谷氨酸发酵车间的物料衡算.docx
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谷氨酸发酵车间的物料衡算
工艺计算
生产方法：
以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵，低温浓缩、等电提取。
主要技术指标：
生产天数
330天
发酵周期
40小时
淀粉糖转化率
98.5％
产品纯度
99％
原料淀粉含量
80％
流加糖浓度
40％（kg／L）
发酵谷氨酸产率
10％
发酵罐填充系数
85％
糖酸转化率
60％
种子罐填充系数
85％
氨酸提取收率
95％
接种量
5％
味精对谷氨酸的精制收率
124％
通气速率
0.1-0.18vvm
发酵醪初糖浓度
13％（W／V）
辅助设备用气量
10％
淀粉液化工艺参数：
淀粉乳浓度
28.6％
喷射器出口温度
105℃
工业淀粉规格
80％
a淀粉酶加酶量（10u/g）
0.5L/T
层流罐维持温度
95℃
a淀粉酶规格
20000u/ml
液化时间
1.5h
液化pH值
6.2
CaCl2流加率
0.1％
浆料初温
20℃
淀粉质比热容
1.55KJ/Kg.K
加热蒸汽
0.3Mpa
灭酶温度
120℃
上升温度时间
20min
淀粉：
水
1：
2.5
糖化工艺参数：
糖化pH值
4.3
糖化酶规格
10万u/ml
糖化温度
60℃
加酶量（160u/g）
1.6L/T
糖化时间
25h
灭酶温度
80℃
时间
20min
培养基配方：
发酵培养基（W/V）
种子培养基（W/V）
水解糖
17％
4％
液氨
2％
0.24%
K2HP04
O.15%
0.1％
MgS04?
7H2O
0.06％
0.04％
MnS04
2mg/L
2mg/L
消泡剂
0.04％
/
玉米浆
/
l.5%
灭菌各参数：
培养基灭菌
发酵罐灭菌
蒸汽
0.4MPa
蒸汽
0.2MPa
灭菌前物料温度
20℃
200M3发酵罐重
34.3t
预热
75℃
冷却排管
6t
加热
120℃
比热容
0.5KJ/Kg*K
冷却水始温
20℃
发酵罐始温
20℃
冷却水末温
45℃
发酵罐末温
127℃
灭菌时间
1.5h
灭菌中其它蒸汽损耗
总汽耗30％
一、谷氨酸发酵车间的物料衡算
首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。
（一）、发酵液量
设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为180kg/
，则发酵液量为：
式中 180——发酵培养基终糖浓度（kg/
）
60%——糖酸转化率
95%——谷氨酸转化率
99%——除去倒罐率1%后的发酵成功率
124%——味精对谷氨酸的精制产率
（二）、发酵液配制需水解糖量，以纯糖计算：
（三）、二级种液量：
（四）、二级种子培养液所需水解糖量：
式中 40——二级种液含糖量（kg/
）
（五）、生产1000kg味精需水解糖总量：
（六）、耗用淀粉原料量：
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故耗用淀粉量为：
式中 80%—淀粉原料含纯淀粉量
98.5%—淀粉糖化转化率
（七）、液氨耗用量：
二级种液耗液氨量：
2.4V2=0.96（kg）
发酵培养基耗液氨量：
20V1=160（kg）
共耗液氨量：
160+0.96=161.0（kg）
（八）、磷酸氢二钾
耗量：
G（K2HPO4）=1.5V1+1V2=12+0.4=12.4（kg）
（九）、硫酸镁用量：
0.4V2+0.6V1=0.16+4.8=4.96（kg）
（十）、消泡剂耗用量：
0.4V1=3.2（kg）
（十一）、玉米浆耗用量：
15V2=6（kg）
（十二）、硫酸锰耗用量：
0.002V2=0.8（g）
（十三）、谷氨酸量：
发酵液谷氨酸含量为：
G1×60%（1-1%）=1360×0.6×0.99=807.84（kg）
实际生产的谷氨酸（提取率95%）为：
807.84×95%=767.45（kg）
45000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表
物料名称
生产1t味精（100%）的物料量
生产45000t/a味精的物料量
每日物料量
发酵液量/
8
360000
1091
二级种液量/
0.4
18000
54.55
发酵水解用糖量/kg
1360
61200000
1885454.5
二级种培养用糖量/kg
16
720000
2181.8
水解糖总量/kg
1376
61920000
187636.4
淀粉用量/kg
1572.6
707670
214445.5
液氨用量/kg
161
72450
21954.55
磷酸二氢钾用量/kg
12.4
558000
1691
硫酸镁用量/kg
4.96
223200
676.4
消泡剂用量/kg
3.2
144000
436.4
玉米浆用量/kg
6
270000
818.2
硫酸锰用量/g
0.0008
36
0.11
谷氨酸量/kg
767.45
34535250
104652.3
二、谷氨酸发酵的热量衡算
热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的，热平衡方程表示如下：
∑Q入=∑Q出+∑Q损————————（2-1）
式中 ∑Q入─输入的热量总和（kJ）
∑Q出─输出的热量总和（kJ）
∑Q损─损失的热量总和（kJ）
