生产工艺基本计算

1 目目 录录 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 2 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 3 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 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广东丹宝利酵母公司和广东梅山 一马利酵母公司 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 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 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 Saccharomyces cere 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 4 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 brewing Compre 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 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 5 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 6 生产工艺基本计算生产工艺基本计算 设计依据 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 5 一级种子罐接种量 2 商品干酵母含水量 5 发酵液干酵母含量 60g L 发酵周期 28 小时 活性干酵母含水量 5 1 工艺计算工艺计算 一 发酵罐容积 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 7 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 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 5 g 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 25 g 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 8 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 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 330 1000 发酵罐耗糖 以每天消耗的葡萄糖计算 量 公式 Wg Cx 98 Y SX FP 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 38 0 91 0 1 9 7 03t 1 废糖蜜的消耗量 W糖蜜 7 03 51 80 9 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 W m 17 23 1 0 17t 3 发酵罐耗氮 NH4 2SO4 量 公式 W N P C N 1 0 0 07 F F N C X 式中 W N 培养酵母每天所需氮量 C N 酵母干固物含氮量 C N 7 5 F N 种子酵母干固物含氮量 F N 8 5 W m 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 W N M 0 99t 214 13221 0 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 5 m3发酵醪消耗 Na2CO3摩尔数 0 001 505mol 1 0 1000 5 50 10 其质量为 106 505 53 53Kg 5 发酵罐耗磷量 KH2PO4以 P2O5计 公式 W p P C p C X 1 0 0 3 F F p C X 式中 W p 每天培养酵母所需的 P2O5量 C p 酵母干固物 P2O5含量 C p 3 F p 种子酵母干固物 P2O5含量 F p 3 2 则 W p 9 1 0 03 0 32 1 0 0 3 0 91 0 032 0 32 0 104t W KH2PO4 0 12t 142 2136104 0 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 四 热量衡算 热量衡算 1 糖液灭菌耗汽量 糖液灭菌耗汽量 蒸汽压力 0 2MPa 温度 126 查表知 此时冷凝热 11 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 M糖液 Cp t2 t1 m蒸汽 1 0 77t h 2195 20110 187 4 47 4 2 空罐灭菌 空罐灭菌 查表知 水蒸气密度 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 V 1 296 100 3 10 401 8Kg d 3 冷却用水 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 3 10 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 tm 12 3 2 1 21 tT tTm tTtT 2634 1634 2634 1634 m 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 tmK Q 总 3 12800186 4 1582200 冷却水量 W 37851Kg h 0 010514 m3 s 12 ttC Q p 总 1626 18 4 27106 58 取冷却水流速 3m s 则冷却管截面积 S 0 00355 m2 V W 3 010514 0 冷却管内径 d 6cm 选无缝钢管 65 3 12 冷却管长度 L 188m d A 065 0 4 38 五 五 种子罐的计算 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 25 10200 3 取填充系数为 80 则种子罐容积 8 0 8 10 m3 取 10 4 2 2H D DH 8 1 4 d mH 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 25 1010 3 取装料系数为 80 则容积 0 4 0 8 0 5m3 500L 取 5 0 4 2 2H D DH mH mD 1 1 60 0 种子罐规格表种子罐规格表 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 700400300 3500 55 0 1 400800 500 300 350 0 75 1 1 0 2 500 1000 600280 340 0 75 1 5 0 3 550 1200 650 280 340 1 1 1 5 0 5600 1650700 280 320 1 5 2 2 0 8 8001600900 200 280 2 2 5 5 1 08001900900200 280 2 2 5 5 1 2 900 1800 1000200 280 3 7 5 1 59002200 1000 200 280 3 7 5 2 0 100025001100200 260 0 4 11 13 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 六 总过滤器工艺设计 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 P LC lg L f m d V 2 2 1 2 N N K 其中 8 df 14 m 查表得 20 时 空气密度 1 205Kg m3 30 时 空气粘度 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 K 1 求滤层厚度 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 K N N lg 1 2 2 8 3 25 0 1026 7 10 lg 取 L 52cm 2 求压力损失 求压力损失 c 52 Re V 0 16 Vd f 52 1 s V 81 15 0 3 0120026001300 200 260 5 5 11 4 013003000 1400200 220 7 5 15 5 0140032001500 180 220 7 5 18 5 14 m 1 45 P LC L f m d V 2 2 Vd f 52 f m d V 2 2 2 104 f m d VL 6585Pa 26 45 1 6 1014 08 0 16 0 10 6 1852 0 104 3 过滤器直径 过滤器直径 进入过滤器中的空气压力为 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 49 m3 s 0 0 TP TP 滤 滤 20273 1001 1 317 2 30273 98070 5 d2 Vs V滤 d2 0 15 0 49 4 4 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 100 m3 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 七 酵母干燥 酵母干燥 15 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 30 970 14040 7020 35ZDS10 60 75 2 ZLG0 30 4 51 3570 14040 7035 50ZDS10 60 75 2 ZLG0 45 4 52 02570 14040 7050 70ZDS10 61 1 2 2ZLG0 60 4 52 770 14040 7070 80ZDS10 61 1 2 ZLG0 45 62 770 14040 7080 100ZDS10 61 1 2 ZLG0 6 63 670 14040 70100 130ZDS25 61 5 2 ZLG0 75 64 570 14040 70120 170ZDS25 61 5 2 ZL