产1万吨味精厂发酵车间设计

1、产1万吨味精厂发酵车间设计味精厂发酵车间设计题目：年产1万吨味精工厂发酵车间设计学院：食品科技与工程学院专业:09物工程年级:XXXX 级姓名:XXX指导教师:XXX时 间：2010年12月25号前言课程设计是普通髙校本科教育中非常垂要的一个环节，同时也是理论知识与 实际应用相结合的重要环节。本设计为年产1万吨味精厂的生产车间设计，通 过双酶法谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。谷氨酸单钠（monosodium glutamate） 强烈鲜味，商品名为味精。因味 精具有肉类鲜味，现已成为人们普遍釆用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上 升趋势。随着人们对味精的认识不断深入提高，对它的

2、营养价值、安全性及如 何正确使用都有了普遍的了解。味精具有很强的鲜味（值为0.03%）,现己成为 人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。1987年3月，联合 国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取 消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂。味精是一种强碱弱酸盐，它在水溶液中可以完全电离变成谷氨酸离子（GAi + 1）和钠离子。味精进入胃后，受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人体吸收后， 参与体内许多代谢反应，并于其他许多氨基酸一起共同构成人体组织的蛋白质。 味精可以增进人们的食欲，提高人体对其他各种食物的吸收能力，对人体有一 定的滋补作用。

3、因为味精里含有大量的谷氨酸，是人体所需要的一种氨基酸， 96%能被人体吸收，形成人体组织中的蛋白质。它还能与血氨结合，形成对机 体无害的谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨的毒性作用。因此，谷氨 酸能用来预防和治疗肝昏迷。由于谷氨酸参与脑组织的蛋白质代谢和糖代谢， 故而能促进中枢神经系统的正常活动，对治疗脑震荡和脑神经损伤有一定疗效。从总体上说，味精行业的发展前景是比较广阔的，我国是世界上人口最多的 国家，而我国的味精出口不足年产量的1%,绝大部分味精都在国内市场上消化 了，随着人民生活水平的提高，人们对味精的需求会越来越大，况且国内外市 场上对味精的消费不仅仅限于调味，而是广泛的作为一种原

4、材料或香料表面活 性剂应用于医药和化妆品生产行业。由此可见，味精的消费市场开拓是很有前 景的。本文对味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发 酵工艺和主要设备的有关知识。设计内容为，了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法 和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原 料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。最后，画出发酵工段的工艺流程图 和平面布置图。整个设计内容大体分成三部分，第一部分主要是味精生产的工艺和设备选 择；第二部分包括发酵罐、种子罐及空气分过滤器的设计与选型；第三部分是 工艺流程和平面布置图。在本次设计过程中，自始至终得到王能

5、强老师的悉心指导和同学的热心帮 助，在此表示衷心感谢！虽然作者在编写和修改过程中已做了很大努力，但由于水平有限以及经验不 足，其中还是有许多错误和不当之处，敬请各位老师批评指点，以利于作者认 识自己的不足，不断修改和完善。设计人：XXX 2010年12月25号绪论味精是人们熟悉的鲜味剂，又称谷氨酸钠，是L-谷氨酸单纳盐(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O)，或命 名为u氨基戊二酸单钠一水化合物。它含有一分子结晶水，其分子式为 HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O,分子量 187.13。具有旋光性，有 D型和

6、 L- 型两种光学异构体。谷氨酸跟碱作用生成谷氨酸一钠，如果碱过量，则生成不 具有鲜味的谷氨酸二钠。味精为八面柱状晶体，不溶于纯酒精、乙醸及丙酮等有机溶剂，易溶于水, 相对密度为1.65,熔点1959,在120C以上逐渐失去分子中的结晶水。味精的比旋光度a=+25.16 (C=10, 2NHC1)。0.2%味精溶液的pH为 0.7 o味精生产大致经历了三个大的阶段：第一阶段：最早的味精制造方法就是从天然的食物材料中抽取，例如：将 海带以热水煮过，取其汤液浓缩后即可得到含有味精的浓缩液或调味粉。第二阶段：最早商业化制造味精的原料是面筋。面筋即是面粉中的蛋白质, 釆用的方法是蛋白质水解法，因为面筋

