谷氨酸发酵车间的物料衡算讲解学习

物料衡算
质量守恒定律是自然界的普通规律，物料的平衡与计算 是这一规律在化工计算中的具体应用。 在工艺设计中，流程设计和物料衡算是最先开展的项目， 在流程设计初步定型后，就需进行物料衡算来确定各种原料、 中间产品及产物的数量。 根据物料衡算的结果，才能计算各个设备的尺寸和公用 工程物料的需求量，从而完成流程设计的定量工作。 可以说物料衡算是能量衡算及其它工艺计算和设备计算 的基础。
1、画出流程示意图：
将过程的物料名称、数量、组成及流向，待求的未知 数等标明在图上，以便分析。
2、写出主、副化学反应式：Fra bibliotek3、确定计算任务： 4、收集数据资料：生产规模、产率、收率、生产时间、 消耗定额、转化率、有关的物理化学常数等。 5.展开计算
物料衡算也可以用体系中某一组分建立物料平衡式，对 于稳态连续过程，其表达式为：
= P ＊Xp +W ＊Xw 式中：F为体系进料量；P，W为体系两个出料部位排出的量； Xf, Xp, Xw分别为F，P，W中同一组分的物质的量的分数
F＊X
f
在建立组分物料平衡方程式时，在同一个物流中各组分 的物质的量的分数之和等于1。 即： ∑Xf I = 1
上图中的体系可以是一个换热器、一个反应器、一个 车间或整个工厂
2、物料平衡方程式
物料平衡是研究一个体系内质量流动及变化情况的，用 数学表达式描述物料平衡关系则为物料平衡方程式：
∑F = ∑D+A
式中：F为体系进料量， D为体系出料量 A为体系中物料的积累量 这种物料平衡式是以物料总量的平衡建立的称为总物料平衡式。
物料衡算的基本方法和步骤
一、物料衡算的基本概念及物料平衡方程式： 1、物料衡算的基本概念： 首先应了解体系与环境的概念 所谓体系是为了分析一个过程，人为划定一个过程的全 部或一部分作为一个完整的研究对象，这个划定的区域就 称为体系。 体系以外的区域称为环境。体系与环境之间的分界线则 称为边界。 进行物料衡算时，对于过程的体系、环境及其边界可用 图形或线条加以表示。如下图：

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二、10万t／a谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计任务书
1、完成10万t／a谷氨酸工厂发酵车间工艺流程的设计
2、对主要设备(重点为发酵罐)进行设计与选型
3、对谷氨酸生产的发酵车间进行物料衡算
4、对结果进行评价
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三、可行性分析ห้องสมุดไป่ตู้
1、工艺简炼。在用粮食制谷氨酸的工艺中，第一步是用水解糖(糖化酶)把粮食中的淀粉(长链葡萄糖)变成单个的葡萄糖;第二步是用酵母菌再把葡萄糖变成谷氨酸和母液。其中第一步是相当复杂的。而果谷氨酸创造技术是将淀粉中的糖加之菌种发酵，即可变成谷氨酸，省去了艰难的第一步。
(三)、采取必要措施：
1)合理利用原材料
2)采用新工艺，新技术，提高技术水平
3)生产设备大型化，自动化，关键设备先进化
4)加强废水处理和综合利用，提高环境效益
5)深化改革，降低生产成本，参预国际市场竞争
6)跳出单一产品模式，开辟多品种，提高企业抗风险能力
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(四)今后发展方向：
今后的发展方向是采用诱变、细胞工程、基因工程的手段选育出从遗传角度解除了反馈调节和遗传性稳定的更理想的菌种以提高产酸率；采用过程控制检测调节与自控，逐步使用现代化的电子仪表，电子计算机控制，加强科学管理，完善受控参数，进行最佳化控制，连续化、自动化、稳产高产；在工艺设备上进一步探求新工艺、新设备，以提高产率和受的率；继续研究微生物生理生化遗传变异和发酵机制等外问题，以更好地控制谷氨酸的发酵。
(二)、目前生产存在问题及对策(谷氨酸)
随着经济的发展和技术水平的不断提高，我国的谷氨酸生产水平也有相应的提高。但与国际先进生产水平相比，还存在着以下问题:
1)规模小，操作费和设备费用高
2)技术水平低

