第五节 无菌压缩空气消耗量计算12-

1、第五节 无菌压缩空气消耗量计算压缩空气消耗量,通常用单位时间耗用的常压空气体积表示,即m3/h(105Pa式中:Q 通气量(m3/hq02微生物比呼吸速率mol02/(kg .hx 微生物活细胞浓度(kg /m3 V 发酵罐装液量(m3cin 通人发酵罐的空气氧浓度(mol02/m3cout 离开发酵罐的空气氧浓度(mol02/m3(1等KLa 放大准则计算Q对高耗氧的生物反应,如酵母培养和单细胞蛋白(SCP生产,通常使用等KLa 放大准则。放大罐通气量Q2与试验罐的Q1的关系为:式中 V1试验罐的装液量(m3V2放大罐的装液量(m3H1试验罐的装液高度(mH2放大罐的装液高度(m(2相等放大

2、准则 这是通风发酵罐放大设计最常用的方法。对谷氨酸、柠檬酸及抗生素等发酵,尽管规模不同,但维持Po /V 不变,则生产结果相近。应用Po /V 相等准则放大设计时,理论上通气量的计算可按空截面气速Vs 维持恒定的原则,即放大罐的通气量为:式中 D2放大罐的直径(mVs1试验罐空截面气速(m /s式中:P 通风搅拌用的压缩空气的压强(PaH 被搅拌液体的液柱高度(mL被搅拌液体的密度(kg /m3通人空气的密度(kg /m3W 管道中空气流速(m /sg 重力加速度(9.81m /s2总阻力系数,包括空气分布器等阻力O 2in out q xV Q =c -c 23112122V H Q Q V

3、 H = 0P V 22214s Q D V =2010(12L W P H P g =+(1所需压缩空气的压强P 可按下式求算:(Pa式中 H 压送静压高度 (m被输送液体密度(kg /m3(2压缩空气消耗量分下述两种情况计算: 设备中液体在一次操作中全部压完 V =10-5V0P (m3每小时压缩空气消耗量为:V1=10-5V0P/ (m 3/h式中 每次压送液体的操作时间(hV0设备容积(m 3P 所需压缩空气的压强(hPo 液面上的压强(Pa 设备中液体部分压出对一次操作,折算成压强为105Pa 的压缩空气消耗量为:(m 2若每次压送时间为f(h,则每小时无菌空气耗量为:(m 3/h式

4、中 V0设备容积(m3设备装料系数VL 一次压送出的液体体积(m 3二、计算实例(3000t/a 味精厂发酵车间无菌空气耗量衡算(一谷氨酸发酵无菌空气平衡示意图空气 压缩 过滤除菌种子罐 发酵罐 成熟发酵醪 送提取(二发酵工艺技术指标及基础数据与空气消耗有关的基础数据:生产1t 味精的发酵液量为15.66m3;二级种液:0.313m3;发酵时间:34h ;发酵周期(含清洗、灭菌等:48h ;发酵罐公称容积:100m3(4个;发酵罐装料系数:70%。(三发酵过程无菌空气用量计算发酵车间无菌空气的用途:1、谷氨酸发酵过程通风供氧2010(12W P H P g =+50(2102L V V V P

5、 -=-+÷'60510(2/L V V V P -=-+2、种子培养通气3、培养基压料输送4、设备和管路、管件等的消毒吹干1、单罐发酵无菌空气耗用量100m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0.15-0.18vvm,取最高值0.18vvm计算:(1单罐发酵过程用气量(常压空气V=100×70%×0.18×60=756(m3/h(2单罐年用气量V a=V×34×150=3855600(m3150-为每年单罐发酵批次2、种子培养等其他无菌空气耗量V=25%V=189(m3/h每年用气量为:Va=25%V a×4=25%

6、×3855600×4=3855600(m3/a4-发酵罐的个数3、发酵车间高峰无菌空气消耗量Vmax=4( V+V=4(756+189=3780(m3/h4、发酵车间无菌空气年耗量Vt= 4×150( V+V×34=1.93×107(m3/a(四发酵车间无菌空气单耗实际味精年产量为:=3164(t/a故发酵车间无菌空气单耗为:V0=Vt÷G=6100(m3/t(五3000t/a味精厂发酵车间无菌空气衡算表第六节抽真空量计算真空冷却器的抽真空量计算被处理料液在真空冷却器内产生的二次蒸汽量为:W=Gc(t1-t2÷(I-ct2

7、(kg/h式中G进入冷却器的料液流量(kg/hc料液比热容kJ/(kg·Kt1进入的料液温度(t2离开的冷却的料液温度(I二次蒸汽焓(kg/kg查出二次蒸汽比容V,则待求的抽真空量为:B1=Gc(t1t2÷(Ict2 (m3/h不凝性气体抽出量为:B2=2.5×10-5(W+W+AW (kg/h式中W水喷射泵耗水量(kg/hA空气渗漏系数所以,真空冷却器抽真空量为:B=B1+B2= Gc(t1+t2V+2.5×105+A÷(t1-t2+2.5×10-5 W真空过滤耗真空量:设真空过滤面积为F(m2对连续操作:B= (m3/h对间歇操作

8、,每批抽真空量为:B=F (m3每天总抽气量为:Bt=Fn (m3/d式中:操作系数,通常取1518每次抽滤所需时间(hn每天操作次数真空输送料液耗真空量:通常采用间歇操作,且液体可视为不可压缩流体,故每次操作抽真空量为:B=V(-2.3lgP (m3若每天(24h操作n次,则共需抽真空量为:Bt=Vn(-2.3lgP (m3/d若每次操作时间为(h,则抽真空速率为:B1=V(-2.3lgP / (m3/h式中:V需抽真空设备容积(m3P设备内残余压强(atm抽真空时间与真空泵的选择:从初始压强Pl抽空至终压强P2时,一次操作所需的抽气时间为:t=2.3(V/Slg(P1/P2式中V需抽真空容

9、器的容积(m3S真空泵有效抽气速率(m3/h通常,抽气时间t是生产工艺决定的,由t可确定有效抽气速率的计算:S=2.3(V/tlg(P1/P2抽气速率S是真空泵的选型的重要参数。如果使用水喷射真空泵,有效抽气速率还必须与循环水的温度有关。水温低,则不凝性气体排除速率高。二、计算实例(10000t/a淀粉原料酒精厂糖化车间抽真空量计算(一蒸煮醪真空冷却器物料流程图(二蒸煮醪真空冷却器抽真空量计算首先列出真空冷却器的物料衡算式和热量衡算式:G1=G2+W (5-66G1c1t1=G2c2t2+Wi (5-67由t1=104.3,t2=63,蒸煮醪比热容c=3.63kJ/(kg.K,可计算出真空冷却

10、过程的二次蒸汽量:W1=G1c1(t1-t2/i-c2t2=15833×3.62(104.3-63/2614.8-3.62×63=992(kg/h63饱和蒸汽的比容Vg=6.743m3/kg,可计算二次蒸汽的体积: V=VgW1=6689(m3/h设循环水的初温为t3=34,终温为t4=42,则循环水量为: W2=W1(i-t4Cm/Cw(t4-t3=992(2614.8-42×4.186/4.186(42-34=72105(kg/h=72.105(m3/h(1应排除的不凝性气体量为:Ga=2.5×10-5(W1+W2+A=2.5×10-5(992+72105+0.3%×992=4.8(kg/h2.5×10-5-为水中溶解的空气量喷射器排除的空气量