谷氨酸发酵生产工艺设计

1、武汉工程大学本科毕业设计（论文）摘 要味精是人们熟悉的鲜味剂，是L谷氨酸单钠盐(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa·H20)，具有旋光性，有D型和L型两种光学异构体。味精具有很强的鲜味(阈值为0. 03%)，现已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1。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前

2、世界各国均以此法进行生产。谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业2。该生产工艺和设备具有很强的典型性，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

3、置图。关键词：味精发酵；工艺计算；设备选型；CADAbstractmonosodium glutamate production process can be divided into four processstages: (1) pretreatment of raw materials and the preparation of starch hydrolysis sugar;(2) seeds to expand cultivation and glutamic acid fermentation; (3) glutamic acidextraction andglutamate s

4、ingle preparation of sodium; (4) MSG refined. Corresponding to the four process stages saccharification workshop, set in the MSGplant fermentation workshop, extraction workshop and refining plant as the mainproduction plant. In addition, the steam requirements for the protection of the production pr

5、ocess, set the boiler room, boiler combustion to produce steam, and gas pipelinetransportation to the various production needs parts. For the protection of the water of the entire factory production, the need to set the pump house, water for sterile filtration system processing, transportation and w

6、ater supply pipes to the various productionneeds parts Kerword： Pretreatment Hydrolysis Fermentation Key word: Monosodium glutamate fermentation; Process calculation; Equipment selection; CAD目 录摘 要IAbstractII一 前言- 1 -二 味精生产工艺- 2 -2.1 味精生产工艺概述- 2 -2.2味精生产总工艺流程图- 2 -2.3 原料预处理及淀粉水解糖制备- 3 -2.3.1 原料的预处理-

7、 3 -2.4 种子扩大培养及谷氨酸发酵- 4 -2.5 谷氨酸的提取- 5 -2.6 谷氨酸制取味精及味精成品加工- 5 -三 工艺计算- 6 -3.1 发酵工艺技术指标及基本数据- 6 -3.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算- 6 -3.2.1 物料衡算结果- 8 -3.3.2培养液冷却水用量- 10 -3.3.3 发酵过程空气基本数据- 10 -3.3.4发酵过程无菌空气用量计算- 10 -四 设备设计与选型- 13 -4.1 发酵罐- 13 -4.1.1 发酵罐的选型及容积- 13 -4.1.2发酵罐个数的确定- 13 -4.1.3主要尺寸设计- 14 -4.1.4冷却面积- 14 -4.

8、1.5搅拌器及搅拌轴功率- 15 -4.1.6设备结构的设计- 17 -4.1.7支座选择- 21 -4.2 种子罐- 22 -4.2.1种子罐容积和数量的确定- 22 -4.2.2冷却面积的计算- 23 -4.2.3壁厚计算- 23 -4.2.4设备结构的工艺设计- 24 -4.2.5支座选型- 27 -4.3空气分过滤器- 27 -4.3.1种子罐分过滤器- 27 -4.3.2发酵罐分过滤器- 28 -4.4 味精厂发酵车间设备一览表- 29 -五 设计总结与体会- 30 -六 参考文献- 31 - 32 -武汉工程大学本科毕业设计（论文）一 前言味精是人们熟悉的鲜味剂，是L谷氨酸单钠盐(

9、Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONaH20)，具有旋光性，有D型和L型两种光学异构体。味精具有很强的鲜味(阈值为0. 03%)，现已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。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品

10、产量最大的产业。该生产工艺和设备具有很强的典型性，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。二 味精生产工艺2.1 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

11、。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。2.2味精生产总工艺流程图空气菌种原料空气压缩机预处理斜面培养摇瓶扩大培养冷却水解除铁离心沉淀发酵配料过滤气液分离种子罐扩大培养过滤淀粉水解糖过滤除菌脱色浓缩结晶离心等电点调节过滤干燥大结晶干燥母液小结晶粗谷氨酸拌盐粉碎粗谷氨酸 成品味精粉状味精离子交换处理溶解粗谷氨酸溶液中和制味精 图1 味精生产总工艺流程图2.3 原料预处理及淀粉水解糖制备2.3.1 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

