工艺计算培训 课件

第六章工艺计算

物料衡算+热量衡算+水平衡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。

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：物料衡算：根据质量守恒定律，在发酵和提取生产中，凡引入某一系例：发酵液预处理例：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：完成物料衡算，就可进行下面设计：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。物料衡算理论依据：质量守恒定律，工艺计算培训课件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：1、弄清计算的目的要求。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）。4、收集设计基础数据和有关物化常数。7、由已知数据，进行物料衡算。

Gm=Gp+Gt，适用于整个过程或某一工序/设备。8、校核与整理计算结果，列出物料衡算表。

确保计算结果准确。9、绘出物料流程图。

编入设计文件。（并列出原料消耗综合表、排出物综合表）7、由已知数据，进行物料衡算。例:例:三、物料衡算的实例：例1LP生产物料衡算图例2

7ACCA物料衡算图三、物料衡算的实例：例1LP生产物料衡算图例27ACCA例1：LP发酵物料衡算图例1：LP发酵物料衡算图LP发酵液预处理物料衡算LP发酵液预处理物料衡算LP上柱/萃取物料衡算LP上柱/萃取物料衡算LP精烘包物料衡算LP精烘包物料衡算例2：7ACCA物料衡算图例2：7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图

第二节能量平衡计算能量衡算：对生产过程或设备的能量平衡进行定量计算，计算过程中供给或移走的能量。能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工生产常用的能量形式为热能，故能量计算常称为热量计算。

第二节能量平衡计算能量衡算：对生产过程或设备的能量平衡进

二、能量衡算的意义：1、得到能耗指标，比较设计方案，选择先进水平，寻找存在问题。2、衡算数据是设备选型、确定尺寸的主要依据。3、有利于组织管理，技术革新，降低能耗。一、计算依据：能量守恒定律。二、能量衡算的意义：1、得到能耗指标，比较设计方案，选择先

三、能量衡算的目的：三、能量衡算的目的：

四、能量衡算的方法和步骤：1、可作为全过程或单元设备的热量衡算。2、画出单元设备的物料流向及变化示意图。

标出主物料、以及各种参数（流量、组成、温度、压力、pH值等）。3、分析物料流向及变化，写出热量衡算式：四、能量衡算的方法和步骤：1、可作为全过程或单元设备的热量4、收集设计基础数据和有关物化常数。

物料量、工艺条件、物性数据等。5、选定计量基准：温度基准：一般采用0℃；物料基准：同物料衡算。单位时间原材料量或产品量（连续生产）；单位重量/体积/摩尔数的产品或原料；一批物料量（每批次）。4、收集设计基础数据和有关物化常数。5、选定计量基准：6、进行具体的热量衡算：

6、进行具体的热量衡算：工艺计算培训课件

1）、物料带入的热量Q1、带出热量

Q4:

Q=∑GctG---物料质量，kgc---物料比热容，kJ/(kg·K)

t---物料进入、离开设备的温度，℃1）、物料带入的热量Q1、带出热量Q4:

2）、过程热效应Q3:

Q3=QB+QS

QB

---发酵热/溶解热/结晶热，kJ

QS

---搅拌热，kJ，通常：

QS

=3600Pη（kJ）（P—搅拌功率，kW；功热转化率η=92%）2）、过程热效应Q3:

3）、加热设备耗热量Q5:

Q5=Gc(t2-t1)G---设备总质量，kgc---设备材料比热容，kJ/(kg·K)

t1、t2

---设备加热前后的平均温度，℃3）、加热设备耗热量Q5:

4）、设备向环境散热Q6:

Q6=Fat(tw-ta)τF---设备总表面积，m2at---壁面对空气的联合给热系数，W/(m2·℃)

（空气自然对流：at=8+0.05tw）

tw

---壁面温度，℃

ta

---环境空气温度，℃

τ---操作过程时间，s4）、设备向环境散热Q6:例：

一台70m3发酵罐，装料55m3，已知发酵过程的发酵热为20935kJ/(m3·h)

