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生产工艺基本计算

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前言……………………………………………………………3

主要工艺参数的选择…………………………………………6

一、工艺计算…………………………………………………6

（一）、发酵罐容积　…………………………………………６

（二）、菌种及发酵车间设计………………………………７

1、菌种扩大培养流程………………………………………7

２、流加培养流程……………………………………………７

（三）、物料计算　……………………………………………８

1、发酵罐耗糖………………………………………………8

2、发酵罐耗玉米浆量　………………………………………8

３、发酵罐耗氮（ＮH４）2SO4）量……………………………9

4、发酵罐耗碱液量…………………………………………9

5、发酵罐耗磷量（KＨ2PO4以Ｐ2O5计）………………………9

6、二级种子罐耗糖量………………………………………１０

７、种子培养消耗的计算……………………………………1０

（四）、热量衡算……………………………………………10

1、糖液灭菌耗汽量…………………………………………1１

2、空罐灭菌…………………………………………………11

3、冷却用水…………………………………………………11

（五）、种子罐计算…………………………………………11

　（六）、二级种子罐的过滤器计算…………………………13

1、求滤层厚度……………………………………………13

2、求压力降………………………………………………１3

3、求分滤器的直径………………………………………14

4、总过滤器工艺设计……………………………………１5

（七）、酵母干燥…………………………………………16

二、设备选型……………………………………………16

三、设计心得……………………………………………16

　　　　　　　　前言　

　我国的酵母工业化生产始于1９22年，由上海大华利卫生食料厂首家生产压榨面包酵母，至今已有80多年的历史。

（一）高活性干酵母产业

我国活性干酵母的研究和开发始于２０世纪7０年代。

1974　年上海酵母厂首先试制和生产了面包活性干酵母，改革开放的国策则大大加快了高活性酵母产业的发展速度。

20世纪８0年代中期，广东率先引进了国外先进的高活性干酵母的生产技术和设备，建成了两家大型的具有当代国际先进水平的高活性干酵母生产企业,即广东丹宝利酵母公司和广东梅山一马利酵母公司。

目前，我国生产高活性干酵母的国有企业主要有湖北安琪酵母公司、广东丹宝利酵母公司，中澳合资的梅山一马利酵母公司和哈尔滨一马利酵母公司等数家。

（二）食用酵母抽提物生产

从2０世纪70年代起，我国多家研究机构就开始研究和开发利用活性酵母生产食用酵母抽提物,作为食用营养调味品。

由于我国的饮食习惯和消费结构与欧美国家不同，鲜味剂以味精为主,味精在我国鲜味剂市场上占据绝对的主导地位。

酵母抽提物产品作为食用调味品不仅具有鲜味，同时因含有2０余种氨基酸和肤类物质，因而具有营养价值高，味道醇厚、抗氧化性等优点。

目前，酵母抽提物主要应用在加工食品行业。

（三）活性酵母产品

目前，我国市场上商品活性酵母的主要品种有以下几类。

1）面包酵母是指以糖蜜、淀粉质原料,经发酵法通风培养的酿酒酵母（Sacｃharomｙceｓcere-visiａ），制得的有发酵活性的用于发面的面包酵母。

根据其生产工艺、活性高低和含水分的不同又分为：

（ｌ　）鲜酵母

产品具有强的发酵活性，由新鲜酵母菌体所组成的块状产品,含水分70％一73％，俗称压榨酵母（Coｍpｒｅssed　yeａsｔ　）。

（2）活性干酵母

该类产品是将具有强壮发酵活性的鲜酵母，经过低温脱水后制成的有发酵活性的干酵母菌体,产品呈颗粒状，含水分为7.０％一8．　5％。

（３）高活性干酵母

该产品是将鲜酵母经过低温脱水后制得的具有高活性的干酵母菌体，活性大大高于普通的活性干酵母,且发酵速度快，溶解性能好。

产品呈细小颗粒状，含水分为5．０%一6.0%，采用真空包装。

２）酿酒活性干酵母该产品是以糖蜜、淀粉质原料,发酵通风培养得到的酿酒酵母（Sacchaｒｏmycｅs　cerｅvisiae）、葡萄汁酵母（S.uｖａｒum）、贝酵母（Ｓ.bayaｎus）等制得的有发酵产生酒精能力的活性干酵母菌体。

