产万吨味精厂生产工艺设计方案

1、XX大学课程设计任务书20xx 20xx学年第x学期学生姓名：专业班级：2008级生物工程指导教师：工作部门：化工与材料学院课程设计题目：年产5万吨味精工厂生产工艺设计课程名称：生化工程设备一、课程设计内容1、通过查阅啤酒 味精）生产工艺的有关资料，熟悉目前啤酒 味精）生产的基本工艺流程。2、进行糖化、发酵车间物料衡算和热量衡算等。3、糖化车间设备设计及选型。4、发酵种子罐、发酵罐的选型及大小尺寸的计算。5、绘制糖化锅、发酵罐设计图。6、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求一）、设计规模要求全班按学号分为10组其中末尾为1、3、5、7、9,设计啤酒工厂；末尾为 0、2、4、6、8, 设计味精工

2、厂）。学号末尾0123456789设计规模 万吨/年）414518622726930二）、 课程设计说明书要求学生在课程设计过程中可相互讨论，但要求各自独立完成并撰写设计说明书，设计说明书一般 要求在5000字以上，具体内容如下：1 .前言2. 设计任务和设计基本依据3. 工艺设计主要包括流程选择、生产工艺、物料衡算和热量衡算等。4. 设备设计或设备选型主要包括设备选型和设备大小的计算等。5. 收获与体会6. 参考文献三、课程设计应完成的工作1 .课程设计说明书一份2 糖化锅(啤酒或发酵罐 味精)设计图1张四、课程设计进程安排集中讲授实训及答疑1设计动员、下达设计任 务书2课时 十一周周一第1

3、,2 节，HF104)2查阅资料123设计计算2课时 十一周周三第1,2 节，HF104)26设计计算4课时 十二周周二第1,2,3,4 节，HF105)4绘图2课时 十二周周三第1,2 节，HF105)85整理、修改说明书、制 作PPT2课时 十二周周四第1,2 节，HH201 )106设计小结、考核4课时 十二周周五第1,2,3,4 节，HH501 )8合计1664五、主要参考资料吴思方主编生物工程工厂设计概论中国轻工业出版社 2009.7教研室主任签名：年 月曰年产5万吨味精厂生产工艺设计味精，学名“谷氨酸钠C5H8NO4Na”。谷氨酸是氨基酸的一种，也是蛋白质的最 后分解产物。我们每天

4、吃的食盐用水冲淡400倍，已感觉不出咸味，普通蔗糖用水冲淡200倍，也感觉不出甜味了，但谷氨酸钠，用于水稀释3000倍，仍能感觉到鲜味，因而得名“味精”。味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品。本设计为年产5万吨味精厂的生产工艺，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。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。本设计的工艺流程为发酵预处理 种子培养、原料预处理，制无菌空气）发酵等电点提取中和制味精f

5、浓缩结晶f精制分装。该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活等特点。为味精生产的理想途径。具 有良好的经济效益、环境效益和社会效益。关键词：谷氨酸钠、双酶法、糖发酵、等电点提取。productive technology designed for the monosodium glutamatefactory which produce 50,000 tons per yearAbstractMono sodium glutamate (MSG is the sodium salt of the non-esse ntial ami no acid glutamic acid, which i

6、s the final resolve product from prote in .If we dilute the salt with 400 times water, we can Waste salty any more. If we dilute the sucrose with 200 times water, we can Waste sweet ness too. But eve n if 3000 times water, Mono sodium glutamate still taste flavor.Mono sodium glutamate is a moder n s

7、pice made of food by using microbial ferme ntatio n. This productive tech no logy desig ned for the mono sodiumglutamate factory which produces 50,000 tons per year by Double Enzyme、 Sugar ferme ntati on in glutamic acid and an isoelectric point of extracti on to produce glutamic acid. We know throu

8、gh pretreatme nt of raw material、ferme ntati on、extract ion to lear n Mono sodium glutamate s producti on methods and product ion proceAscordi ng to its situati on, choose the way to ferme ntatio n which suit for producti on process. At the same time bala nee the material、 heat and choose the equipm