，拟采用∆t=5℃的地下水冷却，通过能量衡算，计算正常发酵时冷却水的用量。C水=4.187kJ/(kg·K)

解：

发酵热：Q=20935kJ/(m3·h)×55m3=1151425kJ/h

循环水带走热量：Q=cm∆t=4.187×m×5，

4.187×m×5=1151425

m=55000kg/h=55t/h例：

一台70m3发酵罐，装料55m3，已知发酵过程的发酵热

第三节水平衡计算工业发酵、提取精制，耗水量很大。例：生产1t酒精，用水量80t以上；生产1t啤酒，用水量10t以上；生产1tD-核糖，废水量在1000t以上。

第三节水平衡计算工业发酵、提取精制，耗水量很大。1）掌握生产过程中每个工艺过程的需水量，有利于管道的布置施工。2）通过需水量的计算，知道每个工艺过程水的消耗量和全厂的消耗量，有利于设计的改进，降低水耗。一、水平衡计算的意义：1）掌握生产过程中每个工艺过程的需水量，有利于管道的布置施工类似于物料衡算。二、水衡算的方法和步骤：注意问题：1）发酵主要用水：培养基配制、罐温控制消耗冷却水、设备清洗、蒸汽制备。2）提取主要用水：树脂洗涤、再生，板框滤布清洗等。3）不同设计，耗水量差异大，尽量循环使用。类似于物料衡算。二、水衡算的方法和步骤：注意问题：例1：LP发酵水衡算图例1：LP发酵水衡算图例2：7ACCA水衡算图例2：7ACCA水衡算图工艺计算培训课件

年产40吨美伐他汀的发酵/提取车间设计

发酵、提取车间任选其一，进行车间设计。内容包括：项目简介、工艺流程示意图、物料衡算、主要设备一览表、带控制点工艺流程图、车间各楼层平面布置图，以及洁净区间（种子无菌室或精烘包）的平面布置图。开卷考题：年产40吨美伐他汀的发酵/提取车间设计发酵、提取车间任选

斜面：生产菌为桔青霉，23℃、湿度65%，培养14天。种子罐：孢子进罐，搅拌，1vvm，种龄50h。发酵：装料系数80%，接种量7%，搅拌消耗2kw/m3，0.5vvm，DO≥40%，23℃，周期10天，发酵单位8g/L；种子配方：葡萄糖4%、蛋白胨2.6%、二钾0.5%、硫酸镁0.05%。发酵配方：葡萄糖6.6%、玉米浆3%、黄豆饼粉1.5%、麦芽糖4%、甘油4%。1、发酵已知：斜面：生产菌为桔青霉，23℃、湿度65%，培养14天。1、

种子罐、发酵罐的高径比均为2.5:1；发酵罐可选择体积：20、30、35、50、55、60m3。每月可以10、15、30批，每批发酵液体积可选：16、24、28、40、44、48m3，发酵液8g/L，提取总收率80%。发酵已知：种子罐、发酵罐的高径比均为2.5:1；发酵已知：2、提取已知：提取包括：过滤、萃取、浓缩、结晶干燥。过滤：磷酸调pH3.5，升温至80℃，搅拌2h，降至40℃，90m2板框压滤（处理4m3/台/批），空气吹4h至干，收集菌渣（10%发酵液）。萃取：加5倍（V/M）菌渣的乙酸乙酯，过滤，萃取液静置1h，弃水。2、提取已知：提取包括：过滤、萃取、浓缩、结晶干燥。萃取：加提取已知：浓缩：刮板浓缩器蒸出溶剂；结晶：浓缩液降至20℃，搅拌保温8h。离心得湿粉。烘干：圆形真空干燥箱，≤-0.09MPa，50℃。分装：聚乙烯双层袋分装，20.000kg/袋，塑封，纸桶外包，入库。提取已知：浓缩：刮板浓缩器蒸出溶剂；抄袭：发现雷同，得分基础上，双方再各扣10-30分。要求与说明：上交：手写，或电子版打印。封面：格式见后页。页脚：第X页总Y页。

