗冷量等的平衡計(jì)算。第一節(jié)物料平衡計(jì)算一、物料衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（三）、物料平衡計(jì)算的方法和步驟

弄清題意和計(jì)算目的2.繪出物料衡算流程示意圖標(biāo)出主物料、并標(biāo)出各種參數(shù)（流量、組成、溫度、壓力、pH值等）3.寫(xiě)出生物反應(yīng)方程式簡(jiǎn)單反應(yīng)過(guò)程：主反應(yīng)和副反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程：反應(yīng)通式和反應(yīng)物組成有毒物質(zhì)或明顯影響產(chǎn)品質(zhì)量的副反應(yīng)：不能省略，它是提起和精制以及三廢治理的依據(jù)。第一節(jié)物料平衡計(jì)算一、物料衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（三）、物料平衡計(jì)算的方法和步驟4.收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有關(guān)物化常數(shù)生產(chǎn)規(guī)模、年生產(chǎn)天數(shù)、原料、輔料和產(chǎn)品規(guī)格、組成及質(zhì)量。以及密度、比熱容等5.確定消耗指標(biāo)及消耗定額工藝指標(biāo)、原料消耗定額及其它經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)具體的生產(chǎn)方法、工藝流程及設(shè)備對(duì)照的生產(chǎn)廠家實(shí)際實(shí)際生產(chǎn)水平來(lái)定，沒(méi)有借鑒根據(jù)中試水平定。第一節(jié)物料平衡計(jì)算一、物料衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（三）、物料平衡計(jì)算的方法和步驟6.選定計(jì)算基準(zhǔn)（1）、單位時(shí)間產(chǎn)品量或原料量為基準(zhǔn)。（連續(xù)生產(chǎn)）（2）、單位重量、體積、摩爾數(shù)的產(chǎn)品或原料為計(jì)算基準(zhǔn)。（間歇生產(chǎn)）（3）、以加入設(shè)備的一批物料量為計(jì)算基準(zhǔn)。（間歇生產(chǎn)）根據(jù)Gm＝Gp+Gl

進(jìn)行計(jì)算7.物料衡算圖14－1，表5－2，表5－3第一節(jié)物料平衡計(jì)算一、物料衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（三）、物料平衡計(jì)算的方法和步驟8.校核與整理計(jì)算結(jié)果，列出物料衡算表表5－19.繪出物料衡算流程圖及綜合表第一節(jié)物料平衡計(jì)算二、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定（一）、意義工廠設(shè)計(jì)是否合理、先進(jìn)的主要依據(jù)（二）、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)內(nèi)容及確定P55三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算10000t/a淀粉原料酒精廠全廠總物料衡算第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例弄清題意和計(jì)算目的(1)、原料消耗量計(jì)算薯干、淀粉酶、糖化酶、硫酸、硫酸銨等(2)、中間產(chǎn)品蒸煮醪、糖化醪、酒母醪、發(fā)酵醪液等（3）、成品、副產(chǎn)品及三廢酒精、雜醇油、二氧化碳和廢糟等第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例2、繪出物料衡算流程示意圖

標(biāo)出主物料、輔助物料；并標(biāo)出各種參數(shù)（流量、組成、溫度、壓力、pH值等）。第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程：反應(yīng)通式和反應(yīng)物組成3、寫(xiě)出生物反應(yīng)方程式簡(jiǎn)單反應(yīng)過(guò)程：主反應(yīng)和副反應(yīng)糖化：發(fā)酵：第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例生產(chǎn)規(guī)模（10000t/a）

生產(chǎn)方法（雙酶糖化、間歇發(fā)酵、三塔蒸餾）年生產(chǎn)天數(shù)（300天）原料、輔料和產(chǎn)品規(guī)格、組成及量P56各物質(zhì)密度、比熱容等4、收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有關(guān)物化常數(shù)第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例

依據(jù)具體的生產(chǎn)方法、工藝流程及設(shè)備，對(duì)照的生產(chǎn)廠家實(shí)際實(shí)際生產(chǎn)水平來(lái)定，沒(méi)有借鑒根據(jù)中試水平定。表5－45、確定消耗指標(biāo)及消耗定額第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例(1).單位時(shí)間產(chǎn)品量或原料量為基準(zhǔn)。（連續(xù)生產(chǎn)）(2).單位重量、體積、摩爾數(shù)的產(chǎn)品或原料為計(jì)算基準(zhǔn)。（間歇生產(chǎn)）(3).以加入設(shè)備的一批物料量為計(jì)算基準(zhǔn)。（間歇生產(chǎn)）6、選定計(jì)算基準(zhǔn)計(jì)算基準(zhǔn)以1000kg食用酒精做為計(jì)算基準(zhǔn)第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例7、物料衡算(1).1000kg無(wú)水酒精理論淀粉消耗量：