9、ent. Finally draw out the fermentation process flow diagram and floor pla n.The tech no logical process of this desig n is:Fermentation pretreatmentvSeeddevelopmen； Pretreatment of raw materials； System sterile air )f ferme ntati on f Isoelectpoi nt of extract ion f n eutralizati on to Product ion o

10、fMSG Concen trati on crystalf process ing and repack ingd.this productive tech no logy desig ned has many traits. Such as, well-k nit structure, pithy quick control, lasting attacked, less sledge capacity,and its running and management is uncomplicateKey words:MSG。Double En zyme。Sugar ferme ntatior。

11、Isoelectric point of extract ion目录课程设计任务书I摘要IIIAbstract IV1前言11.1研究的意义及目的11.2研究目标和关键问题11.3研究现状和内容12工艺流程选择及说明12.1工程简况12.1.1工厂简况12.1.2设计依据12.1.3设计范围12.1.4设计原则22.2味精发酵工艺流程22.2.1建设规模22.2.2处理工艺流程的选择22.2.3处理工艺路线的确定22.3主要处理构筑物设计及选型43工艺流程计算53.1味精厂计算与构筑物设计53.1.1谷氨酸发酵的物料衡算53.1.2谷氨酸发酵的热量衡算83.1.3谷氨酸发酵的水平衡计算1314

12、3.1.4谷氨酸发酵的无菌氧气耗量衡算3.1.3设备设计与选型154主要参考文献31谢辞31发酵罐附图321 前言1.1研究的意义及目的为加强对味精发酵的理解。了解味精发酵的工艺流程，主要熟悉味精发酵过程中对 发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料的选取及物料平衡、热平衡、水平衡和无 菌空气平衡的计算。1.2研究目标和关键问题研究目标是理清味精发酵的流程工艺及生产工艺，关键问题是对味精发酵过程中涉及的 发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料的选取及物料平衡、热平衡、水平衡和无 菌空气平衡的计算。1.3研究现状和内容本设计为年产5万吨味精厂的生产工艺，通过双酶法、谷氨酸中糖发酵以及一次等电

13、点提取工艺生产谷氨酸钠。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。2工艺流程选择及说明2.1工程简况2.1.1工厂简况一般的味精厂年产味精 510万吨，生产过程主要为：发酵预处理 种子培养、原料 预处理，制无菌空气） f发酵f等电点提取f中和制味精f浓缩结晶f精制分装。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 汽，

14、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，供水管路输送到各个生产需求部位。2.1.2设计依据1. 生物工程工厂设计概论。【1】2. 味精的相关资料。2.1.3设计范围本工程的设计范围为：生产味精的量达到年产5万吨左右的要求2.1.4设计原则1 采用先进、合理、成熟可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经 济效益。2. 工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地、能适 应水质、水量的变化，确保出水稳定，达标排放。3. 在运行过程中，便于操作管理，便于维修，节省动力消耗和运行费用。2.2味精发酵工艺流程

15、2.2.1建设规模生产味精的量达到年产5万吨左右。2.2.2处理工艺流程的选择1味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：V1）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。2.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，供水管路输送 到各个生产需求部位。2.2.3处理工艺路线的确定通过上

16、述分析比较，其工艺流程如图 2-1所示。斜面消泡剂葡萄糖（消泡剂丿二级种子罐1定容罐褊1实消1连消器1一级种子-*降温1维持罐氮液 i二级种子培养1换热器*发酵罐-配料罐症容罐无菌空气无机盐无机盐消泡剂高浓度糖液图2-2谷氨酸发酵的工艺流程【3】2.3主要处理构筑物设计及选型主要设备见表2-2。表2-2主要设备一览表位号心设备名称3台数卫规格与型号p材料备注心F3O1-311J发酵曙12单$ 5000XlOOOOnun-钢*专业设备农F321-326二级种子罐心$ 1400 X 2800mmAj钢*专业设备很F331-336-级种子罐和0 400 X 800mm 订鱼钢专业设劉R3013山发酵