7、的来源丰富，且含有髙达23%的就胺酸, 最适合做为制造味精的原料。第三阶段：1958年利用微生物生产味精的发酵技术开发成功，主要是利用 葡萄糖、果糖或蔗糖为糖源，经特别筛选的味精生产菌种吸收代谢后，合成大 量的秋胺酸，是属于生物合成的天然胺基酸。这些特别筛选的微生物会将糖蜜 中的糖转变成获胺酸。每消耗一公斤的糖，约可产生0.5公斤的获胺酸，生产效 率非常高。受经济危机影响，全球经济大幅缩水，国外的餐饮业大幅受到影响，味 精工业的发展自然受到冲击，我国味精产业由于主要以内销为主，影响不大， 又由于国家大幅扩大内需，是以发展前景乐观。目录前言绪论二味精生产工艺1.1味精生产工艺概述1. 2原料的预

8、处理及淀粉水解制备1. 2.1原料的预处理1. 2. 2淀粉水解制备1. 3种子扩大培养及谷氨酸发酵1. 4谷氨酸的提取1.5谷氨酸制取味精及味精成品加工二.发酵罐及种子罐的设计与选型2.1味精工厂发酵车间的物料衡算2.1.1工艺技术指标及基础数据2.1. 2谷氨酸发酵车间的物料衡算2.1.3 10000t/a味精厂发酵车间的物料衡结果2. 2热量衡算2. 2.1液化工序热量衡算2. 2. 2连续灭菌和发酵工序热量衡算2.2.3谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算2. 2. 4干燥过程的热量衡算2. 2. 5生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果.2. 3无菌空气耗量计算2. 4设备设计与选型2. 4

9、.1发酵罐2. 4. 2种子罐2. 4. 3空气分过滤器2.4.4味精厂发酵车间设备一览表致谢主要参考文献1244555555666 689991011 11 12 12 12 21 27 28.28.29附图9一.味精生产工艺1-1.味精生产工艺概述味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：(1)原料的预处理及淀粉水解糖 的制备；(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵；(3)谷氨酸的提取；(4)谷氨酸制 取味精及味精成品加工。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间.发酵车间. 提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需 求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸

10、汽，并通过供气管路输送到 各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒. 过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。味精发酵法生产的总工艺流程见图。L 2.原料的预处理及淀粉水解制备12.1.原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时 去除固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和 转筒筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辐式粉碎机。盘磨机 广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料 的中碎和细碎作用，辐式粉碎机主要用于粒状物料的中碎

11、和细碎。12. 2.淀粉水解制备在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液 称为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必 须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前国内许多味精厂采用双酶法制 糖工艺。13.种子扩大培养及谷氨酸发酵种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有 种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶 培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的 生产种子。谷氨矗发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处 理。用于灭菌的工艺除采用连消塔一维持罐一喷

12、淋冷却系统外，还可采用喷射 加热器一维持管一真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大, 流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本 较高，因而应用较少。发酵设备，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在 50IIP到200IIP之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内 参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一 套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔釆集高空洁净空气，经空气压 缩机压缩后导入冷凝器.油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭. 瓷环填

13、充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵罐使用。在北方地区由 于空气湿度小.温度低，还可采用空气压缩.冷却过滤流程，省去一级冷却设 备。1. 4.谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等电点一离子交换法，国内有些味精厂还采用等电 点一锌盐法、盐酸水解一等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在 废水污染大，生产成本髙，技术难度大等问题，应用上受到限制。1. 5.谷氨酸制取味精及味精成品加工精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠，即味精。粗品经提纯、加工. 包装，得到成品。味精中和液的脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子 交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程，国内许多厂家还釆用箱式烘

14、房干燥， 设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产的要求。 也有的厂家使用气流干燥技术，生产量大，干燥速度快，干燥时间短，但干燥 过程对味精光泽和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这样均不如振动式干 燥床应用效果好。二.发酵罐及种子罐的设计与选型2.1.味精工厂发酵车间的物料衡算2.1.1工艺技术指标及基础数据生产规模：1万吨/年生产规格：纯度为99%的味精生产方法：以工业淀粉为原料.双酶法糖化.流加糖发酵，低温浓缩.等电提 取生产天数：300天/年倒罐率：0.5%发酵周期：4042小时生产周期：4850小时种子发酵周期810小时种子生产周期:12-16小时发酵醪初糖浓度：

