第六章工艺计算

第六章工艺计算

物料衡算+热量衡算+水平衡计算

第一节物料平衡计算生产方法确定、并完成工艺流程示意图设计后，进行物料衡算。定性分析，到定量计算。目的：掌握物料衡算的方法和步骤。物料衡算：根据质量守恒定律，在发酵和提取生产中，凡引入某一系统或设备的物料重量Gm，必等于所得到的产物重量Gp与物料损失量Gt之和。

Gm=Gp+Gt适用于每一个单元操作，以及整个生产过程。一、物料衡算的意义：例：发酵液预处理

完成物料衡算，就可进行下面设计：1、确定设备的体积、台数和主要尺寸；2、水、汽、热、冷量的衡算；3、工艺流程草图的设计。意义：物料衡算材料依据：二、物料衡算的方法和步骤：物料衡算理论依据：质量守恒定律，引入系统/设备的全部物料质量==

操作后离开该系统/设备的全部物料质量和物料损失之和。1、弄清计算的目的要求。

生产设计or单项指标？2、绘出物料衡算流程示意图。

框图+线条，标出主辅物料的流量、组成、温度、压力参数。3、写出生物反应方程式。

生物转化、成盐、氢化等。物料衡算的方法和步骤：4、收集设计基础数据和有关物化常数。

生产规模、天数，原辅料和产品质量，密度、比热容。5、确定工艺指标及消耗定额。

试验确定的工艺参数、原材料消耗及其它经验数据。6、选定计算基准。

单位时间原材料量或产品量；单位重量/体积/摩尔数；一批物料量（发酵罐每批次）。7、由由已已知知数数据据，，进进行行物物料料衡衡算算。。Gm=Gp+Gt，适适用用于于整整个个过过程程或或某某一一工工序序/设备备。。8、校校核核与与整整理理计计算算结结果果，，列列出出物物料料衡衡算算表表。。确保保计计算算结结果果准准确确。。9、绘绘出出物物料料流流程程图图。。编入入设设计计文文件件。。（（并并列列出出原原料料消消耗耗综综合合表表、、排排出出物物综综合合表表））例:三、、物物料料衡衡算算的的实实例例：：例1LP生产产物物料料衡衡算算图图例27ACCA物料料衡衡算算图图例1：LP发酵酵物料料衡衡算算图图LP发酵酵液液预预处处理理物料料衡衡算算LP上柱柱/萃取取物料料衡衡算算LP精烘烘包包物料料衡衡算算例2：7ACCA物料料衡衡算算图图7ACCA物料料衡衡算算图图7ACCA物料料衡衡算算图图第二二节节能能量量平平衡衡计计算算能量量衡衡算算：对对生生产产过过程程或或设设备备的的能能量量平平衡衡进进行行定定量量计计算算，，计计算算过过程程中中供给给或移走走的能能量量。。能量量是热热能能、、电电能能、、化化学学能能、、动动能能、、辐辐射射能能的的总总称称。。化工工生生产产常常用用的的能能量量形形式式为为热热能能，，故故能能量量计计算算常常称称为为热量量计计算算。二、能量量衡衡算算的的意义义：1、得得到到能耗耗指指标标，比比较较设设计计方方案案，，选选择择先先进进水水平平，，寻寻找找存存在在问问题题。。2、衡衡算算数数据据是是设备备选选型型、确确定定尺尺寸寸的的主主要要依依据据。。3、有有利利于于组组织织管管理理，，技技术术革革新新，，降低低能能耗耗。一、、计计算算依据据：能量量守守恒恒定定律律。。三、能量量衡衡算算的的目目的的：：四、能量量衡衡算算的的方方法法和和步步骤骤：：1、可可作作为为全过过程程或单元元设设备备的热热量量衡衡算算。。2、画画出出单单元元设设备备的的物料料流流向向及及变变化化示示意意图图。标出出主主物物料料、、以以及及各各种种参参数数（（流流量量、、组组成成、、温温度度、、压压力力、、pH值等等））。。3、分分析析物物料料流流向向及及变变化化，，写写出出热热量量衡衡算算式式：：4、收收集集设设计计基基础础数数据据和和有有关关物物化化常常数数。。物料料量量、、工工艺艺条条件件、、物物性性数数据据等等。。5、选选定定计量量基基准准：：温度度基基准准：：一一般般采采用用0℃℃；物料料基基准准：：同同物物料料衡衡算算。。单位位时时间间原原材材料料量量或或产产品品量量（（连连续续生生产产））；；单单位位重重量量/体积积/摩尔尔数数的的产产品品或或原原料料；；一一批批物物料料量量（（每批批次次）。。