安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）

清糖液含量 300g/L 发酵液相对密度 1.12kg/L

4.6色氨酸发酵车间的物料衡算

首先我们要明确发酵单位的概念，发酵单位是衡量发酵液中目标产物的含量高低的指标，属于技术指标。此次项目设计中，生产色氨酸发酵单位为30mg/L，即0.03kg/ m3。 首先计算1000kg色氨酸需要的原料及其他物料量。

注：培养基无机盐配比(g/L)：硫酸铵2.5，磷酸二氢钾0.25，磷酸氢二钾0.25，硫酸镁0.05，消泡剂耗用量1.0g/L，玉米浆:5.5g/L[20]。 a)发酵液量V1=1000÷(150×15%×85%×99%)=52.82 (m3) 式中 150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3） 15%——糖酸转化率 85%——色氨酸提取率

99%——除去倒罐率1%后的发酵成功率

b)发酵液配制需水解糖量：以纯糖算Ga=V1×150=7922.36(kg) c)种液量V2=10%V1=5.282 (m3) d) 种子培养液所需水解糖量 Gaa=25V2=132.05(kg) 式中 25——二级种液含糖量

e) 生产1000kg色氨酸需水解糖总量为G=Ga+Gaa=8054.41(kg) f) 耗用淀粉原料量

理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用淀粉量为： G淀粉=8054.41÷（80%×95%×111%）=9547.66（kg） 式中80%——淀粉原料含淀粉量，95%——淀粉糖化转化率. g)硫酸铵用量G1=2.5 V1=132.05kg

h) 磷酸氢二钾G2=磷酸二氢钾G3=0.25V1=13.205kg i) 硫酸镁（MgSO4.7H2O）用量0.05 V1=2.641 kg j) 消泡剂耗用量=1.0V1=52.82kg k)玉米浆用量=5.5V1=290.51kg l）色氨酸量

发酵液色氨酸含量=Ga×15%×(1-1%）=1176.47kg

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曾华辉：年产1000吨色氨酸发酵工厂设计

实际生产的色氨酸（提取率为85%）为：1176.47×85%=999.999891kg

4.7 糖化车间部分物料衡算（以1000kg玉米计算）

本车间物料平衡图是：

水 淀粉 液化酶+氧化钙+硫酸

蒸汽 液化液

糖化液（糖化酶+烧碱）

消糖液 糖滤渣

图4-7 糖化车间物料平衡图

a)设淀粉：水=1:1.5，

则1000kg玉米产淀粉浆=1000×（1+1.5）=2500kg，加水量=1000×1.5=1500kg; b)粉浆浓度=1000×80%÷2500×100%=32%

c)糖化液（300g/L）=1000×80%×95%÷0.3×1.12=2837.33kg d)α-淀粉酶=糖化酶=2500×0.2%=5kg e)硫酸用量=氯化钙量=2500×0.2%=5kg f)助滤剂=2837.33×0.15%=4.26kg

g)滤渣产量（含水量按70%计算）=4.26÷（1-70%）=14.2kg h)生产过程中进入系统的蒸汽=2837.33×8%=227kg i）洗水量：2837.33+14.2-227-5×4-4.26-2500=90.2 衡算结果用表格表示：

表4-7 糖化车间部分物料衡算结果一览表

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进入系统量

项目 玉米原料 配料水 酶用量 氯化钙 硫酸 助滤剂 蒸汽 洗水 累计

物料比例kg 1000 1500 10 5 5 4.26 227 90.27 2841.53

日产量kg 31889.2 47833.78 318.89 159.45 159.45 135.85 7238.85 2878.64 90614.11

项目 糖液 滤渣 累计

离开系统量 物料比例kg 2837.33 4.26 2841.59

日产量kg 90480.18 135.85 90616.03

注：最后的累计结果有点差距，是因为在计算过程中小数点舍取造成的。对设计结果没有影响。

4.8 1000t色氨酸工厂发酵车间的物料衡算表

有上述生产1000kg色氨酸（95%纯度）的物料衡算，可求得1000t/a色氨酸厂发酵车间的物料平衡计算，具体计算结果如下：

物料名称 发酵液 （m3） 二级种液（m3） 发酵水解用糖（kg) 二级种培养用糖（kg） 水解糖总量（kg) 淀粉 （kg) 硫酸铵（kg) 磷酸氢二钾（kg) 磷酸二氢钾 硫酸镁（kg) 泡敌（kg) 色氨酸（kg)

生产1t色氨酸物料量

52.82 5.282 7922.36 132.05 8054.41 9547.66 132.05 13.205 13.205 2.641 52.82 1000

1000t色氨酸的物料量

52820 5282 7922360 132050 8054410 9547660 132050 13205 13205 2641 52820 1000000

每日物料量 176.42 17.64 26460.68 441.047 26901.73 31889.2 441.047 44.1047 44.1047 8.821 176.42 3340

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曾华辉：年产1000吨色氨酸发酵工厂设计

第五章 热量衡算

5.1糖化车间的热量衡算： 5.1.1喷射液化气加热耗蒸汽量

加热蒸汽消耗量（D）可按式：D=GC（T1-T2）/(I-λ)计算，其中G是淀粉浆量（kg/h），C是淀粉浆比热容[kJ/(kg.K)]，T1为浆料初温（50+273=323K），T2为液化温度（378K），I为热蒸汽焓（2738K/kg，表压是0.3Mpa），λ是加热蒸汽结水的焓，在378K时为442KJ/kg。 5.1.2 淀粉浆量

G=31.8892÷24×2500=3321.79kg/h，

粉浆干物质浓度=31.8892÷24×1000×80%÷3321.79×100%=32%； 5.1.3 粉浆比热

取C0=1.55kJ/(kg.K)，C水=4.19 kJ/(kg.K)，X=32%，

则C=C0X+C水（1-X）/100=1.55×32%+(1-32%)×4.19=3.35 kJ/(kg.K) 5.1.4每小时蒸汽用量：

代入数据，得每小时蒸汽用量D=GC（T1-T2）/(I-λ)=266.57kg/h 5.1.5则蒸汽高峰量：

灭酶活时，将液化液由105℃加热至115℃，在115℃时λ为485 KJ/kg，则 D灭=3321.79×3.35×（115-105）/（2738-485）=49.39 kg/h； 要求在10min内使液化液由105℃加热至115℃，则蒸汽高峰量为： 49.39×60÷10=296.34 kg/h。

故有：平均用量=266.57+49.39=315.96 kg/h 高峰用量=296.34+266.57=562.91 kg/h 每日用量=315.96×24=7583.04kg/h

（糖化液灭酶通过板式换热器在液化液降温时实现，无需额外蒸汽） 5.1.6 热交换器设计：

实际工业化生产中可以充分考虑循环经济而用不同料液的热交换达到节省蒸汽的目的，实现热循环。此项目中热交换器流程设计为：

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