15、15%(W/V)流加糖浓度：45%(V/V)发酵谷氨酸产率：10%糖酸转化率：56%淀粉糖转化率：98%谷氨酸提取收率：92%味精对谷氨酸的精制收率：112%原料淀粉含量：86%发酵罐接种量：10%发酵罐填充系数：75%发酵培养基(W/V)： 水解糖15%,糖蜜0.3%,玉米浆0.2%, MgSO4 0.04%,KC10.12%, Na2HPO4 0.16%,尿素 4%,消泡剂 0.04%种子培养基(W/V)：水解糖2.5%,糖蜜2%,玉米浆1%, MgSO40.04%,K2HPO4 0.1%,尿素 0.35%,消泡剂 0.03%2.1.2谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg纯度为

16、100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。(I)发酵液量V1V, =1000-(150 X 56% X 92% x 99.5% xll2%)=1161(,)式中150发酵培养基初糖浓度(kg/m3)56%一一糖酸转化率92%谷氨酸提取率99.5%除去倒灌率0.5%后的发酵成功率112%味精对谷氨酸的精制产率(2) 发酵液配制需水解糖量Gi以纯糖算，G, =V( x 150 =1741 .5伙g)(3) 二级种液量V2V2 = 2%V, =0.232 佃3)(4) 二级种子培养液所需水解糖量G1G2 = 25V2 =5.80(kg)式中25一一二级种液含糖量(kg/m3)(5) 生产1000k

17、g味精需水解糖总量G为：G = G,+G2 =1747.3()(6) 耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg,故理论上耗用的淀粉量G 淀粉为：Gy = 1747.3 4-(86% x 98% xlll%)=1867.7(kg)式中86%一淀粉原料含纯淀粉量98%淀粉糖转化率(7) 尿素耗用量二级种液耗尿素量为V3% = 3.5V, = 0.8&g)发酵培养基耗尿素为V4叫=40% =讹4.4(蚣)故共耗尿素量为465.2kg(8) 甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量VsV5 = 20V, = 4.64&g)发酵培养基耗糖蜜量V6V6=3V,= 34.83()合计耗糖蜜3

18、9.47kg(9) 氯化钾耗量Gkci=1.2=13.932()(10) 磷酸氢二钾(K2HPO4)耗量G3GUI.61(如(11) 硫酸镁(MgSO47H2O)用量G4G4 = 0.4(V, +V2) = 4.7368 (kg)(12) 消泡剂(泡敌)耗用量G5G5 = 0.4V, + 0.3V2 = 4.7136 (kg)(13) 磷酸氢二钠耗用量G6G6 =1.6V, =18.576fe)(14) 谷氨酸(鉄酸)量发酵液谷氨酸含量为：G, x 56%(1 - 0.5%) = 970.36&g)实际生产的谷氨酸(提取率92%)为：970.36 x 92% = 892.73()(15) 玉米

19、浆用量G7 =2V, +10V2 =25.542. 1. 3 lOOOOt/a味精厂发酵车间的物料衡算结果 年产10000吨味精物料横算表物料名称生产It味精(100%)的物料 量生产It 味精(99%) 的物料 量10000t/a味精生 产的物 料量每日物 料量发酵液(m3)11.6111.49114900382.96二级种液(m3)0.2320.229682296.87.739发酵水解用糖(kg)二级种培1724085 1741.51724.057.46375 xlO30855.742养用糖(kg)水解糖总量(kg)淀粉(kg)5.8057420191.381747.31729.827 1

20、72982757.655.13xlO301849.0231867.71849023061.62793x10、尿素(或液氨)糖蜜(kg)氯化钾(kg) 磷酸氢二 钾(kg)465.2548460548015.35006 xlO339.4739.07533907531.30237x1(?13.9313.7907137907459.64460.11.4939114939383.0911.61钠(kg)4.7346827156.074.714.662946629155.4118.5718.3843183843612.74(kg) 泡敌(kg) 磷酸氢二4.6827玉米浆 (kg) 25.5425.28