7项标题：第一、二、三部分…..。（各部分可以有文字说明）点评：最后两次课，部分作业上讲台讲解，现场打分。分值：共7项，3、4项各15分，5、6项各20分，1、2、7各10分。抄袭：发现雷同，得分基础上，双方再各扣10-30分。要求与说封面格式：

石家庄学院2012—2013学年第一学期《发酵工厂设计概论》期末考试试卷（开卷）题目：

1

院（系）______专业______班级______

姓名_______学号_____

得分：

老师签名：

1

日期：

年

月

日封面格式：石家庄学院2012—2013学年第一学期提取车间二楼平面布局图提取车间二楼平面布局图精烘包设计：精烘包设计：种子制备无菌室平面布局图种子制备无菌室平面布局图Theend

Theend演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！第六章工艺计算

物料衡算+热量衡算+水平衡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。

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：物料衡算：根据质量守恒定律，在发酵和提取生产中，凡引入某一系例：发酵液预处理例：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：完成物料衡算，就可进行下面设计：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。物料衡算理论依据：质量守恒定律，工艺计算培训课件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：1、弄清计算的目的要求。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）。4、收集设计基础数据和有关物化常数。7、由已知数据，进行物料衡算。

Gm=Gp+Gt，适用于整个过程或某一工序/设备。8、校核与整理计算结果，列出物料衡算表。

确保计算结果准确。9、绘出物料流程图。

编入设计文件。（并列出原料消耗综合表、排出物综合表）7、由已知数据，进行物料衡算。例:例:三、物料衡算的实例：例1LP生产物料衡算图例2

7ACCA物料衡算图三、物料衡算的实例：例1LP生产物料衡算图例27ACCA例1：LP发酵物料衡算图例1：LP发酵物料衡算图LP发酵液预处理物料衡算LP发酵液预处理物料衡算LP上柱/萃取物料衡算LP上柱/萃取物料衡算LP精烘包物料衡算LP精烘包物料衡算例2：7ACCA物料衡算图例2：7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图7ACCA物料衡算图

第二节能量平衡计算能量衡算：对生产过程或设备的能量平衡进行定量计算，计算过程中供给或移走的能量。能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工生产常用的能量形式为热能，故能量计算常称为热量计算。

第二节能量平衡计算能量衡算：对生产过程或设备的能量平衡进

二、能量衡算的意义：1、得到能耗指标，比较设计方案，选择先进水平，寻找存在问题。2、衡算数据是设备选型、确定尺寸的主要依据。3、有利于组织管理，技术革新，降低能耗。一、计算依据：能量守恒定律。二、能量衡算的意义：1、得到能耗指标，比较设计方案，选择先

三、能量衡算的目的：三、能量衡算的目的：

四、能量衡算的方法和步骤：1、可作为全过程或单元设备的热量衡算。2、画出单元设备的物料流向及变化示意图。

标出主物料、以及各种参数（流量、组成、温度、压力、pH值等）。3、分析物料流向及变化，写出热量衡算式：四、能量衡算的方法和步骤：1、可作为全过程或单元设备的热量4、收集设计基础数据和有关物化常数。

物料量、工艺条件、物性数据等。5、选定计量基准：温度基准：一般采用0℃；物料基准：同物料衡算。单位时间原材料量或产品量（连续生产）；单位重量/体积/摩尔数的产品或原料；一批物料量（每批次）。4、收集设计基础数据和有关物化常数。5、选定计量基准：6、进行具体的热量衡算：

6、进行具体的热量衡算：工艺计算培训课件

1）、物料带入的热量Q1、带出热量

Q4:

Q=∑GctG---物料质量，kgc---物料比热容，kJ/(kg·K)

t---物料进入、离开设备的温度，℃1）、物料带入的热量Q1、带出热量Q4:

2）、过程热效应Q3:

Q3=QB+QS

QB

---发酵热/溶解热/结晶热，kJ

QS

---搅拌热，kJ，通常：

QS

=3600Pη（kJ）（P—搅拌功率，kW；功热转化率η=92%）2）、过程热效应Q3:

3）、加热设备耗热量Q5:

Q5=Gc(t2-t1)G---设备总质量，kgc---设备材料比热容，kJ/(kg·K)

t1、t2

---设备加热前后的平均温度，℃3）、加热设备耗热量Q5:

4）、设备向环境散热Q6:

Q6=Fat(tw-ta)τF---设备总表面积，m2at---壁面对空气的联合给热系数，W/(m2·℃)

（空气自然对流：at=8+0.05tw）

tw

---壁面温度，℃

ta

---环境空气温度，℃

τ---操作过程时间，s4）、设备向环境散热Q6:例：

一台70m3发酵罐，装料55m3，已知发酵过程的发酵热为20935kJ/(m3·h)

，拟采用∆t=5℃的地下水冷却，通过能量衡算，计算正常发酵时冷却水的用量。C水=4.187kJ/(kg·K)

解：

发酵热：Q=20935kJ/(m3·h)×55m3=1151425kJ/h

循环水带走热量：Q=cm∆t=4.187×m×5，

4.187×m×5=1151425

m=55000kg/h=55t/h例：

一台70m3发酵罐，装料55m3，已知发酵过程的发酵热

第三节水平衡计算工业发酵、提取精制，耗水量很大。例：生产1t酒精，用水量80t以上；生产1t啤酒，用水量10t以上；生产1tD-核糖，废水量在1000t以上。

第三节水平衡计算工业发酵、提取精制，耗水量很大。1）掌握生产过程中每个工艺过程的需水量，有利于管道的布置施工。2）通过需水量的计算，知道每个工艺过程水的消耗量和全厂的消耗量，有利于设计的改进，降低水耗。一、水平衡计算的意义：1）掌握生产过程中每个工艺过程的需水量，有利于管道的布置施工类似于物料衡算。二、水衡算的方法和步骤：注意问题：1）发酵主要用水：培养基配制、罐温控制消耗冷却水、设备清洗、蒸汽制备。2）提取主要用水：树脂洗涤、再生，板框滤布清洗等。3）不同设计，耗水量差异大，尽量循环使用。类似于物料衡算。二、水衡算的方法和步骤：注意问题：例1：LP发酵水衡算图例1：LP发酵水衡算图例2：7ACCA水衡算图例2：7ACCA水衡算图工艺计算培训课件

年产40吨美伐他汀的发酵/提取车间设计

发酵、提取车间任选其一，进行车间设计。内容包括：项目简介、工艺流程示意图、物料衡算、主要设备一览表、带控制点工艺流程图、车间各楼层平面布置图，以及洁净区间（种子无菌室或精烘包）的平面布置图。开卷考题：年产40吨美伐他汀的发酵/提取车间设计发酵、提取车间任选

斜面：生产菌为桔青霉，23℃、湿度65%，培养14天。种子罐：孢子进罐，搅拌，1vvm，种龄50h。发酵：装料系数80%，接种量7%，搅拌消耗2kw/m3，0.5vvm，DO≥40%，23℃，周期10天，发酵单位8g/L；种子配方：葡萄糖4%、蛋白胨2.6%、二钾0.5%、硫酸镁0.05%。发酵配方：葡萄糖6.6%、玉米浆3%、黄豆饼粉1.5%、麦芽糖4%、甘油4%。1、发酵已知：斜面：生产菌为桔青霉，23℃、湿度65%，培养14天。1、

种子罐、发酵罐的高径比均为2.5:1；发酵罐可选择体积：20、30、35、50、55、60m3。每月可以10、15、30批，每批发酵液体积可选：16、24、28、40、44、48m3，发酵液8g/L，提取总收率80%。发酵已知：种子罐、发酵罐的高径比均为2