17、罐分过滤 器*lkCpl200X1800mmPAs關专业设备存R321-32种子罐分过滤器*75X520mmA3钢.专业隅R331-336-种子耀分过滤 器中少 22 乂 150mmAj钢i专业设即3工艺流程计算3.1味精厂计算与构筑物设计3.1.1谷氨酸发酵的物料衡算主要技术指标指标名称单位指标数指标名称单位指标数生产规模t/a50000发酵初糖Kg启150生产方法中糖发酵，等电点-离子交换提取淀粉糖化转化率%108年生产天数 产品日产量d/a t/a300167流加高浓糖 糖酸转化率Kg启%50060产品质量纯度99%麸酸谷氨酸含量%95倒罐率%0.2谷氨酸提取率%95发酵周期h40味精对

18、谷氨酸产率%122主要原材料质量指标淀粉原料的含量为80%，含水14%二级种子培 养基 g/L)水解糖50 ,糖蜜20，磷酸二氢钾1.0，硫酸镁0.6，玉M浆510，泡敌0.6 ,生物素0.02mg，硫酸锰2mg/L，硫酸亚铁2mg/L。发酵初始培养基g/L )水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸0.2，生物素2 g,泡敌1.0，接种量为8%谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。1发酵液量设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为220kg/，则发酵液量为：1000122OX6O%X95%X 99.8%x 122%

19、式中220 发酵培养基终糖浓度kg/ )60% 糖酸转化率95% 谷氨酸转化率99.8% 除去倒罐率0.2%后的发酵成功率122% 味精对谷氨酸的精制产率2发酵液配制需水解糖量以纯糖计算：IJi -；，： V3二级种液量v2 = 0. 524 m3)4二级种子培养液所需水解糖量旳= 26. 2 kg)式中50 二级种液含糖量kg/ )5生产1000kg味精需水解糖总量tn 二叫 + 畋二 1467. 26耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故耗用淀粉量为：1467,2“淀粉= xl08%xlll%=1529kg)式中80% 淀粉原料含纯淀粉量108% 淀粉糖化转化

20、率7.液氨耗用量发酵过程用液氨调 pH和补充氮源，耗用260280kg ;此外，提取过程耗用160170kg，合计每吨味精消耗 420450kg。8甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量为：发酵培养基耗糖蜜量为：I1:合计耗糖蜜36.68kg9氯化钾耗量叫门=0吕 = 524 = 0. 524 kg)11硫酸镁v)用量0.6 + V2) =4.24 kg)12消泡剂v泡敌)耗用量1.= 6. 55 kg)13玉M浆耗用量v8g/L )叫=SV.-, = 4. 19 kg)14生物素耗用量m5 = 0. 02V2 + 0 002Vj = 0. 0236 g)15. 硫酸锰耗用量rn6 - 0. 002

21、V2 = 1. 048 g)16. 硫酸亚铁耗用量m7 = 0. 002V2 - 1.01：8 g)17. 磷酸耗用量m- = 0. 2Vj = L 31 kg)= 862.9 kg)18. 谷氨酸v麸酸)量发酵液谷氨酸含量为：实际生产的谷氨酸v提取率95% )为：862.9 x 95% = 819.8 kg)50000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表物料名称生产100% )1t 味精的物料量50000t/a 味精生产的物料量每日物料量发酵液量/皿6.55327.5 * 1藝1093.8530.524387.51二级种液量川144126.2 x 10240.65 x 104375.4发酵水解用

22、糖量/kg 二级种培养用糖量/kg26.21467.2720.5 x 10水解糖总量/kg1529.91.31 *J245.02 x 10淀粉用量/kg 液氨用量/kg42036.68733.6 x 10r J3255.49 x 10糖蜜用量/kg5.24764.95 x 10701.4 乂 1q2氯化钾用量/kg0.524A 621 x 106125.56磷酸二氢钾用量/kg4.24875.08硫酸镁用量/kg6.551.834 x 1087.51泡敌用量/kg4.19262 * Ein3708.08玉M浆用量/kg0.02361093.85生物素用量/g1.04826.2 * 10699.