21、46252846842.73883.8027(kg)892.73883802729.45714X1032. 2热量衡算热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的，热平衡方程表示如下：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q62. 2.1.液化工序热量衡算(1) 液化加热蒸汽量加热蒸汽消耗量(D),可按下式计算：D= GxCx (t2 /l) -5-(/ + 2)式中G-淀粉浆量(kg/h)C淀粉浆比热容(kJ/ (kgK)tl浆料初温(20+273=293K)t2液化温度(90+273=363K)I-加热蒸汽焙，2738kJ/kg (0.3Mpa,表压)入加热蒸汽凝结水的焙，在363K时为377kJ/kg

22、淀粉浆量G：根据物料衡算，日投工业淀粉197.9t；连续液化，197.9/24=68.2(伽)。加水为 1： 2.5,粉浆量为：6820x3.5=13870 (t/h)o 粉浆比热C可按下式计算：C=C0+C水式中CO淀粉质比热容，取1.55RJ/ (kg-K)X粉浆干物质含量，24.6%C水水的比热容，4.18kJ/ (kg-K)C=1.55 +4.18=3.53 (kJ/ (kg-K) 蒸汽用量D= =963 (kg/11)(2) 灭酶用蒸汽量灭酶时将液化液由9(TC加热至100C,在1009时的九为419kJ/kgoD X= =140 (kg/h)要求在20min内使液化液由90C升至1

23、00*C,则蒸汽高峰量为：140x =420 (kg/h)以上两项合计，平均量963+140=1103 (kg/11)；每日用量1.1x24=26.4 (t/d)。 高峰量：963+420=1383 (kg/11)2. 2. 2.连续灭菌和发酵工序热量衡算(1) 培养液连续灭菌用蒸汽量发酵罐200m3装料系数0.75,每罐产100%MSG量：200x0.75x3%x85%x97%xl.272=11.27 (t)发酵操作时间48h (其中发酵时间3811),需发酵罐台数6台。灭菌加热过程中用04Mpa蒸汽(表压)I=2743kJ/k劭 使用板式换热器将物料 由20C预热至759,再加热至120#

24、Co冷却水由209升至459。每罐灭菌时间 3h,输料流量0.3 (t/h)消毒灭菌用蒸汽量(D)：D =3212 (kg/h) =3.2 (t/h)式中397为糖液的比热容(kJ/ (kgoK)每日用蒸汽量：3.2x3x3=28.8 (t/d)高峰量：3.2t/h平均量:28.8十24= 1.2 (t/h)(2) 发酵罐空罐灭菌蒸汽用量 发酵罐体加热：200m3,lCrl8N19的发酵罐体重34.31,冷却排管重lCrl8N19 的比热容0.5kJ/ (kg-K),用0.2Mpa (表压)蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15 Mpa(表压)下，由20C升至127C。其蒸汽量为986 (kg) 填充发

25、酵罐空间所需的蒸汽量：因200m3发酵罐的全容积大于200m3,考虑 到罐内之排管.搅拌器等所占之空间，罐之自由空间仍按200m3计算。填充空 间需蒸汽量：D 空=Vp=200x 1.622=324.4 (kg)式中V发酵罐自由空间即全容积(m3)p加热蒸汽的密度(kg/m3), 0.2Mpa表压时为1.622 灭菌过程的热损失：辐射与对流联合给热系数a,罐外壁温度70C。a=33.9+0.19(70-20)=43.4(kJ/(in2hK)200m3发酵罐的表面积为201 m2,耗用蒸汽量：D 损=199 (kg) 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗41 (kg) 灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的5

26、%,空罐灭菌蒸汽消耗量为：1632(kg/h) 每空罐灭菌l5h,用蒸汽量：1632x1.5=2448 (kg/ffi)每日用蒸汽量；2448x3=7344 (kg/d),平均量 7344/24=306 (kg/h)2. 2. 3.谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算年产万吨商品味精，日产100%MSG 29.75t,选用25m3强制内循环结晶罐，浓 缩结晶操作周期24h,其中辅助时间4h。每罐产100%MSG 10t,需结晶罐台4 台。每罐投入40g/dl的中和脱色液(俗称原液)23m3,流加30g/dl母液32m3, 过程中加水6m3,在70C下真空蒸发结晶，浓缩3h,育晶17h。放料数量2