1000×162/92=1760.9(kg)(2).1000kg食用酒精理論消耗量：

1760×92.41％＝1627.2（kg）(3).1000kg食用酒精實(shí)際淀粉消耗量：

1627.2÷

(100%－8.55％)＝1779.3（kg）出酒率：1000÷1779.3＝56.2％(4).1000kg食用酒精薯干原料消耗量：

1779.3÷65%＝2737.4（kg）原料消耗量計(jì)算根據(jù)Gm＝Gp+Gl

進(jìn)行計(jì)算附表6不用酒精捕集器為9.55％理論轉(zhuǎn)化率？理論出酒率？出酒率？原料出酒率？以上數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有何指導(dǎo)意義？56.8％61.5％56.2％36.5％第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例7、物料衡算(5).若α-淀粉酶比活力為2000U/g，用量按8U/g原料計(jì)算，則酶用量：

2737.4×103×8÷2000＝10.95（kg）(6).若糖化酶比活力為2萬(wàn)U/g，使用量為150U/g原料，則糖化酶用量：

2737.4×103×150÷20000＝20.5（kg）(7).若酒母糖化酶使用用量為300U/g，接種量為10％，則酶用量為：

2737.4×10％×70％×(300－150)÷20000＝1.44（kg）(8).硫酸銨耗量：

0.1％×G0（酒母量）原料消耗量計(jì)算根據(jù)Gm＝Gp+Gl

進(jìn)行計(jì)算!酶活力單位？計(jì)算生產(chǎn)周期？淀粉酶活力單位定義在90℃、pH6.0條件下，1分鐘液化可溶性淀粉1毫克成為糊精所需的酶量，即為1個(gè)酶活力單位。1g固體酶粉（或1mL液體酶），溫度在70℃、pH值=6.0的條件下，1min液化1mg可溶性淀粉，為1個(gè)活力單位，以U/g（或U/mL）表示。在40℃，pH值4.6條件下，每1h.分解可溶性淀粉產(chǎn)生1mg葡萄糖,為1個(gè)酶活力單位。國(guó)際單位：在最適反應(yīng)條件（最適溫度250℃，最適pH，最適底物濃度）下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量定為一個(gè)酶活力單位。第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例蒸煮醪量的計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算？第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算粉漿量：2737.4×（1+3）＝10950（kg）(1).干物質(zhì)含量B＝87％的薯干比熱容為：

C＝4.18×（1－0.7B）＝1.63[kJ/(kg.K)](2).

絕干物質(zhì)含量B＝100％的薯干比熱容為：

C0=4.18×(1－0.7×100％)＝1.25[kJ/(kg.K)](3).

粉漿干物質(zhì)濃度：B1＝87％÷4＝21.8％(4).粉漿蒸煮醪比熱容：

C1＝B1C0+（1－21.8％）Cw＝3.62[kJ/(kg.K)]假定蒸煮過(guò)程比熱容不變。蒸煮醪量的計(jì)算第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例蒸煮醪量的計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算(6).經(jīng)兩個(gè)維持罐后蒸煮醪液量：(5).噴射液化后蒸煮醪量為：

不變?yōu)?1583kg

(9).經(jīng)汽液分離器后蒸煮液量（X）：X＝11331（kg）第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例蒸煮醪量的計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算(7).經(jīng)噴射加熱器后的蒸煮醪液量：(8).經(jīng)滅酶維持罐后蒸煮液量：不變?yōu)椋?2079（kg）第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算糖化醪和發(fā)酵醪液量的計(jì)算????撲集酒精量？接種量？第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算糖化醪和發(fā)酵醪液量的計(jì)算（1）、成熟發(fā)酵液量

依據(jù)物料守恒(乙醇)（2）、CO2帶出的乙醇量（3）、需蒸餾發(fā)酵液量第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算糖化醪和發(fā)酵醪液量的計(jì)算（4）、入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度（5)、發(fā)酵過(guò)程CO2放出量（6）、酒母接種量（10％計(jì)）（w/w）第一節(jié)物料平衡計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算糖化醪和發(fā)酵醪液量的計(jì)算（7）、糖化醪量成品和廢醪液量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算成品和廢醪液量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算（1）、醛酒產(chǎn)量