23、73硫酸锰用量/g1.0483212 * 103.94硫酸亚铁用量/g1.31175.02磷酸用量/kg819.8327.5 x 10175.02谷氨酸用量/kg209.5218.7711804136.91 x 105.24 x 105.24 x 1q46.55 x 1q140.99 x 10&3.1.2谷氨酸发酵的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： 刀Q入=刀Q出+刀Q损式中 刀Q入一输入的热量总和kJ)刀Q出一输出的热量总和kJ)刀Q损一损失的热量总和kJ)通常，刀Q Q+Q+Q刀 Q 出=C4+C5+G6+C7 刀Q损=Q式中Q i 物料带入的热量kJ)Q

24、 2由加热剂 或冷却剂)传给设备和所处理的物料的热量 kJ)Q 3过程的热效应，包括生物反应热、搅拌热等kJ)Q 4物料带出的热量kJ)Q 5加热设备需要的热量kJ)Q 6加热物料需要的热量kJ) Q 7气体或蒸汽带出的热量kJ)把4-5 )4-7)式代入4-4 )式，得Qi+Q+Q=Q+Q+Q+Q+Q值得注意的是，对具体的单元设备，上述的QiQ8各项热量不一定都存在，故进行热量衡算时，必须根据具体情况进行具体分析。连续灭菌和发酵工序热量衡算计算指标 以淀粉质为原料)计算指标见表3.1。表3.1计算指标工程指标淀粉糖化转化率98.5%发酵产酸率 浓度)11%发酵对糖转化率60%培养菌种耗糖为发

25、酵耗糖的1.5%谷氨酸提取收率95%精制收率122%商品淀粉中淀粉含量80%发酵周期 含辅助时间)40h全年工作日300d培养液连续灭菌用蒸汽量： 采用发酵罐体积为200m3。200m3发酵罐装料系数0.80,每罐产100%MSG 量:200 0.80 X1%X95%X 122%x 1.272=25.94t/d)1 272-纯味精相对分子质量=空=1.272纯谷氨酸相对分子质量147年产商品味精5.0万吨，日产100%MSG167吨.发酵操作时间40h其中发酵时间32 h)需发酵罐台数：167 40=10.7 取 11 台25.94 24由于装罐率，所以每罐初始体积160m3糖浓度15.0g/

26、dl，灭菌前培养基含糖20.0g/dl,其数量：160 15=120(t)20每日投 放)料罐次167 =6.4(t) 罐)取7罐次。25.94灭菌加热过程中用0.4mPa压)1=2743 KJ/kg，使用板式换热器将物料由20C预 热至75C，再加热至120C,冷却水由20C升到45C。消毒灭菌用蒸汽量D):D=3212 kg/h) P.2 t/h)式中：3.97为糖液的比热容，KJ/kg )每天用蒸汽量：3.2 8X3=28.8 t/d) 高峰用蒸汽量：3.2 X=12.8 t/h)平均用蒸汽量：28.8/24=1.2t/h)发酵罐空罐灭菌蒸汽量： 发酵罐体加热：200m3, 1Cr18N

27、i9的发酵罐体重 34.3t，冷却排管重 6t, 1Cr18Ni9的比热容 0.5 KJ/kg )，用0.4mPa表压)蒸汽灭菌，使发酵罐在 0.15 mPa表压)下由20C升 至127 C，其蒸汽量为：(34.3_6)_1000_0.5 “27-20)= 986(kg)1743-127 4.18 填充发酵罐空间的蒸汽量：因200 m3发酵罐的全容积大于200 m3,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500 m3计算，填充空间需蒸汽量：D 空=Vp=00X.39=278 kg/h)式中：V发酵罐全容积m3)P加热蒸汽的密度 kg/ m3) 0.15mPaS压)时为 1.39

28、kg/m3) 灭菌过程的热功当量损失：辐射与对流联合给热系数 a罐外壁温度70C。a =3390.19 X70-20) =43.4kg/m3 h -C)200m3发酵罐的表面积为201卅，耗用蒸汽量：201 25.942743-127 4.18(70-20) = 199(kg) 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗:201 0.001 1000 4.18:(127-20)二41(kg)2743-127 4.18式中：0.001附壁水平均厚度1mm)1000水密度 kg/m3) 灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的5%,空罐灭菌蒸汽消耗量986 278199 411511.6(kg/h) 1-0.05每空罐