根据酵母生产工艺和用户的不同要求,主要有两种商品：

（１　）酿酒鲜酵母

产品具有强的发酵酒精活性的酵母菌体，其产品含水分71　%一７３　%，俗称酿酒鲜酵母（bｒｅwｉｎgCompre　、ｓｅd　ｙeaｓt）。

（2　）酿酒高活性干酵母

将酿酒鲜酵母经过脱水干燥制得的高活性干酵母菌体，它可以用于糖类或淀粉质原料发酵生产酒精。

它具有发酵速度快,出酒率高,含水分低，保存期长的特点。

（四）我国主要的酵母生产企业

1）湖北安琪酵母股份公司

该公司于1989年建成投人生产,目前是我国生产高活性干酵母产量最大、品种最多、国内市场占有率（30　%以上）最高的企业，也是亚洲最大的酵母生产企业公司的主要产品有:

面包、白酒、黄酒、酒精、葡萄酒等高活性干酵母；酵母味素（酵母抽提物）;营养酵母;生物饲料添加剂等系列产品。

安琪酵母股份公司于１9９3年初开始酵母抽提物的研究工作，与中国食品发酵工业研究院共同承担了“九五”科技攻关项目“酵母味素的开发”。

１9９7年,公司建成了年产IO0０t酵母抽提物生产线，生产出高质量的酵母抽提物。

２０0３　年,该公司又建成了国内最大的酵母抽提物生产线―年产5OO0t酵母抽提物生产线,引进欧洲的工艺技术和关键设备,产品卫生标准可达到欧盟的卫生标准,能满足出口的各种要求。

２）广东丹宝利酵母公司

该公司建于2０世纪80　年代,是我国最早生产高活性面包酵母的厂家，投产时年产2000t

高活性干酵母。

该公司全套引进欧洲先进的酵母生产技术和设备,生产高质量的面包高活性干酵母。

3）梅山-马利酵母有限公司

该公司是国内首家中外合资的高活性干酵母生产企业,１９85年建成投人生产，当时生产规模为年产2000t　面包用高活性干酵母。

目前，该合资企业已在黑龙江、吉林、河北和山东等地建设了5-6家合资酵母生产厂,在国内总的生产能力约6000t以上。

　（五）活性酵母市场的竞争与研发方向

随着我国活性酵母市场的扩大，除了国内活性酵母生产企业的产品，如丹宝利、梅山、安琪等品牌的高活性干酵母大量在国内市场销售外，国外的酵母产品也先后进人中国市场，如法国、澳大利亚、土耳其、美国、英国等；另一方面,国内几家较大规模的企业也大力拓展国外市场。

因此，活性酵母产品在国内、国际市场上的竞争非常激烈。

但是从总体来看,我国高活性干酵母的出口量大于进口量。

目前，活性酵母企业正在加强技术开发，如研究开发和储备新的生产用高活性酵母菌种；开发行业清洁生产和保护环境的新技术；大力拓展国内外市场;因地制宜进行环保治理，使废物的排放达到国家的标准等,这些措施都为产业的持

续发展奠定了基础。

目前，活性酵母的国际市场具有较大的潜力，尤其是非洲、南美洲、伊斯兰等国家都有很大的发展空间。

在对环保要求日益严格的今天活性干酵母工业中,回收酒精应当作为一项研发方向在有规定的素质要求，额定的消耗标准，法定的环保标准条件下,

调和产品的矛盾要求，并且产品合于保健卫生，则人们还该做许多工作才能过关,这应当是未来的研究开发方向。

　　　　生产工艺基本计算

设计依据：

1产品:

鲜酵母、活性干酵母

２主要生产原料:

葡萄糖废糖蜜（含总糖量51%）

主要工艺参数的选择和计算：

商品酵母发酵周期２8小时接种量10%

一代酵母接种量:

10%

二级种子罐接种量：

一级种子罐接种量:

商品干酵母含水量:

发酵液干酵母含量:

60g／L

发酵周期：

２8小时ﻩ

活性干酵母含水量：

1、工艺计算

（一）发酵罐容积

干酵母:

10０0÷３3０÷0．06＝５0.５m3

鲜酵母:

