生產(chǎn)工藝基本計(jì)算

1、目 錄前言3主要工藝參數(shù)的選擇6一、工藝計(jì)算6一、發(fā)酵罐容積 6二、菌種及發(fā)酵車間設(shè)計(jì) 71、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)流程 72、流加培養(yǎng)流程 7三、物料計(jì)算 81、發(fā)酵罐耗糖 82、發(fā)酵罐耗玉米漿量 83、發(fā)酵罐耗氮NH42SO4量94、發(fā)酵罐耗堿液量 95、發(fā)酵罐耗磷量(KH2PO4以P2O5計(jì))96、二級(jí)種子罐耗糖量107、種子培養(yǎng)消耗的計(jì)算10四、熱量衡算101、糖液滅菌耗汽量112、空罐滅菌113、冷卻用水11五、種子罐計(jì)算11 (六、二級(jí)種子罐的過濾器計(jì)算13171、求濾層厚度132、求壓力降133、求分濾器的直徑144、總過濾器工藝設(shè)計(jì)15七、酵母枯燥16 二、設(shè)備選型 16三、設(shè)計(jì)心得 1

2、6 前言 我國的酵母工業(yè)化生產(chǎn)始于1922 年，由上海大華利衛(wèi)生食料廠首家生產(chǎn)壓榨面包酵母，至今已有80 多年的歷史。一高活性干酵母產(chǎn)業(yè)我國活性干酵母的研究和開發(fā)始于20 世紀(jì)70 年代。1974 年上海酵母廠首先試制和生產(chǎn)了面包活性干酵母，改革開放的國策那么大大加快了高活性酵母產(chǎn)業(yè)的開展速度。20 世紀(jì)80 年代中期，廣東率先引進(jìn)了國外先進(jìn)的高活性干酵母的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，建成了兩家大型的具有當(dāng)代國際先進(jìn)水平的高活性干酵母生產(chǎn)企業(yè)，即廣東丹寶利酵母公司和廣東梅山一馬利酵母公司。目前，我國生產(chǎn)高活性干酵母的國有企業(yè)主要有湖北安琪酵母公司、廣東丹寶利酵母公司，中澳合資的梅山一馬利酵母公司和哈爾濱一

3、馬利酵母公司等數(shù)家。二食用酵母抽提物生產(chǎn)從20 世紀(jì)70 年代起，我國多家研究機(jī)構(gòu)就開始研究和開發(fā)利用活性酵母生產(chǎn)食用酵母抽提物，作為食用營養(yǎng)調(diào)味品。由于我國的飲食習(xí)慣和消費(fèi)結(jié)構(gòu)與歐美國家不同，鮮味劑以味精為主，味精在我國鮮味劑市場(chǎng)上占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位。酵母抽提物產(chǎn)品作為食用調(diào)味品不僅具有鮮味，同時(shí)因含有20 余種氨基酸和膚類物質(zhì)，因而具有營養(yǎng)價(jià)值高，味道醇厚、抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)。目前，酵母抽提物主要應(yīng)用在加工食品行業(yè)。三活性酵母產(chǎn)品目前，我國市場(chǎng)上商品活性酵母的主要品種有以下幾類。1面包酵母是指以糖蜜、淀粉質(zhì)原料，經(jīng)發(fā)酵法通風(fēng)培養(yǎng)的釀酒酵母Saccharomyces cere - visia ，

4、制得的有發(fā)酵活性的用于發(fā)面的面包酵母。根據(jù)其生產(chǎn)工藝、活性上下和含水分的不同又分為: ( l )鮮酵母產(chǎn)品具有強(qiáng)的發(fā)酵活性，由新鮮酵母菌體所組成的塊狀產(chǎn)品，含水分70 一73 % ，俗稱壓榨酵母Compressed yeast 。 2 )活性干酵母該類產(chǎn)品是將具有強(qiáng)壯發(fā)酵活性的鮮酵母，經(jīng)過低溫脫水后制成的有發(fā)酵活性的干酵母菌體，產(chǎn)品呈顆粒狀，含水分為7.0一8. 5 。( 3 高活性干酵母該產(chǎn)品是將鮮酵母經(jīng)過低溫脫水后制得的具有高活性的干酵母菌體，活性大大高于普通的活性干酵母，且發(fā)酵速度快，溶解性能好。產(chǎn)品呈細(xì)小顆粒狀，含水分為5.0 一6.0 % ，采用真空包裝。 2釀酒活性干酵母該產(chǎn)品是以