27、0m3(1)热量衡算来料带入热量：进料温度35C,比热为35kJ/ (kgoK)Q 来料二(23x1.16+32x1.13) x3.5x35x 103=7.7x106 (kJ)加水带入热量：Q 来水=6x4.18x35x103=8.8x105 (kJ)晶种带入热量：MSG比热容1.67 (kJ/ (kgoK)Q 来晶=1600x1.67x20=5.3x104 (kJ) 结晶放热：MSG结晶热为12.7kJ/moIQ 晶热=5.7x105 (kJ) 母液带走热量：分离母液12m3,折算为相对密度1.26时15t,比热容为2.83 (kJ/ (kgoK)Q=15xl03x2.83x70=3.0xl

28、06 (KJ) 随二次蒸汽带走热量：Q 二蒸=(23+32+620) x2626x 106=1.077x108 (kJ) 随结晶MSG带走热量：Q 出晶=10x103x1.67x70=1.17x106 (kJ)需外界供给热量：Q= (Q母+Q二蒸+Q出晶)(Q来料+Q来水+Q来晶+Q晶热=(3.0x106+1.077x108+1.17x106)(77x 106+8.8x105+5.3x104+5.7x105) =9.5x107 (kJ)(2)计算蒸汽用量每罐次用汽量：热损按5%折算。D= =45830 (kg/罐)每罐浓缩结晶时间20h,每小时耗蒸汽高峰量：45830/20=2292 (kg/

29、h)4台罐(实际是35台)同时运转，高峰用蒸汽量：3.5x2292=8022 (kg/h)每日用蒸汽量：3.5x45830=160405 (kg/d) =160 (t/d)每小时平均用蒸汽量：160/24=6.7 (t/h)2. 2. 4干燥过程的热量衡算分离后之湿MSG含水2%,干燥后达到0.2%,进加热之空气为18-C,相对湿 度y=70%,通过加热器使空气升至80C,从干燥器出来的空气为609。 年产万吨商品味精，日产湿味精30.4t,二班生产，即30.4/16=1.9 (仙)。干燥 水分量34 (kg/h)18C空气湿含量屮=70%, X0=0.009 (kg/kg干空气),I0=41

30、.8kJ/kg干空气；加 热 80C, Il=104.5kJ/kg 干空气 用公式：A= (12-11) / (X2-X1) =Q 物料+Q 损失Q 初温式中山空气经过干燥后的热量变化(kj/kg)Q损失-损失热量，通常为有效热量的10%Q 物料=1.9xl03x (60-18) x0.4x4.18/34=3924 (kj/kg 水)Q 损失=0.1x (595x4.18+0.47x60x4.18+3924- 18x4.18) =645 (kj/kg 水) 1=18x4.18-3924-645=4494 (kj/kg 水) 设 X2=0.0108I2=I1+A (X2-X1) =104.5+

31、(-4494) (0.0108-0.009) =96.4 (kj/kg 空气) 空气耗量为：34/0.0108-0.009= 18888 (kg/h)80C时空气的比容0.83m3/kg实际消耗空气量为：18888x0.83=15677 (m3/h)耗用蒸汽量(D)：使用O.IMpa (表压)蒸汽加热，热损失按15%计：D= =618 (kg/h)每日用蒸汽量：618x16=9888 (kg/d)平均每小时用蒸汽量：9888/24=412 (kg/h)2. 2. 5.生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果：每日用蒸汽量为338t/d,每小时平均量为14.1t/h,高峰量为19.2t/h。100 %

32、MSG 单耗蒸汽量：338/29.75=11.4 (t/t) 年产10000吨味精热量衡算表名称每日用量(0每小时均量(1)高峰量(t)单耗(t)蒸汽33814.119.211.42. 3无菌空气耗量计算单罐无菌空气耗用量230m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0.20-0.45vvn,取0.45计算 单罐发酵过程用气量：V = 230x0.75x0.45x60 = 4658 (m3/h) 单罐年用气量：V, =Vx32xl80 = 26827200(m3/a)(2) 种子培养等其他无菌空气耗量有经验去耗气量为发酵过程的20% 故：V =Vx20% = 931.5 (m3/h)单罐年用气量：