1000×2％＝20kg（2）、食用酒精產(chǎn)量

1000kg（3）、雜醇油產(chǎn)量

1000×0.5%＝5kg成品和廢醪液量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算（4）、廢醪液量（蒸汽間接加熱）A、醪塔（粗塔）上升蒸汽量B、殘留液量C、成熟醪比熱容kg成品和廢醪液量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算D、成熟醪帶入塔的熱量E、殘留廢液固形物濃度（4）、廢醪液量（蒸汽間接加熱）成品和廢醪液量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算（4）、廢醪液量（蒸汽直接加熱）F、殘留液固形物濃度G、蒸餾廢液比熱容成品和廢醪液量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算（4）、廢醪液量（蒸汽直接加熱）H、塔底廢液帶走熱量I、上升蒸汽帶出熱量成品和廢醪液量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算根據(jù)物質(zhì)、能量守恒

進(jìn)行計(jì)算（4）、廢醪液量（蒸汽直接加熱）J、蒸汽消耗量若和估算存在一定差，再進(jìn)行從新估算（試差法）塔底廢醪排出量：10433+2212＝12645kg8、校核與整理計(jì)算結(jié)果，列出物料衡算表表5－19、繪出物料衡算流程圖三、計(jì)算實(shí)例第一節(jié)物料平衡計(jì)算第二節(jié)

熱量平衡計(jì)算第二節(jié)熱量平衡計(jì)算一、熱量衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（一）、熱量平衡計(jì)算的依據(jù)能量守恒定律第二節(jié)熱量平衡計(jì)算一、熱量衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（二）、熱量平衡計(jì)算的意義1、得到耗能指標(biāo)，比較設(shè)計(jì)方案，對(duì)比先進(jìn)水平，尋找存在的問(wèn)題；2、設(shè)備選型，確定尺寸的主要依據(jù)；3、有利于組織管理，技術(shù)革新，降低能耗。（三）、熱量平衡計(jì)算的方法和步驟

弄清題意和計(jì)算目的2.繪出單元設(shè)備物料流程示意圖標(biāo)出主物料、并標(biāo)出各種參數(shù)（流量、組成、溫度、壓力、pH值等）3.寫(xiě)出熱量衡算方程式第二節(jié)熱量平衡計(jì)算一、熱量衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（三）、熱量平衡計(jì)算的方法和步驟4.收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有關(guān)物化常數(shù)第二節(jié)熱量平衡計(jì)算一、熱量衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟5.選定計(jì)算基準(zhǔn)溫度基準(zhǔn)：一般采用0℃物料基準(zhǔn)：同物料衡算（1）、單位時(shí)間產(chǎn)品量或原料量為基準(zhǔn)。（連續(xù)生產(chǎn)）（2）、單位重量、體積、摩爾數(shù)的產(chǎn)品或原料為計(jì)算基準(zhǔn)。（間歇生產(chǎn)）（3）、以加入設(shè)備的一批物料量為計(jì)算基準(zhǔn)。（間歇生產(chǎn)）（三）、熱量平衡計(jì)算的方法和步驟6.熱量衡算第二節(jié)熱量平衡計(jì)算一、熱量衡算的依據(jù)、意義、方法和步驟（1）、顯熱計(jì)算（2）、過(guò)程熱效應(yīng)計(jì)算（生物合成熱、攪拌熱、狀態(tài)熱）（3）、加熱設(shè)備耗熱（4）、氣體或蒸汽帶出熱（5）、設(shè)備散熱（6）、加熱物料需要熱量（7）、加熱介質(zhì)傳入的熱量注意事項(xiàng)：P69二、計(jì)算實(shí)例第二節(jié)熱量平衡計(jì)算30000t/a啤酒廠糖化車(chē)間熱量衡算第二節(jié)熱量平衡計(jì)算二、計(jì)算實(shí)例流程示意圖第三節(jié)

水平衡計(jì)算第三節(jié)水平衡計(jì)算一、水衡算的意義、方法和步驟1、掌握生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)工藝過(guò)程的需水量，有利于管道的布置施工。2、通過(guò)需水量的計(jì)算，知道每個(gè)工藝過(guò)程水的消耗量和全廠的消耗量，有利于設(shè)計(jì)的改進(jìn)，降