5、糖蜜、淀粉質(zhì)原料，發(fā)酵通風(fēng)培養(yǎng)得到的釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae、葡萄汁酵母S. uvarum、貝酵母S. bayanus 等制得的有發(fā)酵產(chǎn)生酒精能力的活性干酵母菌體。根據(jù)酵母生產(chǎn)工藝和用戶的不同要求，主要有兩種商品: ( 1 釀酒鮮酵母產(chǎn)品具有強(qiáng)的發(fā)酵酒精活性的酵母菌體，其產(chǎn)品含水分71 一73 % ，俗稱釀酒鮮酵母brewing Compre 、sed yeast 。( 2 釀酒高活性干酵母將釀酒鮮酵母經(jīng)過脫水枯燥制得的高活性干酵母菌體，它可以用于糖類或淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精。它具有發(fā)酵速度快，出酒率高，含水分低，保存期長(zhǎng)的特點(diǎn)。四我國主要的酵母生產(chǎn)企業(yè)1湖北安

6、琪酵母股份公司該公司于1989 年建成投人生產(chǎn)，目前是我國生產(chǎn)高活性干酵母產(chǎn)量最大、品種最多、國內(nèi)市場(chǎng)占有率30 以上最高的企業(yè)，也是亞洲最大的酵母生產(chǎn)企業(yè)公司的主要產(chǎn)品有：面包、白酒、黃酒、酒精、葡萄酒等高活性干酵母；酵母味素酵母抽提物；營養(yǎng)酵母；生物飼料添加劑等系列產(chǎn)品。安琪酵母股份公司于1993 年初開始酵母抽提物的研究工作，與中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院共同承當(dāng)了“九五科技攻關(guān)工程“酵母味素的開發(fā)。1997 年，公司建成了年產(chǎn)IO00t 酵母抽提物生產(chǎn)線，生產(chǎn)出高質(zhì)量的酵母抽提物。2003 年，該公司又建成了國內(nèi)最大的酵母抽提物生產(chǎn)線年產(chǎn)5OO0t 酵母抽提物生產(chǎn)線，引進(jìn)歐洲的工藝技術(shù)和關(guān)鍵

7、設(shè)備，產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)可到達(dá)歐盟的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，能滿足出口的各種要求。 2廣東丹寶利酵母公司該公司建于20 世紀(jì)80 年代，是我國最早生產(chǎn)高活性面包酵母的廠家，投產(chǎn)時(shí)年產(chǎn)2000t 高活性干酵母。該公司全套引進(jìn)歐洲先進(jìn)的酵母生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，生產(chǎn)高質(zhì)量的面包高活性干酵母。3梅山-馬利酵母該公司是國內(nèi)首家中外合資的高活性干酵母生產(chǎn)企業(yè)，1985 年建成投人生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)2000t 面包用高活性干酵母。目前，該合資企業(yè)已在黑龍江、吉林、河北和山東等地建設(shè)了5-6 家合資酵母生產(chǎn)廠，在國內(nèi)總的生產(chǎn)能力約6000t 以上。 五活性酵母市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)與研發(fā)方向隨著我國活性酵母市場(chǎng)的擴(kuò)大，除了國內(nèi)活性酵母生產(chǎn)

8、企業(yè)的產(chǎn)品，如丹寶利、梅山、安琪等品牌的高活性干酵母大量在國內(nèi)市場(chǎng)銷售外，國外的酵母產(chǎn)品也先后進(jìn)人中國市場(chǎng)，如法國、澳大利亞、土耳其、美國、英國等；另一方面，國內(nèi)幾家較大規(guī)模的企業(yè)也大力拓展國外市場(chǎng)。因此，活性酵母產(chǎn)品在國內(nèi)、國際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)非常劇烈。但是從總體來看，我國高活性干酵母的出口量大于進(jìn)口量。目前，活性酵母企業(yè)正在加強(qiáng)技術(shù)開發(fā)，如研究開發(fā)和儲(chǔ)藏新的生產(chǎn)用高活性酵母菌種；開發(fā)行業(yè)清潔生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境的新技術(shù)；大力拓展國內(nèi)外市場(chǎng)；因地制宜進(jìn)行環(huán)保治理，使廢物的排放到達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)等，這些措施都為產(chǎn)業(yè)的持續(xù)開展奠定了根底。目前，活性酵母的國際市場(chǎng)具有較大的潛力，尤其是非洲、南美洲、伊斯蘭等國家