33、% =Vx8xl80=1341360 (in3/a)(3) 高峰无菌空气耗量：匕 =10V + 6V =52164 (m3/h)(4) 车间无菌空气年耗量：匕=10+6% =52164 (m3/a)(5) 单耗：匕=匕一G = 9211 (m3/h)年产30000吨味精无菌空气衡算表:发酵罐公 称容积(m3)单罐通气量(m3/h)种子罐耗 气量(m3/h)高峰空气 耗量(m3/h)年空气耗量(m3/h)空气单耗(m3/h)封头高:封头容积:圆柱部分容积:验算全容积V全:取 D=5m H=2D=10m；H H = ha + hh = 1300 (nvn)V 封=164 (m3)V R=197m3

34、卩个=匕訂 + 2Vr( =197 + 2x16.4 = 229.8(m3)V全全符合设计要求，可行。(4)冷却面积的计算对谷氨酸发酵，每lm3发酵液、每lh传给冷却器的最大热量约为4.18X 6000kJ/(m3 h)o采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18X500 k.J/(m3h9)。平均温差A tm：At, -At32C 329209 27C代入对公称容量200 nP的发酵罐，每天装5罐，每罐实际装液量为换热面积(5) 搅拌器计算选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系 搅拌器叶径取（I=L7 （in）叶宽:B = 02/ = 0.2 x 1.7 = 0.34

35、（m）弧长：1 = 0.375 d = 0.375 x 1.7 = 0.64（/?z）底距：C-D - 5 -1.7（加）337盘踞：dt = 0.75,- = 0.75 xl.7 = l.28（加）叶弦长：厶= 0.250 =0.25x1.7 = 0.43（?）叶距：Y = D = 5（/n）弯叶板厚：6 =12 （mm）取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50曲罐，搅拌直径1.05m,转速 Ni=110r/mino以等Po/V为基准回放大求得：=80（厂/min）(6) 搅拌轴功率的计算淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。算RemReD2NPu式中 D搅拌器直径，D=1.7mN = = .

36、33(r/s) N一一搅拌器转速，6P 一一醪液密度，P =1050 kg/m3P醪液粘度，P =1.3X103N s/m2将数代入上式：Re1.72 x 1.33x10501.3x10“= 3.1x106104视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7 计算不通气时的搅拌轴功率Po：P)=NpN3D5p式中Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N搅拌转速，N=80i7min：=l33i7s D搅拌器直径，D=1.7m醪液密度，P =1050kg/m3代入上式:R = 4.7 xl.333 xl.75x 1050= 88.2xlO3VV = 88.2Z:VV两挡搅拌:几=2仇=16AkW 计算通风时的

37、轴功率Pg式中Po一一不通风时搅拌轴功率(kW),厅=176.42=3.1X1(/N轴转速，N=80r/minD搅拌器直径(cin), D3=1.73X106=4.9X106Q通风量(ml/min),设通风比VVm=0.110.18,取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取011;则 Q=155 X 0.11 X 106=1.7 X107 (ml/min)e008 =(1.7xlO7)008 =3.79代入上式:P, =2.25x10-3x3.1xl04 x80x4.9xl0179= 69.1(阳) 求电机功率P电：采用三角带传动H 1=0.92；滚动轴承112=0.99,滑动轴承113=

38、0.98；端面密封 增加功率为1%；代入公式数值得：(7) 设备结构的工艺计算 空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径4133X4mmo 挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板 密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 冷却管布置：采用竖式蛇管 I最高负荷下的耗水量Wvv =式中 Q总一每lnP醪液在发酵最旺盛时，lh的发热量与醪液总体积的 乘积Qu =4.18 x 6000 x 155 = 3.89 x 1O6(U/)Cp冷却水的比热容，418kJ/ (kgK) t2冷却水终温，12=279ti冷却水初温，ti=20*C将各值代入上式1IZ 3.89x10W =48x

39、(27-20)= 1.33xl0g/z) = 36.9(Rg/s)冷却水体积流量为3.69X10 W/S,取冷却水在竖直蛇管中的流速为lm/s, 根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：式中W冷却水体积流量，W=3.69X 10 W/sV冷却水流速，v=lm/s代入上式：121 = 3.69xlO-(r)进水总管直径:BE 沪 “2%)0.7857S总0.785D冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为Sr管径do,组数为n,则: 取8,求管径。由上式得：s总 0.785/3.69xl02 .8x0.78577W査金属材料表选取489X4mm无缝管叫内詡呦 g=5.2kg/m.内 厶，认为可满足