12、，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。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，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。2.2.2 淀粉水解糖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。2.4 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

13、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。 谷氨酸发酵开始前，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维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器维持管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50m3到200m3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

14、，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气，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。2.5 谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等电点离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点锌盐法、盐酸水解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，生产成本高，技术难度大等问题，应用上受到限制 。2.6 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

15、、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，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，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。三 工艺计算3.1 发酵工艺技术指标及基本数据（1）查生物工程工程设计概论P70表4-8谷氨酸发酵工艺技术指标，选用主要指标如表1表1 谷氨酸发酵工艺技术指标指标名称单位指标数生产规模t/a100000（味精）生产方法中糖发酵，一

16、次等电点提取年生产天数d/a320产品日产量t/a312.5产品质量纯度(%)99倒灌率%0.2发酵周期h50发酵初糖kg/m3150淀粉糖化转化率%108糖酸转化率%60麸酸谷氨酸含量%95谷氨酸提取率%93味精对谷氨酸产率%122（2）主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为85%，含水13%。 （3）二级种子培养基（g/L） 水解糖50，糖蜜20，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆510，泡敌0.6，生物素0.02mg，硫酸镁2mg，硫 硫酸亚铁2mg/L。 （4）发酵培养基（g/L） 水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸 0.2，泡敌0.6。（5）接种量为8% 。

17、 3.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。（1）发酵液量式中 220发酵培养基终糖浓度（kg/m3） 60%糖酸转化率 93%谷氨酸提取率 99.8%除去倒灌率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G1 以纯糖算， （3）二级种液量 V2 （4）二级种子培养液所需水解糖量 G2 式中 50二级种液含糖量（kg/m3）（5）生产1000kg味精需水解糖总量G为： （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：式中 80%淀粉原料含

18、纯淀粉量 95%淀粉糖转化率（7）甘蔗糖蜜耗用量 二级种液耗用糖蜜量V5发酵培养基耗糖蜜量V6合计耗糖蜜37.46kg（8）氯化钾耗量GKCl （9）磷酸耗量G3 （10）硫酸镁（MgSO4·7H2O）用量G4 （11）消泡剂（泡敌）耗用量G5 （12）谷氨酸（麸酸）量 发酵液谷氨酸含量为：实际生产的谷氨酸（提取率80%）为： 3.2.1 物料衡算结果 由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料衡算结果，可求得100000t/a味精厂发酵车间的物料平衡计算。具体计算结果如下表物料名称生产1t味精（100%）的物料量100000t/a味精生产的物料量每日物料量发酵液（m3）6.6

19、96.69×1052.091×103种液（m3）0.53553500167.188发酵水解用糖（kg）1471.81.47×1084.594×105培养用糖（kg）26.752.675×1068.359×103水解糖总量（kg）1498.551.49855×1084.683×105淀粉(kg)2793.72.7937×1088.73×105糖蜜（kg）37.463.746×1061.171×104氯化钾（kg）5.355.35×1051671.88磷酸1.341.3

20、4×105418.75硫酸镁（kg）4.344.34×1051356.25泡敌（kg）4.014.01×1051253.13谷氨酸（kg）8208.2×1072.563×1053.3发酵过程中的热量衡算3.3.1发酵热的计算 (KJ/h)式中, Qb为生物合成热, 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,即: Qb=4.18×6000×2091=5.244×107(KJ/h)而机械搅拌产生的热量Qst为:Qst = 3600Pst (KJ/h)式中, -搅拌功热转换系数, 为0.92 Pst -

21、搅拌轴功率,为304.5kw 即计算得: 而Qe为排气使发酵液水分汽化带出的热焓,根据经验,可取:Qe=0.2Qb=1.05×107(KJ/h)故发酵热为:Q=Qb+QstQe=5.244×10710085041.05×107=4.294×107(KJ/h)3.3.2培养液冷却水用量 由培养液板式换热器灭菌流程可知，120的热料先通过与生料进行交换，降温至80后，再用冷却水冷却至35。在此过程中冷却水由20升温至45，由此计算出冷却水的用量：式中：4.186为水的平均比热， 全天冷却水用量为3.3.3 发酵过程空气基本数据根据100 000 t/a味精厂