５0.５×３=15１.５m3

发酵罐的填充系数为0.６

　初步设定罐内冷却水盘管体积为15%

总容积：

V×（１－0．15）=15１.5÷0.6

　　Ｖ=297.05m３。

设计每2４小时出一罐料，考虑到应有一个罐与之轮流工作,以便该罐进行出料、刷洗、消毒等。

故设计三个个发酵罐。

则每个发酵罐的体积是:

297．0５÷３=９9.0２m3　　取每个发酵罐体积100m3。

有课本281表25可知发酵罐尺寸．

（二）菌种扩大培养流程

卡氏罐

级种子罐

二级种子罐

发酵罐

种子罐培养基:

葡萄糖液、培养基同时补充N、P、Mg等无机盐及生物素,其中可发酵性糖含量为50-７０g/L,氮含量为1.5g/L左右,P2Ｏ５含量为0.5g／L左右

培养条件：

33℃左右，pH4.2-5．4

通风情况:

开始时不通风，当发酵罐开始自然升温时，微量通风

培养时间:

28小时左右

级间接种量：

一级2%，二级5%

3酵母收获量:

车间纯种培养,由于采用了微量通风,其酵母产率比静止培养时高。

考虑到在对数生长期接种，一般当酵母种子达2５g／Ｌ左右时,即接入下一级发酵培养。

流加培养流程

间歇培养种子——一代酵母——　分离洗涤——商品酵母（二代）

该流程每十罐进行一次纯种培养，种子仅冷藏几天，污染机会少,产品质量较高。

1接种量:

一代酵母接种量5%，二代10％

2培养时间：

一代２８小时，二代２3小时

３发酵温度：

33℃

4发酵ｐH:

4.5-5.０

5压力：

常压

（三）物料计算

二代商品酵母接种量１0％

年工作3３0天，每天产量为：

×3=9.1吨

发酵罐耗糖（以每天消耗的葡萄糖计算）量:

公式:

Wｇ＝

×Cx÷98%

其中　Wg：

培养酵母所需糖量

　　P：

酵母每天产量产

　　Ｆ：

接种量

　　Ｃx:

酵母产品干固物含量（%）

YX／Ｓ:

酵母干固物对糖得率（%）

98%:

糖原料损耗率

Ｙ　Ｘ/S=0．３８，Ｃx=1－68％=32％

F＝10%×9.1=０.91

因此Wｇ=

×0．3２÷0.９8

　　=7.0３ｔ

１.废糖蜜的消耗量：

W糖蜜=7．０3÷（５1%×８0%）

　=17.23ｔ　　　（糖蜜中可利用糖比例80%）

2.发酵罐耗玉米浆量

取玉米浆用量１％（以葡萄糖废糖蜜计算）:

则Wm=17．23×１%=0.１7ｔ

3．发酵罐耗氮（NH4）２SO4）量

公式：

WN＝P×C　Ｎ　（１.0+0.0７）-F×FN　×CX

式中　:

WN=培养酵母每天所需氮量

　CN：

酵母干固物含氮量CＮ＝7．5％

　FN：

种子酵母干固物含氮量，FN=８.5％

Ｗm:

玉米浆量

　　因此

WＮ=　9.1×32%×0.０7５×（1.0+0.０7）-0.９1×３2%×０.085

　=0.2１t

硫酸铵的消耗量:

W（NH４）２SO4=ＷN/Ｍ＝

＝0.99t

4.发酵罐耗碱液量

酵母发酵过程中总酸度增酸<１.0,取发酵终了时鲜酵母浓度180g/Ｌ

则最终发酵醪体积:

9.1/０.１8=50.５m3

100mL发酵醪消耗NａOH量：

1Ｎ×0.001Ｌ=０.00１mol

50.5m３发酵醪消耗Na2ＣＯ3摩尔数:

　0．０01×

=505mｏｌ

其质量为：

106×5０５＝53.５3Ｋg

5.发酵罐耗磷量（KH2PＯ4以P2O5计）

公式：

W　p=P×Ｃp×CX（1.０+0.3）－F×Fｐ×Ｃ　X

式中　　Wｐ：

每天培养酵母所需的P2O5量

　　C　p:

酵母干固物Ｐ2O5含量,Cp＝３%

Fp：

种子酵母干固物Ｐ2O5含量，Fp=3.２%

则W　ｐ=9.1×０.03×0.32×（1.0+0.３）-0.9１×0.0３2×0.32=0.104t

WKH２ＰO4=

=0．12t

6.二级种子罐耗糖量

二级种子罐产量

　P=9．1÷３×5%=151.7㎏

糖蜜用量:

15１.7／5１%＝２9６kg

7.种子培养消耗的硫酸铵、玉米浆、磷酸二氢钾、碳酸钠等均按酵母生产消耗的1%计算

即：

硫酸铵　：

0．99×1％＝9.9㎏

　玉米浆:

0．1７×1%=１.7㎏

　　碳酸钠:

５3.53×1％=0.54㎏

（四）、热量衡算

1、糖液灭菌耗汽量

蒸汽压力0.2ＭPa,温度126℃。

查表知,此时冷凝热２1９５KJ／Kｇ　，每小时加热的糖浆的质量为４.47ｔ,其比热按水的比热计,由2０℃加热至１10℃。

查表知,Ｃｐ=4.１8７KJ/Kg·K

ｍ蒸汽×γ=Ｍ糖液×Ｃp×（t２－t1）/

∴m蒸汽1=

=0.７7ｔ/h

2、空罐灭菌

查表知，水蒸气密度ρ=1．２96Kg/ｍ3　　

水蒸气充满二级种子罐、发酵罐时的用量为:

m蒸汽2=ρ×Ｖ=1．29６×（1０0×3＋10）=４01.8Ｋg/d

３、冷却用水：

放热量按每克酵母固性物的放热量为14.65ＫJ，计算

流加培养过程中,酵母固性物的最大增长速率为5.0Ｋｇ/　m3·h,则酵母生产过程中的最大发热量为５8．6×

KＪ/　m3·h冷却管管壁较薄，对冷却水进行强制循环时,总传热系数K=4.1８6×800KJ／m3·h·Ｋ取冷却水进口16℃　,出口２6℃发酵液前期温度较低34-36℃,取T=34℃则Δtm＝

=12.3℃

主发酵期发酵液每小时放出最大热量

58.6×１000×２7=１58２200KJ/ｈ,

传热面积A=

＝

=３8.4ｍ2

冷却水量W=

＝

＝3７８５１Kg/h＝0.010５14m3/s

取冷却水流速３m/ｓ,则冷却管截面积S=

=0.00355ｍ2,　

　∴冷却管内径d＝6cm,选无缝钢管ø65×3,

冷却管长度L=

=１8８ｍ

（五）、种子罐的计算

取发酵罐一代酵母接种量5％,则二级种子管鲜种子产量4０00×５%=200Kg

考虑到接入下一级发酵培养时,种子浓度25g/L,则种子罐体积为:

＝８００0L=8ｍ3

取填充系数为８0%，则种子罐容积8/０.8=10m3

取

一级种子罐产量10Kg,接入下一级种子罐时,种子浓度2５ｇ/L,则培养液体积在接入二级种子罐时为:

Ｖ=

=4００L=０.4m3

取装料系数为80%，则容积0.4/0.8=０.５m3=500Ｌ

取

种子罐规格表

公称容积（M3）

筒体直径（Dgｍｍ）

筒体高度Ｈ（ｍm）

换热面积M2

搅拌轴转速r.p．m

搅拌轴功率KW　

0．05

３00

７00

400

300－35０

0.55

0.1

4０0

８00　

５00　

3０0-350

0.75-1.1

０．２

50０

1000

600

２80-340

0．75-1.５

0.3

５50

１2０0

６50

280-340　　

1.1－1.5

０.５

6０0

１650

70０　

280-3２0　

1.5－2.2　

0.8

８00

16００

900　

200－２80

2.2－5.5

1．

200－280

2.2－5.5　

１.2　

９00

１80０

100０

２00－280

3-7.５

1.５

9０0

220０

1000　

200－28０　

3－7．5

2.0

200－2６0

04-1１

3．

200-２60

５．5-1１　

４.0

1300

３000

1４00

200－2２０

7．5－１5

5．

0０

1８0-220　

7.5－1８.5

则选取一级种子罐一个，公称容积为0.５m3,二级种子罐两个,公称容积为5．0m３。

（六）、总过滤器工艺设计

选超细玻璃纤维过滤器，工作温度30℃，

公式：

ΔP＝LC

＝-

其中α=8％，ｄf＝1４μm

查表得20℃时,空气密度ρ＝1.205Ｋｇ　/ｍ3

　　　　３0℃时,空气粘度μ＝18．6×1０-６

取过滤器中空气流速Ｖs=０.１５m／s

查表得Ｖs=0.15m/ｓ时,

=０.２5２cｍ-1

１、求滤层厚度：

发酵周期按一代种子周期２8小时计算

空气中微生物的个数比取８0０0/m3

Ｎ１＝8００0×5４×60×２８=7.２6×108个

N2=1０-3个

过滤层厚度L＝

＝51.4ｃm

取L＝52ｃm

2、求压力损失：

　c=5２／Re＝

＝0.１６

m=1．4５

P=LC

＝

=6５8５Ｐａ

3、过滤器直径:

