第四章工艺计算3.pptVIP

第四节　耗冷量计算 （一）耗冷量计算的意义 现代发酵工厂通常都有制冷系统。无论是菌种培养、发酵、产品提取精制等过程，都可能要求在室温以下的温度进行。例如啤酒生产中，主发酵温度为6－10℃，过冷和后发酵在－1℃左右，大麦发芽适宜温度为12－16℃。许多生物活性物质。如：酶、乙肝疫苗、干扰素以及一些低温度下进行操作等等。 通过耗冷量的计算，结合冷冻工艺要求，选定制冷系统类型、规格，进而完成制冷系统设计. （二）耗冷量计算的方法和步骤P87 发酵工厂耗冷量分为 工艺耗冷量Qt:包含了发酵培养基和发酵罐体的冷却降温耗冷Q1，生物反应放热（发酵热）Q2的除去等、种子培养耗冷量Q3和工艺无菌水冷却耗冷量Q4等 非工艺耗冷量Qnt:包括用电设备运转放热耗冷量Q5、维护结构耗冷量Q6、低温设备管道冷量散失Q7等。 工艺耗冷量 培养基和发酵罐体冷却至操作温度 Q1 Q1=(mMcM+mRcR)(t1-t2)/τ 发酵热Q2 通气发酵过程热量计算：三种方法 1冷却水 2发酵液温度升高 3生物合成热 Q2=Qb+Qst-Qε Qb=α*15651+β*4953 (呼吸和发酵发热） Qst=3600ηPst （搅拌产热） Qε=0.2*Qb （排气带走热焓） 2.厌氧发酵Q2=613.6/kg(麦芽糖） 非工艺耗冷量Qnt 照明及用电设备Q5 Q5=q1*A+3600ηPε+q2*A+q3*n 围护结构耗冷量Q6 Q6=∑KiAi(ta-t)+K*A*△t 低温设备管道冷量散失Q7 Q7=KF △t 二、计算实例（10万t/a啤酒厂发酵车间耗冷量计算） 我国应用最普通的锥形罐发酵工艺。 （一）发酵工艺流程示意图 （二）工艺技术指标及基础数据 （三）工艺耗冷量Qt （四）非工艺耗冷量Qnt （一）发酵工艺流程示意图 94℃热麦汁→冷麦汁(6℃)→锥形罐发酵 →过冷却至-1℃→贮酒→过滤→清酒罐 （二）工艺技术指标及基础数据 （三）工艺耗冷量Qt 1、麦汁冷却耗冷量Q1 2、发酵耗冷量Q2 3、酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3 4、酵母培养耗冷量Q4 1、麦汁冷却耗冷量Q1 物料衡算表4-7P69，每糖化一次得热麦汁85040L，相应的麦汁密度为1048kg/m3，故麦汁耗冷量为： Q1＝GC（t1-t2）/τ =85.040×1O48 × 4.0×（94－6）/1 ＝31.37×106（kJ/h） 式中：t1和t2——分别为麦汁冷却前后温度（℃） τ ——冷却操作过程时间（h） 根据设计结果，每个锥形发酵罐装4锅麦汁，则麦汁冷却量为： Qf＝4Q1＝4×31.37×106 ＝125.48×106（kJ） 2、发酵耗冷量Q2 （1）发酵期间发酵放热Q′2 （2）发酵后期发酵液降温耗冷Q′′2 （3）发酵总耗冷量Q2 3、酵母洗涤用冷无菌水冷却的耗冷量Q3 主发酵结束时要排放部分酵母，经洗涤活化后重复用于新麦汁的发酵，一般可重复使用5－7次。设湿酵母添加量为麦汁量的1.0％，且使用1℃的无菌水洗涤，洗涤无菌水量为酵母量的3倍。冷却前无菌水温为30℃，用-8℃的酒精液作冷却介质。无菌水用量为： m′w＝82480×6×1.0％×3 ＝14846（kg/d） 82480——糖化一次的冷麦汁量（kg） 每班无菌水用量：mw＝m′w/3＝14846/3＝4948.8（kg/班） 假定无菌水冷却操作在2h内完成，则无菌水冷却耗冷量为： Q3＝mwCm（tw-t′w）/t ＝4948.8×4.18×（30－1）/2 ＝299947（kJ/h） 每罐用于酵母洗涤的耗冷量为： Q′3=GwCm（tw-t′w）/1.5 ＝4948.8×4.18 × （30－1）/ 1.5 ＝399929（kJ） 式中：1.5——每班装罐1.5罐。 4、酵母培养耗冷量Q4 5、发酵车间工艺耗冷量Qt （四）非工艺耗冷量Qnt 发酵罐外壁、运转机械、围护结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成非工艺耗冷量。 1、露天锥形罐冷量散失Q5 2、清酒罐、过滤机及管道等散失冷量Q6 1、露天锥形罐冷量散失Q5 根据经验，年产10万吨啤酒厂露天锥形罐的冷量散失在13000－30000kJ/t啤酒之间，若在南方亚热带地区设厂，可取高值。故旺季每天耗冷量为： Q′5＝mb×30000＝494.9×1.012×30000 ＝15.0×106（kJ/d） 式中：mb――旺季成品啤酒日产量（t） 若白天日晒高峰耗冷为平均每小时耗冷量的2倍，则高峰耗冷量为： Q5＝2Q′5/24＝ 1.25