29、灭菌1.5 h,用蒸汽量：1511.6 X5=2267.4 kg/罐)每日用蒸汽量：2267.4丄6802.2kg/d) =6.8t/d)平均用蒸汽量:6802.2/24 =283.4kg/h) =0.028t/h)高峰用蒸汽量：2267.4 ： 4= 9069.6kg/h) =0.9t/h)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=G Cx T2-T i )* h-i ) n 式中：G-淀粉浆量kg/h )G-淀粉浆比热容kJ/vkg*K )T2-浆料初温 20+273=293KT1-液化温度 90+273=363Kh-加热蒸汽焓2738kJ/kg0.3Mpa,表压

30、)i-加热蒸汽凝结水焓，在363K时为377kJ/kg 淀粉浆量G:根据物料衡算，日投工业淀粉255.49t ;连续液化255.49/24=10.6t/h)。加水量为 1:2.5，分浆量为 10600 x 3.5=37100kg/h ) 粉浆比热C可按下式计算：C=C0+C 水式中：C0-淀粉质比热容，取1.55kJ/kg*K )C水-水的比热容，4.18kJ/kg*K )C=1.55+4.18=3.53 蒸汽用量37100 汇 3 53D=(363-293) 4087.2kg/h ) =4.1t/h )(2738-377) 95%2)灭酶用蒸汽量灭酶时将液化液由90r加热至100C，在100

31、C时的i为419kJ/kg37100 汇 3 53D灭=3 003.53： 10 =594.5vkg/h ) =0.6t/h ) (2738-419)95%要求在20mi n内使液化液由90 C升至100 C,则蒸汽高峰值为：0.6 x 4=2.4t/h )以上两项合计，平均量 4.1+0.6=4.7t/h);每日用量4.7 x 24=112.8t/d )谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算年产5万吨商品味精，日产100%MSG167t,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 25.94t，需结晶罐台7台。每罐 投入40g/dl的中和脱色液

32、俗称原液)23m3,流加30g/dl母液32m3,过程中加水6m3, 在70T下真空蒸发结晶，浓缩3h，育晶17h。放料数量20m3(1)热量衡算来料带入热量:进料温度35 C , 比热为 3.5kJ/kgoK)Q来料=C.5 35 103=7.7 106103=8.8 105kJ)晶种带入热量 ：MSG比热容 1.67kJ/1.67 20=5.3 104kJ) 结晶放热：MSG结 晶 热为12.7kJ/molQ晶热=5.7 X05kJ) 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2.83kJ/2.83 ：70=3.0 X06KJ 随 二 次 蒸 汽 带 走 热

33、量：Q 二蒸=2626X06=1.077 108kJ) 随结晶MSG带走热量：Q出晶=10 X103 X.67 70=1.17 106kJ)需夕卜界供给热量:Q=Q 母 +Q二蒸+Q出晶)-Q来料+Q来水+Q来晶+Q晶热)=106+1.077 108+1.17 1062每D=每罐浓缩结晶 7台罐 实计算汽 量=45830kg/20h ,6.5-7.7 106+8.8 105+5.3 104+5.7 105 =9.5 107kJ蒸汽损 按罐量：5%每日6.5 45830=297895kg/d时耗蒸汽高峰 同时蒸 八、)每小时平均用蒸汽量：297.9/24=12.4t/h)运转，高6.5 2292

34、=148898kg/h汽量=297.9t/dO)45830/20=2292kg/h )峰用蒸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18C，相对湿度 书=70%,通过加热器使空气升至80 C,从干燥器出来的空气为60 C。 年产万吨商品味精，日产湿味精30.4t,二班生产，即 30.4/16=1.9t/h)。干燥水分量34kg/h18C空气湿含量 书=70% X0=0.009kg/kg干空气)，I0=41.8kj/kg干空气；加热 80C, I1=104.5kJ/kg干空气用公式： =1211) /X2-X1 ) =Q 物料 +Q 损失-Q 初温式中-空

35、气经过干燥后的热量变化0.4 4.18/34=39244.18+0.47 60X4.18+3924-18 4.18 )=645kJ/kg 水 =18X 4.-3924-645=-4494kJ/kg水)设X2=0.0108I2=I1+ XX1 )=104.5+-4494 )0.0108-0.009 )=96.4kJ/kg空气)空气耗量为:34/0.0108-0.009=18888.83=15677m3/h)耗用蒸汽量D ):使用0.1Mpa表压)蒸汽加热，热损失按15%计： D=618kg/h每 日 用 蒸 汽 量：618X16=9888kg/d )=0.99t/d平均每小时用蒸汽量：9888/