进入过滤器中的空气压力为μ

Ｐ滤=2.3１7×1.0１×１05+６5８5

=2.4１大气压（绝压）

滤气中空气体积流量

V滤=V空气

=（0.９+0.2７）×

=０.49m3／s

×d2×Vs=V滤

×d2×０．15=0.４9

∴d=2ｍ

则对风机要求:

风量７0　m3／ｍin

风压2.41×10339=2４917ｍmH２O=3.13Ｋg／cm2

选IEＰ100-3.7型离心压缩机，性能规范如下:

输送介质空气进口流量１00m３/min需用功率380Kw

进口压力（Kg／cｍ2绝）出口压力（Ｋg/cm２绝）主轴转速1４０9６r／min

外形尺寸（长×宽×高）1600×１750×1１40重量３5０0Kg

电动机：

型号JＫ134-2　　功率440Ｋw　电压6０0０V重量４300Kｇ

（七）、酵母干燥

酵母干燥设备厂提供的经验数据,1０0０t/年活性酵母的干燥流化床需要蒸汽量：

W干燥3=0．2８t/h。

根据流化床干燥器规格表,则

机型

流化床面积ｍ2

进风温度

出风温度

蒸法水分能力kｇ／ｈ

振动电机

型号

功率

ZＬG０．30×3

0.９

70-１40

4０-7０

２0-35

ZDS１０-６

0.75×２

ＺLG0.３0×4.5

1.35

7０－140

４0-70

35-５0

ＺDS10-6

0.75×2

ZLG0.45×4.5

２．025

70－140

40-70

50-７0

ZDS１0-６

１.1×2

2ＺＬＧ0.６0×４．５

2.7

7０-１4０

40-70

7０-80

ZDS１0－６

1．1×2

ZLG０.4５×6

2.7

70-１40

4０-70

８0－10０

ZDS1０-6

1.１×2

ZLG０．６×6

３.６

７0-140

40-70

100-130

ZDS2５－6

1.５×2

ZLG0.７5×6

4.5

7０-140

40-70

12０-170

ZDS25－６

１.5×２

ZLG０.9×6

5.4

70-140

40－７0

140－１70

ＺＤS３0-6

2．2×２

ZLＧ0.6×７.5

4.5

70－140

40-７0

130-150

ZDS３０-６

２．2×２

ＺLG０.７5×7.５

5．625

70-140

４0-７０

１5０-180

ZＤＳ4０-6

３.0×2

ＺＬG0.９×7．5

６.75

70-140

40－７0

16０－21０

ＺDS４0－６

3．0×2

ZＬG1.2×７.5

９

7０-１40

40-7０

１80－270

ＺDS5０-６

3.7×2

ZLＧ1.5×７．5

11．25

７0-140

4０－７0

２00-3５0

ＺDS50-6

3.7×2

选择ZLG1.5×7.5型号的流化床干燥器。

2、设备选型

名称

数量

尺寸（型号）

备注

发酵罐

10.08×4

包括裙座

计量罐

１．2８×0.68

二级种子罐

3.2×1.4（5ｍ3）

一级种子罐

1．6５×０．６（５00L）

空气总过滤器

１

３×2

内填充超细玻璃纤维,滤层厚５0０ｍm

空气分过滤器

2×１

滤层厚2５０mm

空气压缩机

1６00×1７50×１14０

3８0KW

空气贮存罐

１

2.3×1

空气冷却器

１.5×0．8

电机

JK１34-２

流化床干燥器

ZLG1．５×7.5

蒸发能力200－３50kｇ/h

3、设计心得

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，在这段日子里,可以说得是枯燥的,但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询,只要认真钻研，动脑思考,动手实践，就没有弄不懂的知识,收获颇丰。

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