40、要求，平均=80111,110现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为300mm,则两直管距离为600mm,两 端弯管总长度为5：/0 = 34 x 600 = 1884 伽?）HI冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积F = 232.5/n2现取无缝钢管489X4mm,每米长冷却面积为F） = 3.14x0.08x1 = 0.25（nr）则:232.50.25=930 （m）冷却管占有体积：V = 0.785 x0.0892 x930 = 5.8（/n3）IV每组管长Lo和管组高度： 耳弓警77.5（同 另需连接管8m：“ =L + 8 = 930+8 = 938（/）可排竖式直蛇管的高度，设为静液面

41、高度，下部可伸入封头250mm。设发 酵罐内附件占有体积为0.5m则：总占有体积为V总液+$杵= 155 + 58 + 05 = 1613（m）则筒体部分液深为：S161.3-16.40.785 x 52=7.4（加）竖式蛇管总高H =7.4 + 0.25 =7.7（m）又两端弯管总长人=1884/,两端弯管总高为600mm, 则直管部分高度：h = H . -600 = 7700 - 600 = 7100（m） 则一圈管长：1 = 211 + 1 =2x7100 +1884 =16084 （nun）V每组管子圈数no：5=如=加=5（圈）0 / 16.1 7现取管间距为2.5D外=2.5x0

42、.089 =0.22佃），竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m,则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）oVI.校核布置后冷却管的实际传热面积：F实=屈平均厶实= 3.14x 0.08 x 938 = 235.6（m2）而前有F=232.5m2,冬 F ,可满足要求。（8）设备材料的选择选用A3钢制作，以降低设备费用。（9）发酵罐壁厚的计算 计算法确定发酵罐的壁厚S式中P一设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPaD发酵罐内经，D=500cm（a ） A3钢的应用应力，（o ） =127MPa4一一焊接缝隙，4=0.7C一一壁厚附加量（cm）C = G + C? +

43、 C3式中C1钢板负偏差，现取Ci=0.8mmC2为腐蚀余量，现取C2=2mmC3加工减薄量，现取C3=0C = 0.8 + 2 + 0 = 2.8（?nm ） = 0.28（cm）4八+ 0.28 = .4伽)2x127x0.7-0.4选用14mm厚A3钢板制作。 封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下:S = 2P + C(Cm)式中 P=0.4MPaD=500cm(a ) =127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38 (cm)4 =0.70.4x400/、S 0.38 = l5(c?J2x127x0.7-0.4（10）接管设计接管的长度h设计：各接管的长度h根据直径大小和有

44、无保温层，一般取100 200mm。接管直径的确定：按排料管计算：该罐实装醪量155m设4h之内排空，则物料体积流量Q =155= 0.0108(/n3 Is3600x4发酵醪流速取V=mvs;则排料管截面积为F朴 Q 00108 八坷=T = 0.01 l(/?r)场=0.785，管径:0.785器。吨)取无缝管4 133X4mm, 125.mm118mm,认为合适。按通风管计算，压缩空气在0.4MPa下，支管气速为2025m/s。现通风比0.1-0.18vvm,为常温下20#C, O.IMPa下的情况，要折算0.4MPa. 30eC状态。 风量 Q1 取大值，133X4mm无缝管，可满足工

45、 艺要求。排料时间复核：物料流量Q=0.0108m3/s,流速v=lin/s；管道截面积：F = 0.785 xO.1252 = 0.0123(亦),在相同的流速下，流过物料因管径较原来计算结果大，则相应流速比为 P= 0 = 00,08 “88(倍)Fv 0.0123x1排料时间:r = 2x0.88 = 1.8(/)(11)支座选择选用裙式支座2. 4. 2 种子罐 发酵所需的种子从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃 至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。种子罐冷 却方式采用夹套冷却。(1)二级种子罐容积和数量的确定二级种子罐容积的确定：接种量为10%计

46、算，则种子罐容积V种2为：U种2 =匕x 10% = 230 x 2% = 23(n?)式中 V总发酵罐总容积(nP) 二级种子罐个数的确定：种子罐与发酵罐对应上料。发酵罐平均每天上5罐, 需二级种子罐6个。种子罐培养8h,辅助操作时间810h,生产周期16“8h, 因此，二级种子罐6个已足够，其中一个备用。 主要尺寸的确定种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。H： D=2： 1,则种子罐总容积量VI为：$总“封简化方程如下：以= 2xD3 + 0.785D2x2D = 23(m3)24)整理后1.572/+0.26D =23解方程得D=23m则H=2D=2X2.3=4.6 (m)查得封头