22、发酵工艺技术指标及物料平衡计算结果，列出与空气消耗有关的基本数据有：每天生产312.5t味精的发酵液量为2.091×103 m3；种液：1.67×102 m3；发酵时间：32h；发酵周期（含清洗、灭菌等）：40h；发酵罐公称容积：500 m3（9个）；发酵罐装罐系数：85。3.3.4发酵过程无菌空气用量计算发酵车间无菌空气消耗量主要用于谷氨酸发酵过程通风供氧，其次为种子培养的通气以及培养基压料输送也需要压缩空气。此外，因设备和管路、管件等的消毒吹干以及其他损耗构成无菌空气的耗用量。1、单罐发酵无菌空气耗用量根据资料可知，500m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0.180.

23、35vvm，取最高值0.35 vvm进行计算。（1） 单罐发酵过程用气量（常压空气） V550×85%×0.35×609817.5（m3/h）（2） 单罐年用量 VaV×32×180=5.65×107（m3） 式中 180每年单罐发酵批次 2、种子培养等其他无菌空气耗量可根据接种量、通气速率、培养时间等进行计算。单通常的设计习惯，是把种子培养用气、培养基压送及管路损失等算作一次，一般取这些无菌空气消耗量之和约等于发酵过程空气耗量的20。故这项无菌空气耗量为： V20V1963.5（m3/h）单罐每年用气量为： 式中 8种子罐培养时间3

24、、发酵过程高峰无菌空气消耗量式中：5种子罐数4、发酵车间无菌空气消耗量 5、根据设计，实际味精年生产量为：G=100 000 t/a故发酵车间无菌空气单耗量为：根据上述计算结果，可得出100 000 t/a味精无菌空气用量衡算表，如表所示。 100 000 t/a味精无菌空气用量衡算表发酵罐公称容积（m3）单罐通气量（m3/h）种子培养耗氧量（m3/h）高峰空气耗量（m3/h）年空气耗量（m3/a）空气单耗（m3/ t味精） 5009817.51963.5981755.226×1085226注：发酵罐装料系数85，发酵周期40h，年生产天数320d，实际生产能力2.563×

25、105 t/a，公称容积500 m3 ，全容积550 m3。四 设备设计与选型 4.1 发酵罐4.1.1 发酵罐的选型及容积 （1）发酵罐的选型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐（2）生产能力、数量和容积的确定 当前, 我国谷氨酸发酵占统治地位的发酵罐仍是机械涡轮搅拌,即大家所说的通用罐。选用这种发酵罐的原因主要是:历史悠久,资料齐全, 在比拟放大方面积累了较丰富的成功经验,成功率高。（3）发酵罐容积的确定: 随着科学技术的发展, 生产发酵罐的专业厂家越来越多, 现有的发酵罐容量系列如5, 10, 20, 50, 60, 75, 100, 200, 150, 250, 500m3等等。一般来说单罐容

26、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。现代发酵技术成熟，使得大型发酵罐使用越来越广泛，且大型发酵罐效益好，考虑到这方面，我们决定用500m3的发酵罐。4.1.2发酵罐个数的确定生产能力的计算,每吨99%纯度的味精需要V=1000 ÷（220×60%×93%×99.8%×122%）=6.69m3，生产100 000t/a 味精为 6.69×100000 = 6.69×105 m3工作320天，每天需糖液体积：若取发酵罐的填充系数=85%，则每天需要发酵罐总容量为： V0=V糖/85%=2459.55

27、9(m3)先选用公称体积500 m3的机械发酵罐，其全容量为550 m3。那么每天需要550 m3发酵罐个数为：共需要的发酵罐数为：N1=V0×÷(V总×24)8(个)每天应有5个发酵罐出料，每年工作320天，实际产量检验算： 550×85%×5×320÷6.69=111808（t）设备富裕量为（111808-100000）÷100000 = 11.81%，能满足生产要求。取公称体积500 m3 发酵罐9个，其中一个留作备用。4.1.3主要尺寸设计 则有：H=1.9D；解方程得： H=1.9D=12.9m； 封头容