36、24=412kg/h )=0.04t/h)生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果：每日用蒸汽量为 447.3t/d，每小时平均量为14.1t/h,高峰量为19.2t/h。100%MSG单耗蒸汽量：447.3/25.94=17.2t/t)年产30000吨味精热量衡算表名称每日用量t )每小时均量t )高峰量t )单耗t )蒸汽447.3：18.624.817.23.1.3谷氨酸发酵的水平衡计算培养液冷却用水量：由120C热料通过与生料热交换，降至80 C，再用水冷却至 35 C，冷却水由20C升至45C，计算冷却水量W)：40280 3.97 (80 -35)W=68896kg/h) =69t/h)(

37、45 -20)汉 4.18全天用水量：69 3 X4=828t/d发酵过程产生的热量及冷却用水量：发酵过程的热量计算有下列几种方法：通过计算生化反应来计算发酵热 Q总Q总二生物合成热+搅拌热-汽化热 生物合成热可通过下列方程计算：C6H12O6+6O2T 6CO2+6H2O+2813KJC6H12O6+NH3+1.5O2C 5H9O4N+CO2+1.5H2O+890KJ 搅拌器=860X4.18 XP搅拌功率，KW) 汽化热=空气流量I出一I进)p式中：I 出, I进一进出之空气热焓KJ/Kg赶空气)P空气密度通过燃烧热进行计算：Q总二二Q作用物燃烧二Q产物燃烧有关物料的燃烧热：葡萄糖：156

38、33KJ/Kg 谷氨酸：15424KJ/Kg玉 M 浆：12289KJ/Kg 菌体：20900KJ/Kg 以发酵6-12小时耗糖速率最快，为放热高峰。通过冷却水带走的热量进行计算：在最热季节，发酵放热高峰期，测定冷却水量及进出口温度，然后即可算出最大 发热量Q最大，KJ/m3 h)Q最大=4.18冷却水(Kg /h) t出-进发酵液总体积(m3)通过发酵液温度升高进行计算：关闭冷却水观察罐内发酵液温度升高，用下式计算Q最大Q最大=4.18(GCt GQtJV3KJ/m3 h)式中：G发酵液重量kg)C发酵液比热容KJ/kg C) t 1h内发酵液温度升高数C)G1 设备筒体的重量kg)C1设备

39、筒体的比热容KJ/m3 h)V 发酵液体积m3)以上四种方法，以3)比较简单实用。根据部分味精厂的实测和经验数，谷氨酸 的发酵热高峰值约3.0 X04 KJ/vm3 h)200 m3发酵罐，装料量 160 m3使用新鲜水，冷却水进口温度10C，出口温度20C，冷却水用量W)：“ 3 10000 160W=114832.5 kg/h)114.8 t/h)(20-10)4.18日运转7台，高峰用水量：114.87=803.6t/h)日用水量：803.6X 0.8X 24=15429.12t/h)平均用水量：15429.12/24=642.88 t/h)式中：0.8各罐发热状况均衡系数3.1.4谷氨

40、酸发酵的无菌氧气耗量衡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 =230 0.75 0.45 60 =4658 m3/h) 单罐年用气量：V1 =V 32 180 =26827200m3/a)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 =N 20% =931.5 m3/h)单罐年用气量：V 二V 8 180 =1341360m3/a)高峰无菌空气耗量：Vman =10V 6V =52164m3/h)车间无菌空气年耗量：Vt -10V1 6V1 - 52164 m3/a)单耗：V0 二

41、 Vt G =9211m3/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)2004658931.5521648276092113.1.3设备设计与选型发酵罐一)发酵罐类型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐二)发酵罐容积的确定随着科技的发展，现有的发酵罐容量系列有：5，10，20，50，60，75，100，120，150，200，250，500m 3等等。一般说来单罐容量越大，经济性能越好，但风险 也越大，要求技术管理水平也越高，根据生产的规模和实用性，可以先选择公称容积为200 m