9、都有很大的開展空間。在對(duì)環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天活性干酵母工業(yè)中，回收酒精應(yīng)當(dāng)作為一項(xiàng)研發(fā)方向在有規(guī)定的素質(zhì)要求，額定的消耗標(biāo)準(zhǔn)，法定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)條件下，調(diào)和產(chǎn)品的矛盾要求，并且產(chǎn)品合于保健衛(wèi)生，那么人們還該做許多工作才能過關(guān)，這應(yīng)當(dāng)是未來的研究開發(fā)方向。 生產(chǎn)工藝根本計(jì)算設(shè)計(jì)依據(jù)：1產(chǎn)品：鮮酵母、活性干酵母2主要生產(chǎn)原料:葡萄糖廢糖蜜(含總糖量51%)主要工藝參數(shù)的選擇和計(jì)算：商品酵母發(fā)酵周期28小時(shí)接種量10%一代酵母接種量：10%二級(jí)種子罐接種量：5%一級(jí)種子罐接種量：2%商品干酵母含水量：5%發(fā)酵液干酵母含量：60g/L發(fā)酵周期：28小時(shí)活性干酵母含水量：5%1、 工藝計(jì)算 一發(fā)酵罐容積

10、干酵母：1000÷330÷0.06=50.5m3 鮮酵母：50.5×3=151.5m3 發(fā)酵罐的填充系數(shù)為0.6 初步設(shè)定罐內(nèi)冷卻水盤管體積為15% 總?cè)莘e：V×10.15=151.5÷0.6 V=297.05m3。設(shè)計(jì)每24小時(shí)出一罐料，考慮到應(yīng)有一個(gè)罐與之輪流工作，以便該罐進(jìn)行出料、刷洗、消毒等。故設(shè)計(jì)三個(gè)個(gè)發(fā)酵罐。那么每個(gè)發(fā)酵罐的體積是：297.05÷3=99.02m3 取每個(gè)發(fā)酵罐體積100m3。有課本281表25可知發(fā)酵罐尺寸. 二菌種擴(kuò)大培養(yǎng)流程卡氏罐級(jí)種子罐二級(jí)種子罐發(fā)酵罐種子罐培養(yǎng)基：葡萄糖液、培養(yǎng)基同時(shí)補(bǔ)充N、P、M

11、g等無機(jī)鹽及生物素，其中可發(fā)酵性糖含量為50-70g/L，氮含量為1.5 g/L左右,P2O5含量為0.5g/L左右培養(yǎng)條件：33通風(fēng)情況：開始時(shí)不通風(fēng)，當(dāng)發(fā)酵罐開始自然升溫時(shí)，微量通風(fēng)培養(yǎng)時(shí)間：28小時(shí)左右級(jí)間接種量：一級(jí)2%，二級(jí)5%3 酵母收獲量：車間純種培養(yǎng)，由于采用了微量通風(fēng)，其酵母產(chǎn)率比靜止培養(yǎng)時(shí)高。考慮到在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期接種，一般當(dāng)酵母種子達(dá)25 g/L左右時(shí)，即接入下一級(jí)發(fā)酵培養(yǎng)。流加培養(yǎng)流程間歇培養(yǎng)種子 一代酵母 別離洗滌 商品酵母二代該流程每十罐進(jìn)行一次純種培養(yǎng)，種子僅冷藏幾天，污染時(shí)機(jī)少，產(chǎn)品質(zhì)量較高。1接種量:一代酵母接種量5%,二代10%2培養(yǎng)時(shí)間：一代28小時(shí)，二代23

12、小時(shí)3發(fā)酵溫度:335壓力：常壓三物料計(jì)算二代商品酵母接種量10%年工作330天，每天產(chǎn)量為：×3=9.1噸 發(fā)酵罐耗糖以每天消耗的葡萄糖計(jì)算量：公式：Wg=×Cx÷98%其中 Wg：培養(yǎng)酵母所需糖量 P：酵母每天產(chǎn)量產(chǎn) F：接種量 Cx：酵母產(chǎn)品干固物含量%YX/S：酵母干固物對(duì)糖得率(%) 98%:糖原料損耗率Y X/S=0.38，Cx =1-68%=32%F=10%×9.1=0.91因此Wg=×0.32÷0.98 =7.03t1.廢糖蜜的消耗量：W糖蜜=7.03÷(51%×80%) =17.23t 糖蜜中可利

