第三章 工艺计算
3.1 物料衡算
3.1.1 工艺技术指标及基础数据
[1]生产规模: 20000t/a99.5%一水柠檬酸折合18325.088t/a99.5%无水柠檬酸； [2]生产天数：每年300天；
[3]无水柠檬酸日产量：18325.088/300=61.084t/d
[4]产品质量：国际食用柠檬酸质量分数99.5%，实际产率98%，副产品约2%； [5]薯干粉成分：含淀粉量70%，水分13%; [6]α-淀粉酶用量：8U/g原料；
[7]操作参数：淀粉糖转化率98.5%，糖转化率95%，提取阶段分离回收率95%，精制阶段收率98%，得率99%（倒罐率1%），产酸率（即糖发酵液转化率）13%，发酵周期75h，发酵温度（35±1）℃，发酵通风量10V/（V发酵液 ·h）
3.1.2 原料消耗计算(以一吨成品柠檬酸为基准)
年产20000吨一水柠檬酸，折合成无水柠檬酸，按中国发酵工业协会柠檬酸分会制定的―柠檬酸行业统计办法‖，无水柠檬酸为：20000/1.0914=18325.088t/a [1]生产无水柠檬酸的总化学反应式：
(C6H10O5)n + nH2O +3n/2 O2 = n C6H8O7 +2nH2O 162 192 X 1000 [2]生产1000㎏99.5%无水柠檬酸所需的理论淀粉消耗量：
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X=1000×162÷192×99.5%=839.53㎏
[3]生产1000㎏99.5%无水柠檬酸所需实际淀粉消耗量：
X=﹙98.5%×95%×95%×98%×99%﹚=973.4㎏
[4]生产1000㎏99.5%无水柠檬酸所需实际薯干粉原料消耗量：
973.4÷70%=1390.57㎏
[5]α-淀粉酶消耗量：使用酶活力为20000U/g的α-淀粉酶使淀粉液化α-淀粉酶按 8U/g原料计算 1390.57×1000×8÷20000=0.56㎏
3.1.3 发酵醪量的计算
根据发酵液转化率为13%：
1000×99.5%÷（95%×98%×13%﹚= 8221.1㎏
3.1.4 接种量的计算
接种量为发酵醪量的10%，则： 8221.1÷（10%+100%）×10%=747.37㎏
3.1.5 液化醪量的计算
因为成熟蒸煮醪量为：8221.1-747.37-0.56=7473.17㎏ 则调浆浓度为：1390.57÷7473.17×100%=18.6% 粉浆的干物质浓度为：973.4÷7473.17×100%=13.03% 蒸煮直接蒸汽加热，采用连续液化工艺：
操作流程：
[1]混合后粉浆温度为50℃，应用喷射液化器迅速使粉浆升温至100℃。升温后进入维持罐，使料液保温20-30min以完成液化，进蒸汽压力保持在0.3-0.4MPa表压。
[2]液化完成的醪液由板式换热器降温至（35±1）℃备用。 [3]调浆及液化灭菌时产生泡沫可用少量炮敌消泡。
工艺计算：
干物质含量B0=70%的薯干原料比热容为： C0=4.18×(1-0.7B0)=2.13kJ/(kg·℃) 粉浆的干物质浓度为B1=13.03%
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液化醪的比热容为：
C1=B1C0+(1.0-B1)CW=13.03%×2.13+(1.0-13.03%)×4.18=3.91kJ/(kg·℃) CW—水的比热容取 4.18kJ/(kg℃)
为简化计算，定液化醪的比热容在整个过程中维持不变。 经喷射液化器前的液化醪量为X：
X+X×3.91×(100-50)÷(2731.2-100×4.18)=7473.17 ㎏ 得出 X=6887.7 ㎏
其中 2731.2是喷射液化器加热蒸汽0.3MPa的焓。
3.1.6 成品柠檬酸
日产柠檬酸量为：61.084t/d
即结晶液中柠檬酸的含量为：61.084t/d
需精制液只能够柠檬酸含量为：61.084÷98%=62.330t/d 需分离液中柠檬酸的含量为：61.084÷（95%×98%)=65.611t/d
3.1.7年产20000吨一水柠檬酸总物料衡算（即对生产18325.088t/a99.5%无水柠檬酸的薯干原料柠檬酸厂进行计算）
[1]檬酸成品
日产无水柠檬酸量：61.084t
日产副产品量：61.0836/98%×2%=1.247t 日产总量：62.331t
年产无水柠檬酸量：18325.2t 年产副产品量：1.247×300=93.6t 年产总量：18699.3t [2]原料薯干用量
日耗量：1390.57×62.331（日产总量）÷1000=86.675t 年耗量：86.675×300=26002.5t
根据以上计算，将物料衡算结果列表如下
表3-1 20000t/a 柠檬酸厂物料衡算表
物料名称 每吨产品耗物量 年产20000吨耗物量
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（kg)
柠檬酸 副产品 薯干原料 淀粉 α-淀粉酶 发酵醪 接种量 成熟蒸煮醪 薯干浆量
980 20 1390.57 973.4 0.56 8221.1 747.37 7473.17 19806.17
(t/d) 61.084 1.248 86.676 60.6732 0.0348 512.436 46.584 465.816 1234.552
(t/a) 18325.2 374.4 26002.8 18201.96 10.44 15373.08 13975.2 139744.8 370365.6
3.2 热量衡算 3.2.1 液化热平衡计算
喷射加热器耗热
由工艺可知：经过喷射加热器温度由50℃升温至100℃ Q=3.91 kJ/(kg·℃)×19806.17kg×(100-50)℃=3872106.2kJ
3.2.2 发酵过程中蒸汽耗量的计算
[1]计算公式
整个生产过程采用蒸汽加热，蒸汽耗用量计算公式为：
Q总 公式3-1 D??GC（t2?t1）(I?i)?（I?i）?式中：η————为蒸汽的热效率，取η=95%；I————汽化潜热。 [2]基础数据
在28℃下，查的：淀粉的比热容为 1.55 kJ/(kg·℃)；水的比热容为4.174kJ/(kg·℃)；加热蒸汽的热焓为2549.5 kJ/(kg·℃)；加热蒸汽的冷凝水的热焓为1250.60 kJ/(kg·℃)
由物料衡算可知，日耗薯干粉量为 86.676t
日耗淀粉量为60.6732t 日耗薯干浆量为1234.552t 则日耗调浆用水量为：1234.552-86.676=1147.876t
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