28、积 ：V封=3.1415×6.83÷24=41（m3）圆柱部分容积：V筒=0.785×6.82×12.9=468m3验算全容积V全：V全=V全符合设计要求，可行。4.1.4冷却面积 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4.18×6000kJ/(m3·h) 5。采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500 kJ/(m3·h·) 8。平均温差tm： 32 3220 2712 5代入 换热面积 4.1.5搅拌器及搅拌轴功率（1）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

29、比例关系搅拌器叶径叶宽 ：弧长：底距：盘踞 ：叶弦长：叶距 ：弯叶板厚：=14（mm）取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。以等P0/V为基准6放大求得：（2）搅拌轴功率 淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。计算Rem 式中 D搅拌器直径，D=2.27m N搅拌器转速， 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度， =1.3×10-3N·s/m2 将数代入上式：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P0：式中 Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N搅拌转速，N=65.79r/min=1.1r/

30、s D搅拌器直径，D=2.27m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：两挡搅拌：计算通风时的轴功率Pg 式中 P0不通风时搅拌轴功率（kW），N轴转速，N=65.79r/min D搅拌器直径（cm），D3=2.273×106=1.17×107 Q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0.11；则Q=467.5×0.11×106=5.14×107（ml/min）代入上式：求电机功率P电：采用三角带传动1=0.92；滚动轴承2=0.99，滑动轴承3=0.98；端面密封增加功率为1

31、%7；代入公式数值得：4.1.6设备结构的设计 空气分布器：本罐采用单管进风。 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W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 cp冷却水的比热容，4.18kJ/（kg·K） t2冷却水终温，t2=27 t1冷却水初温，t1=20 将各值代入上式冷却水体积流量为9.958×10-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/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=9.9

32、58×10-2m3/s V冷却水流速，v=1m/s代入上式：进水总管直径 ： 冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d0，组数为n，则：取n=12，求管径。由上式得：查金属材料表选取108×4mm无缝管9， ，认为可满足要求，。现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长度为： 冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积现取无缝钢管108×4mm，每米长冷却面积为则:冷却管占有体积： 每组管长L0和管组高度：另需连接管4.2m：可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头500mm。设发酵罐内附件占有体积为1.5m3

33、，则：总占有体积为则筒体部分液深为：竖式蛇管总高 又两端弯管总长，两端弯管总高为1m，则直管部分高度：则一圈管长： 每组管子圈数n0：取10圈L实=23.71×10×12（4.2×12）=2895.6>2509.2（m）现取管间距为，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）。.校核布置后冷却管的实际传热面积：而前有F=627.3m2，可满足要求。设备材料的选择选用A3钢制作，以降低设备费用。4.1.6.1发酵罐壁厚的计算计算法确定发酵罐的壁厚S （cm）式中 P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0

34、.4MPa D发酵罐内径，D=680cm A3钢的应用应力，=127MPa 焊接缝隙， =0.7 C壁厚附加量（cm）式中 C1钢板负偏差，现取C1=0.8mm C2为腐蚀余量，现取C2=2mm C3加工减薄量，现取C3=0选用18mm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5如下： （cm）式中 P=0.4MPa D=680cm=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）=0.74.1.6.2接管设计接管的长度h设计：各接管的长度h根据直径大小和有无保温层，一般取200500mm。接管直径的确定：按排料管计算：该罐实装醪量467.5m3，设2h之内排空，则物料

35、体积流量发酵醪流速取v=1m/s;则排料管截面积为F物。管径：取无缝管325×8mm，309mm287mm，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0.10.50vvm，为常温下20，0.1MPa下的情况，要折算0.4MPa、30 状态。风量Q1取大值，。利用气态方程式计算工作状态下的风量Qf8取风速v=25m/s，则风管截面积Ff为则气管直径d气为：因通风管也是排料管，故取两者的大值。取325×8mm无缝管，可满足工艺要求。排料时间复核：物料流量Q=0.065m3/s，流速v=1m/s；管道截面积：，在相同的流速下，流过物料因管