6、进进行行具具体体的的热量量衡衡算算：：1）、、物物料料带带入入的的热热量量Q1、带带出出热热量量Q4:Q=∑GctG---物料料质质量量，，kgc---物料料比比热热容容，，kJ/(kg··K)t---物料料进进入入、、离离开开设设备备的的温温度度，，℃2）、、过过程程热热效效应应Q3:Q3=QB+QSQB---发酵酵热热/溶解解热热/结晶晶热热，，kJQS---搅拌拌热热，，kJ，通通常常：：QS=3600Pη（kJ）（P——搅拌拌功功率率，，kW；功功热热转转化化率率η=92%）3）、、加加热热设设备备耗耗热热量量Q5:Q5=Gc(t2-t1)G---设备总质质量，kgc---设备材料料比热容容，kJ/(kg··K)t1、t2---设备加热热前后的的平均温温度，℃4）、设备备向环境境散热Q6:Q6=Fat(tw-ta)τF---设备总表表面积，，m2at---壁面对空空气的联联合给热热系数，，W/(m2·℃)（空气自自然对流流：at=8+0.05tw）tw---壁面温度度，℃ta---环境空气气温度，，℃τ---操作过程程时间，，s例：一台70m3发酵罐，，装料55m3，已知发发酵过程程的发酵酵热为20935kJ/(m3·h)，拟采用用∆t=5℃℃的地下水水冷却，，通过能能量衡算算，计算算正常发发酵时冷冷却水的的用量。。C水=4.187kJ/(kg·K)解：发酵热：：Q=20935kJ/(m3·h)××55m3=1151425kJ/h循环水带带走热量量：Q=cm∆t=4.187××m×5，4.187×m×5=1151425m=55000kg/h=55t/h第三节水水平衡衡计算工业发酵酵、提取取精制，，耗水量量很大。。例：生产1t酒精，用用水量80t以上；生产1t啤酒，用用水量10t以上；生产1tD-核糖，废废水量在在1000t以上。1）掌握生生产过程程中每个个工艺过过程的需需水量，，有利于于管道的布布置施工工。2）通过需需水量的的计算，，知道每每个工艺艺过程水水的消耗耗量和全全厂的消耗量，有利于于设计的的改进，，降低水水耗。一、水平平衡计算算的意义义：类似于物物料衡算算。二、水衡衡算的方方法和步步骤：注意问题题：1）发酵主要用水水：培养养基配制制、罐温温控制消消耗冷却却水、设设备清洗洗、蒸汽汽制备。。2）提取主要用水水：树脂脂洗涤、、再生，，板框滤滤布清洗洗等。3）不同设设计，耗耗水量差差异大，，尽量循循环使用用。例1：LP发酵水衡算图图例2：7ACCA水衡算图图年产40吨美伐他他汀的发发酵/提取车间间设计发酵、提提取车间间任选其其一，进进行车间间设计。。内容包括括：项目简介介、工艺艺流程示示意图、、物料衡衡算、主主要设备备一览表表、带控控制点工工艺流程程图、车车间各楼楼层平面面布置图图，以及及洁净区区间（种种子无菌菌室或精精烘包））的平面面布置图图。开卷考题题：斜面：生生产菌为为桔青霉霉，23℃、湿度65%，培养14天。种子罐：：孢子子进罐，，搅拌，，1vvm，种龄50h。发酵：装装料系数数80%，接种量量7%，搅拌消消耗2kw/m3，0.5vvm，DO≥40%，23℃，周期10天，发酵单单位8g/L；种子配方方：葡萄萄糖4%、蛋白胨胨2.6%、二钾0.5%、硫酸镁镁0.05%。发酵配配方：葡葡萄糖6.6%、玉米浆浆3%、黄豆饼饼粉1.5%、麦芽糖糖4%、甘油4%。1、发酵已已知：种子罐、、发酵罐罐的高径径比均为为2.5:1；发酵罐可可选择体体积：20、30、35、50、55、60m3。每月可以以10、15、30批，每批批发酵液液体积可可选：16、24、28、40、44、48m3，发酵液液8g/L，提取总总收率80%。发酵已知知：2、提取已已知：提取包括括：过滤滤、萃取取、浓缩缩、结晶晶干燥。。过滤：磷酸调调pH3.5，升温至至80℃，搅拌2h，降至40℃，90m2板框压滤滤（处理理4m3/台/批），空空气吹4h至干，收收集菌渣渣（10%发酵液））。萃取：加5倍（V/M）菌渣的的乙酸乙乙酯，过过滤，萃萃取液静静置1h，弃水。。提取已知知：浓缩：刮刮板浓缩缩器蒸出出溶剂；；结