（二 零 一 四 年 六 月本科毕业设计说明书学校代码： 10128 学 号： 201020513011题 目：120k t /a 谷氨酸钠车间发酵工段工艺设计 学生姓名： 学 院：化工学院 系 别：食品与生物工程系 专 业：生物工程 班 级：10-2班 指导教师：摘要本设计为12万吨谷氨酸钠车间发酵工段工艺设计，根据谷氨酸钠的物理化学以及各种特性对其分析，选择合适的工艺流程，进行物料衡算，热量衡算，设备选型，在设计中物料衡算是一个很重要的环节，它是根据质量守恒定律进入任何过程的物料质量，必须等于从该过程离开的物料质量与积存于该过程中的物料质量之和，根据物料衡算计算出整个生产过程中需要的物料量和排出的物质的质量，设计中的热量衡算是根据热量守恒定律计算出每个工段的热量消耗，本次发酵设计中只计算出发酵工段的耗蒸汽量和冷却用水量，然后根据物料衡算跟热量衡算选取发酵过程中所用发酵罐，种子罐，空气过滤器等各种设备的大小，型号，规格以及数量。

根据味精发酵工业生产手册查找数据和各种中英文文献设计完成本次设计。

关键词：味精发酵，工艺计算，设备选型AbstractThe design for the 120,000 tons of monosodium glutamate fermentation workshop section process design, based on the physical chemical properties of sodium glutamate, and a variety of its analysis, select the appropriate process, for material balance, heat balance, equipment selection in the design of the material balance can be considered a very important aspect, which is based on the law of conservation of mass access to any process of quality materials, must be equal to the quality of material left from the process and the quality of the accumulation of material in the process and, according to the material balance calculating calculates the amount of material needed in the production process and the quality of the discharged material, design heat balance be calculated in accordance with the law of conservation of heat in each section of the calories consumed, the fermentation designed only to calculate the amount of steam consumption of fermented section and cooling water, and then based on material balance with the heat balance in the fermentation process used to select the size of the fermentation tanks, seed pots, air filters and other equipment, models, specifications and quantity. Find a variety of English literature data and the completion of the design according to the design of monosodium glutamate fermentation of industrial production manual.Key word:Monosodium glutamate fermentation ,Process calculation ,Equipment selection目录第一章文献综述 (1)1.1 谷氨酸概述 (1)1.2 谷氨酸理化性质 (1)1.2.1 物理性质 (1)1.2.2 化学性质 (2)1.3 谷氨酸的生物合成途径 (2)1.4 发酵法生产谷氨酸 (3)1.4.1 谷氨酸发酵原理 (3)1.4.2 谷氨酸发酵工艺 (4)1.5 谷氨酸的提取 (6)第二章物料衡算 (7)2.1 生产要求 (7)2.2 总物料平衡的计算 (7)2.2.1 生产能力 (7)2.2.2 计算指标（以淀粉质为原料） (8)2.2.3 物料衡算（以单位1t的玉米计算） (8)2.2.4 总物料衡算结果 (10)2.3 糖化工段物料衡算 (10)2.3.1 淀粉浆量及加水量 (10)2.3.2 液化酶量 (11)量 (11)2.3.3 CaCl22.3.4 糖化酶量 (11)2.3.5 糖液产量 (11)2.3.6 过滤糖渣量 (11)2.3.7 生产过程进入的蒸汽冷凝水及洗水量 (12)2.3.8 衡算结果汇总 (12)2.4 发酵工段物料平衡计算 (12)2.4.1 发酵培养基和用糖量 (12)2.4.2 发酵配料 (13)2.4.3 配料用水 (14)2.4.4 接种量 (14)2.4.5 连续灭菌过程进入的蒸汽及补水量 (14)2.4.6 加消泡剂量 (14)2.4.7 发酵生化反应过程所产生的水分 (14)2.4.8 发酵液的质量 (15)2.4.9 发酵过程从排风带走的水分 (15)2.4.10 发酵过程化验取样、放罐残留及其他损失 (16)2.4.11 发酵终止时的质量 (16)2.4.12 衡算结果汇总 (16)2.5 中和等电工段物料衡算 (17)2.5.1 发酵液数量 (18)2.5.2 高流量 (18)2.5.3 硫酸用量 (18)2.5.4 等电液数量 (18)2.5.5 谷氨酸产量 (18)2.5.6 加水量 (18)2.5.7 洗水量 (18)2.5.8 母液（上清液）数量 (19)2.5.9 物料衡算汇总 (19)2.6 离交工段物料衡算 (19)2.6.1 母液调pH用硫酸量 (20)2.6.2 母液数量 (20)2.6.3 调高流用硫酸量 (20)2.6.4 洗脱液用99%液氨数量 (20)2.6.5 高流量 (20)2.6.6 排出废液量 (20)2.6.7 配洗脱液用水量 (20)2.6.8 物料衡算汇总 (21)2.7 中和脱色工段物料衡算 (21)2.7.1 谷氨酸数量 (21)2.7.2 离子膜碱用量 (21)2.7.3 粉末活性炭用量 (22)2.7.4 中和脱色液数量 (22)2.7.5 废碳渣数量 (22)2.7.6 用水量 (22)2.7.7 物料衡算汇总 (23)2.8 精制（结晶）工段物料衡算 (23)2.8.1 中和脱色液数量 (23)2.8.2 产MSG量 (23)2.8.3 产母液量 (23)2.8.4 蒸发结晶过程加水 (24)2.8.5 MSG分离调水洗水量 (24)2.8.6 结晶过程蒸发水分 (24)2.8.7 物料衡算汇总 (24)第三章热量衡算 (25)3.1 连续灭菌、发酵工段热量衡算 (25)3.1.1 培养液连续灭菌用蒸汽量 (25)3.1.2 培养液冷却用水量 (26)3.1.3 发酵罐空罐灭菌蒸汽用量 (26)3.1.4 发酵过程产生的热量及冷却用水量 (28)第四章设备选型 (29)4.1 发酵罐 (29)4.2 种子罐 (39)4.3 空气分过滤器 (46)4.4 味精厂发酵车间设备一览表 (47)参考文献 (48)致谢 (49)第一章文献综述1.1 谷氨酸概述谷氨酸一种酸性氨基酸。