13、用糖比例80%2.發(fā)酵罐耗玉米漿量取玉米漿用量1%以葡萄糖廢糖蜜計(jì)算：那么W m =17.23×1%=0.17t3.發(fā)酵罐耗氮NH42SO4量公式：W N =P×C N (1.0+0.07)-F×F N ×C X 式中 ：W N=培養(yǎng)酵母每天所需氮量 C N：酵母干固物含氮量C N =7.5% F N：種子酵母干固物含氮量，F(xiàn) N =8.5% W m：玉米漿量 因此WN= 9.1×32%×0.075×(1.0+0.07)-0.91×32%×0.085 =0.21t硫酸銨的消耗量：WNH42SO4 = W

14、N/M=0.99t4.發(fā)酵罐耗堿液量酵母發(fā)酵過程中總酸度增酸1.0，取發(fā)酵終了時(shí)鮮酵母濃度180g/L那么最終發(fā)酵醪體積：9.1/0.18=50.5m3100mL發(fā)酵醪消耗NaOH量:1N×0.001L=0.001mol50.5 m3發(fā)酵醪消耗Na2CO3摩爾數(shù): 0.001×=505mol 其質(zhì)量為：106×505=53.53Kg5.發(fā)酵罐耗磷量(KH2PO4以P2O5計(jì)) 公式：W p =P×C p×C X(1.0+0.3)-F×F p×C X式中 W p：每天培養(yǎng)酵母所需的P2O5量 C p：酵母干固物P2O5含量,

15、C p =3%F p：種子酵母干固物P2O5含量, F p =3.2%那么W p =9.1×0.03×0.32×1.0+0.30.91×0.032×0.32=0.104tW KH2PO4=0.12t6.二級(jí)種子罐耗糖量二級(jí)種子罐產(chǎn)量 P=9.1÷3×5%=151.7糖蜜用量：151.7/51%=296kg7.種子培養(yǎng)消耗的硫酸銨、玉米漿、磷酸二氫鉀、碳酸鈉等均按酵母生產(chǎn)消耗的1%計(jì)算即：硫酸銨 ：0.99×1%=9.9 玉米漿：0.17×1%=1.7 碳酸鈉：53.53×1%=0.54四、熱量衡

16、算1、糖液滅菌耗汽量蒸汽壓力0.2MPa，溫度126。查表知，此時(shí)冷凝熱2195KJ/Kg ,每小時(shí)加熱的糖漿的質(zhì)量為4.47t，其比熱按水的比熱計(jì)，由 20加熱至110 。查表知，Cp=4.187KJ/Kg·Km蒸汽×=M糖液×Cp×(t2-t1)/m蒸汽1=0.77t/h2、空罐滅菌查表知，水蒸氣密度=1.296Kg/m3 水蒸氣充滿二級(jí)種子罐、發(fā)酵罐時(shí)的用量為：m蒸汽2=×V=1.296×(100×3+10)=401.8Kg/d3、冷卻用水：放熱量按每克酵母固性物的放熱量為14.65KJ,計(jì)算流加培養(yǎng)過程中，酵母固性物

17、的最大增長(zhǎng)速率為5.0Kg/ m3·h ，那么酵母生產(chǎn)過程中的最大發(fā)熱量為58.6 ×KJ/ m3·h冷卻管管壁較薄，對(duì)冷卻水進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，總傳熱系數(shù)K=4.186×800KJ/ m3·h·K取冷卻水進(jìn)口16 ，出口26 發(fā)酵液前期溫度較低34-36，取T=34那么tm= =12.3主發(fā)酵期發(fā)酵液每小時(shí)放出最大熱量58.6×1000×27=1582200KJ/h,傳熱面積A=38.4m2冷卻水量W= =37851Kg/h=0.010514 m3/s取冷卻水流速3m/s，那么冷卻管截面積S=0.00355 m2,