通常， ∑Q入=Q1+Q2+Q3 ————————（2-2）
∑Q出=Q4+Q5+Q6+Q7————————（2-3）
∑Q损=Q8 ————————（2-4）
式中 Q1—物料带入的热量（kJ）
Q2—由加热剂（或冷却剂）传给设备和所处理的物料的热量（kJ）
Q3—过程的热效应，包括生物反应热、搅拌热等（kJ）
Q4—物料带出的热量（kJ）
Q5—加热设备需要的热量（kJ）
Q6—加热物料需要的热量（kJ）
Q7—气体或蒸汽带出的热量（kJ）
把（2-2）～（2-4）式代入（2-1）式，得
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8
值得注意的是，对具体的单元设备，上述的Q1～Q8各项热量不一定都存在，故进行热量衡算时，必须根据具体情况进行具体分析。
连续灭菌和发酵工序热量衡算计算指标（以淀粉质为原料）
计算指标见表2.1。
表2.1计算指标
项目
工艺参数
淀粉糖化转化率
98.5%
发酵谷氨酸产率
10%
糖酸转化率
60%
谷氨酸提取收率
95%
味精对谷氨酸的精制收率
124%
原料淀粉含量
80%
发酵周期
40h
生产天数
330d
（一）培养液连续灭菌用蒸汽量：
经工艺物料衡算结果，发酵采用发酵罐体积为200m3。
发酵罐装料系数85%，每罐产100%味精的量：
200×0.85×10%×95%×124%×1.272=25.47（t/d）
式中 1.272——
＝
年产商品味精4.5万吨，日产100%味精136.4吨.发酵周期为40h，需发酵罐台数：
取9台
由于装罐率，所以每罐初始体积160m3糖浓度18.0g/dl，灭菌前培养基含糖20.0g/dl，其数量：
每日投料罐次
取6罐次。
灭菌加热过程中用0.4MPa，I=2743KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C，再加热至120°C，冷却水由20°C升到45°C。
消毒灭菌用蒸汽量（D）：
D=3212（kg/h）≈3.2（t/h）
式中：
3.97为糖液的比热容，[KJ/（kg·°C）]
每天用蒸汽量：
3.2×3×3=28.8（t/d）
高峰用蒸汽量：
3.2×4=12.8（t/h）
平均用蒸汽量：
28.8/24=1.2（t/h）
（二）发酵罐空罐灭菌蒸汽量：
1、发酵罐体加热：
200m3的发酵罐重34.3t，冷却排管重6t，比热容0.5KJ/（kg·°C），用0.2MPa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15MPa（表压）下由20°C升至127°C，其蒸汽量为：
2、填充发酵罐空间的蒸汽量：
因200m3发酵罐的全容积大于200m3，考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间罐之自由空间仍按200m3计算，填充空间需蒸汽量：
D空=Vρ=200×1.39=278（kg/h）
式中：
V—发酵罐全容积（m3）
ρ—加热蒸汽的密度（kg/m3）0.15mPa（表压）时为1.39（kg/m3）
3、灭菌过程的热功当量损失：
200m3发酵罐的表面积为201㎡，耗用蒸汽量：
D损=
4、罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗：
式中：
0.001——附壁水平均厚度（1mm）
1000——水密度（kg/m3）
5、灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的30%，空罐灭菌蒸汽消耗量;
每空罐灭菌1.5h，用蒸汽量：
2148.6×1.5=3222.9（kg/罐）
每日用蒸汽量：
3222.9
=9668.6（kg/d）=9.7（t/d）
平均用蒸汽量：
9668.6/24=402.9（kg/h）=0.4（t/h）
高峰用蒸汽量：
2148.6
4=8594.4（kg/h）=8.6（t/h）
（三）液化工艺热量衡算
1、液化加热蒸汽量
加热蒸汽消耗量Ｄ可按下式计算
D=G×C×（T2-T1）÷[（h-i）η]
式中：
G——淀粉浆量（kg/h）
C——淀粉浆比热容kJ/（kg*K）
T2——浆料初温（20+273=293K）
T1——液化温度（95+273=368K）
h——加热蒸汽焓2738kJ/kg（0.3Mpa,表压）
i——加热蒸汽凝结水焓，在363K时为377kJ/kg
淀粉浆量G：
根据物料衡算，日投工业淀粉214.4t；连续液化214.4/24=8.93（t/h）。
加水量为1:
2.5，分浆量为10600×3.5=37100（kg/h）
粉浆比热C可按下式计算：
C=C0+C水
C=1.55+4.18=5.73kJ/（kg*K）
式中：
C0——淀粉质比热容，取1.55kJ/（kg*K）
C水——水的比热容，取4.18kJ/（kg*K）
蒸汽用量
D=
（kg/h）=7.1（t/h）
2、灭酶用蒸汽量
灭酶时将液化液由90℃加热至120℃，在100℃时的i为419kJ/kg
D灭=
（kg/h）=2.9（t/h）
要求在20min内使液化液由90℃升至120℃，则蒸汽高峰值为：
2.9×4=11.6（t/h）
以上两项合计，
平均量：
（7.1+2.9）/2=5（t/h）；
每日用量：
5×24=120（t/d）
（四）糖化工艺热量衡算
1、糖化加热蒸汽量
加热蒸汽消耗量Ｄ可按下式计算
D2=G×C×（T2-T1）
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