42、3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐。三)生产能力的计算现每天产99%纯度的味精167吨，谷氨酸生产周期为40h包括发酵、发酵罐清洗、灭菌进出物料等辅助操作时间)。则每天需发酵液体积为V发酵。每天产纯度为99%的味精167吨，每吨100%的味精需发酵糖液6.55m 3:3V 发酵=6.55 X 167 X 99%=1082.9m)发酵罐填充系数为书=80%，则每天需要发酵罐的总容积为V0生产周期为40h )。3V0= V 发酵/ 书=1082.9115/0.8=1353.6m四)发酵罐个数的确定以公称容积为200 m 3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为基础，则需要发酵罐的个数为NN=V 发酵 t /V 总

43、书.24 ) =1082.9 X 40/200 X 0.8 X 24) =11.2 个)则需要取公称容积为200 m 3的发酵罐12个；现以单灌公称容量为200 m3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为例，每天需要200m 3N0 个：N0=1353.6 - 200=6.8 约为 7 个实际产量为：200汉0 8汉7一 一7300 二 51297.7( t)6.55富裕量：51297.7 -50000) /50000=2.6% ，满足产量要求。五)主要尺寸的计算：取高径比 H: D=2 : 1【5】V全 二V筒 2V封 =230m3;则有：2n 3V全=0.785D2D D 2=23024H=2D ;

44、解方程得：1.57D30.26D3 二 230D = 3 230 = 5.0(1.83取 D=5mH=2D=10m;封头高：封头容积：圆柱部分容积：验算全容积V全:H 封=ha hb = 1300 mmV 封=16.4m3)3V 筒=197mV全 =VW 2V封 =197 2 16.4 二 229.8 m3V全=V 全符合设计要求，可行。六）冷却面积的计算 对谷氨酸 发酵，每1m3发酵液、每1h传给冷却 器的最 大热量约为36000kJ/m3 h）0采用竖式蛇管换热器，取经验值 K=4.18X 500 kJ/vm3 hC）。 平均温差 tm :4.18 X代入 tm上2 t1In 1 t2-3

45、2 C-*32C_20C _27C125 tm128C对公称容量200 m3的发酵罐,换热面积每天装5罐，每罐实际装液量为775.177= 110.7 m3QK tm= 166.1.m34.18 6000 110.74.18 500 8七）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D 5Dj1.67 m33取 Di=1.72/3D2z、2/3= 1101.05=80r/mi n11.7 丿八）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。计算Rem【6】RemZ式中D 搅拌器直径，D=1.7m80N*33（r/s）N搅拌器转速，60p

46、 醪液密度，p =1050 kg/m3 卩一一醪液粘度，卩=1.3X 10-3N s/m24式中P0不通风时搅拌轴功率vkw)， Po二176*4二3*1 10N轴转速，N=80r/mi nD搅拌器直径 cm)，D3=1.73X 106=4.9X 106Q通风量vml/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0.11;贝U Q=155X 0.11X 106=1.7X 107101.3X0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：Po =NpN3D5p式中Np在湍流搅拌状态时其值为常数 4.7N搅拌转速，N=80r/m

47、i n=1.33r/s D搅拌器直径，D=1.7mP 醪液密度，p =1050kg/m3代入上式：R =4.7 1.333 1.75 1 050 = 88.2 1 03W=88.2kW两挡搅拌:Po -2P0 -176.4kW 计算通风时的轴功率PgPg =2.25 10心3 XP。NDI Q.8 丿0.39(kW )Pg =2.25 10463.1 1080 4.9 100.393.79= 69.1 kW 求电机功率P电：Pg9 1.01n n n123采用三角带传动n 1=0.92；滚动轴承n 2=0.99,滑动轴承n 3=0.98；端面密封增加功 率为1%;代入公式数值得：69.1F电二1.01 =78.2 kW0.92 汉 0.99 汇 0.98九)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 133X 4mm。 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 【7】最高负荷下的耗水量WQ总W总Cp t2 - t1式中Q总每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积Q总=4.18 6000 155=3.89 106 kJ/hcp冷却水的比热