18、, 冷卻管內(nèi)徑d=6cm,選無縫鋼管ø65×3, 冷卻管長(zhǎng)度L=188m五、種子罐的計(jì)算取發(fā)酵罐一代酵母接種量5%，那么二級(jí)種子管鮮種子產(chǎn)量4000×5%=200Kg考慮到接入下一級(jí)發(fā)酵培養(yǎng)時(shí)，種子濃度25g/L,那么種子罐體積為：=8000L=8m3取填充系數(shù)為80%，那么種子罐容積8/0.8=10 m3取一級(jí)種子罐產(chǎn)量10Kg，接入下一級(jí)種子罐時(shí)，種子濃度25g/L,那么培養(yǎng)液體積在接入二級(jí)種子罐時(shí)為：V=400L=0.4m3取裝料系數(shù)為80%，那么容積0.4/0.8=0.5m3=500L取種子罐規(guī)格表公稱容積 (M3)筒體直徑(Dgmm)筒體高度H(mm)

19、換熱面積 M2攪拌軸功率 KW 0.05 300 700400300-3500.55 0.1 400800 500 300-350 0.2 500 1000 600280-340 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 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 3.

20、0120026001300 200-260 5.5-11 4.013003000 1400200-220 7.5-15 5.0140032001500 180-220 7.5-18.5 那么選取一級(jí)種子罐一個(gè)，公稱容積為0.5m3，二級(jí)種子罐兩個(gè)，公稱容積為5.0m3。六、總過濾器工藝設(shè)計(jì)選超細(xì)玻璃纖維過濾器，工作溫度30，公式：P=LC lg=-L其中=8%，df=14m查表得20時(shí)，空氣密度=1.205Kg / m3 30時(shí),空氣粘度=18.6×10-6取過濾器中空氣流速Vs=0.15m/s查表得Vs=0.15m/s時(shí)，=0.252cm-11、求濾層厚度：發(fā)酵周期按一代種子周期2

21、8小時(shí)計(jì)算空氣中微生物的個(gè)數(shù)比取8000/ m3N1=8000×54×60×28=7.26×108個(gè)N2=10-3個(gè)過濾層厚度L=51.4cm取L=52cm2 、求壓力損失： c=52/Re=,V=0.16m=1.45P=LC=L=6585Pa3、過濾器直徑： 進(jìn)入過濾器中的空氣壓力為P濾=2.317×1.01×105+6585 =2.41大氣壓絕壓濾氣中空氣體積流量V濾=V空氣=(0.9+0.27) ×=0.49 m3/s×d2×Vs=V濾 ×d2×0.15=0.49d=2m那么對(duì)風(fēng)

22、機(jī)要求：風(fēng)量70 m3/min風(fēng)壓2.41×10339=24917mmH2O=3.13Kg/cm2選IEP100-3.7型離心壓縮機(jī)，性能標(biāo)準(zhǔn)如下：輸送介質(zhì)空氣 進(jìn)口流量100 m3/min需用功率380Kw進(jìn)口壓力Kg/cm2絕出口壓力Kg/cm2絕主軸轉(zhuǎn)速14096r/min外形尺寸長(zhǎng)×寬×高1600×1750×1140 重量3500Kg電動(dòng)機(jī)：型號(hào)JK134-2 功率440Kw 電壓6000V 重量4300Kg七、酵母枯燥酵母枯燥設(shè)備廠提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，1000t/年活性酵母的枯燥流化床需要蒸汽量：W枯燥3=0.28t/h。根據(jù)流化床枯燥器

23、規(guī)格表，那么機(jī)型流化床面積m2進(jìn)風(fēng)溫度出風(fēng)溫度蒸法水分能力kg/h振動(dòng)電機(jī)型號(hào)功率ZLG0.30×30.970-14040-7020-35ZDS10-60.75×2ZLG0.30×4.51.3570-14040-7035-50ZDS10-60.75×2ZLG0.45×4.52.02570-14040-7050-70ZDS10-61.1×22ZLG0.60×4.52.770-14040-7070-80ZDS10-61.1×2ZLG0.45×62.770-14040-7080-100ZDS10-61.1×2ZLG0.6×63.670-14040-70100-130ZDS25-61.5×2ZLG0.75×64.570-14040-70120-170ZDS25-61.5×2ZLG0.9×65.470-14040-70140-170ZDS30-62.2×2ZLG0.6×7.54.570-14040-70130-150ZDS30-62.2×2ZLG0.75×7.55.62570-1