47、高HJH 討=350+25 =375 伽)罐体总高HJH谨=2H 刃 +H筒=2x375 + 4600 = 5350(加加)单个封头容量：V=4.125 (in3)封头表面积：S =2.23m2圆筒容量：1喀=0.785 x 2D = 19.l(m3)不计上封头容积:%效=% + V筒=19+ 425 = 23.22507?)校核种子罐总容积VI：% = 2Vh + 唏=2x4.125 + 19.1 = 27.45(m3) 比需要的种子罐容积23nP大，可满足设计要求。 冷却面积的计算采用夹套冷却I发酵产生的总热量：Q* =4.18x6000x155x2%= 7.78x104(U/A)n夹套传

48、热系数:K = 4.18 x (150 250*/(加$ 现取 K=4.18X220kJ/ (m2 h C)HI平均温差：发酵温度329；水初温20-23C,取239；水终温27C,则 平均温差：%CIV需冷却面积F：F= 了朴2二防)Kt,n 4.18x220x77V核算夹套冷却面积：按静止液深确定夹套高度：静止液体浸没筒体高度：Sff 0.785x1.42液深:Hl = H： + H = 375 + 1760 = 2135 (nm)夹套可能实现的冷却面积为封头表标面积S封与圆筒被液体浸没的筒体为表 面积S龍之和：S夹=% + $封=tiDHq + S 封= 3.14x1.4x1.76 +

49、2.23 = 13.6(nr)夹套高度应不高于动态时的液面髙度，因高于液面的传热面积，并没有起 多少冷却作用。综上，传热需要的面积F=12.1(m2)该设计夹套能提供的冷却面积为S =13.6 m2SQ F,可满足工艺要求。 设备材料的选择采用As钢制作 壁厚计算I夹套内罐的壁厚/ nr、04S = D 込 +C2.6ED)式中D设备的公称宜径，140cmm一一外压容器的稳定系数，与设备的起始椭圆度有关，在我国, m=3P设计压力，与水压有关，P=0.4MPaE金属材料的弹性模量，对&钢E=2 X 105MPaC壁厚附加量，C=C1+C2+C3=O.O8+O.1+O=O.18L筒体长度，L=1

50、10cm将数值代入公式：S = 140x3x0.4x1102.6x2x105x140=O.89（C/77）0.4+ 0.18取9mmn封头的厚度封：査发酵工厂工艺设计概论P317表16碳钢椭圆封头最大 需用内部压力I对于上封头，取6封=6mmii对于下封头，取6 =8mmDI冷却外套壁厚：査发酵工厂工艺设计概论P314表13碳钢与普低钢制内 压圆筒壁厚，确定6 =5mmIV外套封头壁厚：查发酵工厂工艺设计概论P316表15椭圆形封头(JBH54 73),确定6奪封=6mm设备结构的工艺设计*Z = 0.5I挡板：根据全挡板条件，D式中 B挡板宽度B= (0.1-0.12) D=0.1X1400

51、=140mm D罐径 D=1400mmZ挡板数：Z = 0.5 牛 0.5x 器=5取Z=6块n搅拌器：采用六弯叶涡轮搅拌器 直径：Di=0.3-0.35D现取:D. = 0.35 D = 0.35 x!400 = 490“劲叶片宽度:li = 0.2D. = 0.2 x 1400 = 280 nun弧长:r = 0.375 Dl = 0.375 x 1400 = 525 mm盘径:cp = 0.75 . = 0.75 x 1400 = 1050 mm叶弦长:I = 0.25 D. = 0.25 x 1400 = 350mm搅拌器间距:Y = Di = 490劝底距：b = 490z?/7搅拌器转速N2,根据50L罐，470r/min,使用Po/V为基准放大，50L 罐 Ni=470r/inin,搅拌器直径Di=112mm470；= 176(/7min)两挡搅拌。m搅拌轴功率的计算淀粉水解糖液低浓度细菌醪,可视为牛顿流体。1计算Rem【8】nD2Np式中 D搅拌器直径，D=0.49mI nN = 2.93（r/