第三章物料衡算第一节概述一、物料衡算的作用和任务物料衡算是医药工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算计算，可以得到的单耗(生产1Kg产品所需要消耗的原料的Kg数)、副产品量以及输出过程中物料损耗量以及“三废”生成量等，使设计由定性转向定量。

在制药过程中经常遇到有关物料的各种数量和质量指标，如“量”(产量、流量、消耗量、排出量、投料量、损失量、循环量等)；“度”(纯度、浓度、分离度等)，“比”(配料比、循环比、固液比、气液比、回流比等)；“率”(转化率、单程收率、产率、回收率、利用率等)等。

这些量都与物料衡算有关，都影响到实际上的物料平衡。

因此，物料衡算是制药生产(及设计)的基本依据，是衡量制药生产(以及任何生产)经济效果的基础，对改进生产和指导设计具有重大意义。

二、物料衡算的类型在医药生产中，我们按照物质的变化过程来分，可以将物料衡算分为两类：一类是物理过程的物料衡算，即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生的只是相态和浓度的变化，这类物理过程在医药工业中主要体现在混合过程和分离过程。

如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。

图3-1盐酸林可霉素结晶过程物料衡算另一类是化学过程的物料衡算，即由于化学反应，原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。

在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决(如非那西丁酰化反应见图3-2)。

同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。

图3-2非那西丁酰化工段物料衡算此外，物料衡算还可以按照操作方式的不同，可以分为两类：一类是连续操作。

如生产枸橼酸铋钾的喷雾干燥操作，需要向干燥器中输送具有一定速度、湿度和温度的空气，同时湿物料从反方向以速度通过干燥器，尽管物料在干燥器中不断被加热，所处的状态在不断改变，但对某一具体部位而言，其所处的状态是不随时间的改变而改变的。