36、径较原来计算结果大，则相应流速比为排料时间：4.1.7支座选择生物工程工厂设备常用支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又分为支腿，圈型支座，鞍型支座三种。立式支座也分为三种即悬挂支座，支承式支座和裙式支座。对于100m3以上的发酵罐，由于设备的质量较大，应选用裙式支座。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。 4.2.1种子罐容积和数量的确定 种子罐容积的确定：接种量为8%计算，则种子罐容积V种为：式中 V总发酵罐总容积（m3）由上知可选用容积50 m3的种子罐进

37、行反应 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1618h，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V'总为：简化方程如下： 整理后解方程得D=3.1m则H=2D=2×3.1=6.2（m）圆筒容量 ： 单个封头容量：V'封=3.897（m3） 校核种子罐总容积V'总：比需要的种子罐容积50m3大 ，可满足设计要求。4.2.2冷却面积的计算 采用列管冷却 发酵产生的总热量： 竖式列管传

38、热系数：取经验值K=4.18×500kJ/（m2·h·） 平均温差：发酵温度32；水初温2023，取23；水终温27，则平均温差： 冷却面积F： 设备材料的选择 采用A3钢制作4.2.3壁厚计算 内罐的壁厚式中 D设备的公称直径，310cm m外压容器的稳定系数，与设备的起始椭圆度有关，在我国，m=3 P设计压力，与水压有关，P=0.4MPa E金属材料的弹性模量9，对A3钢E=2×105MPa C壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18 L筒体长度，L=110cm将数值代入公式：取12mm 封头的厚度封：查发酵工厂工艺设计概论P

39、317表16 碳钢椭圆封头最大需用内部压力i 对于上封头，取封=9mmii 对于下封头，取封=12mm 冷却外套壁厚：查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，确定套=9mm 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，确定套封=12mm4.2.4设备结构的工艺设计 挡板：根据全挡板条件，式中B挡板宽度B（0.1-0.12）D=0.1×3100=310mm D罐径D3100mm Z挡板数：取Z6块 搅拌器：采用六弯叶涡轮搅拌器直径：Di0.30.35D现取：叶片宽度：弧长：盘径：叶弦长：搅拌器间距：底距：搅拌器转速N2，根据50L罐，470

40、r/min，使用P0/V为基准放大6，N1470r/min，搅拌器直径Di=112mm两挡搅拌。 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。i 计算Rem8式中 D搅拌器直径，D=0.93m N搅拌器转速， 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度， =1.3×10-3N·s/m2 将数代入上式：视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7ii 计算不通气时的搅拌轴功率P0： 式中 Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N搅拌转速，N=114.62r/min=1.91r/s D搅拌器直径，D=0.93m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：两挡搅拌iii

41、计算通风时的轴功率Pg式中 P0不通风时搅拌轴功率（kW）， N轴转速，N=114.62r/min D搅拌器直径（cm），D3=0.933×106=8.04×105 Q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0.11；则Q=44×0.11×106=4.84×106（ml/min）代入上式：iv 求电机功率P电：采用三角带传动1=0.92；滚动轴承2=0.99，滑动轴承3=0.98；端面密封增加功率为1%；代入公式数值得： 进风管：该管距罐底4090mm之间，现取50mm向下单管。通风

42、管管径计算：设罐压0.4MPa，发酵温度t=32，风速v=20m/s，通风量为0.18VVm，常压下t0=20，送风量V为：将通风换算成工作状态，求通风管直径d1圆整，查发酵工厂工艺设计概论，无缝钢管(YB231-70)，管径采用63×3.5mm ,内径63-2×3.5=56 mm大于45 mm，可满足生产要求。 进出物料管：该管为物料进口，管底距罐底4090mm之间，现取60mm向下单管。按输送物料算：20min送完3.1m3物料则物料流量为管道截面为F，物料流速为v=0.51m/s，现取v=0.5m/s，则：设管径为：查发酵工厂工艺设计概论，无缝钢管，管径采用325&#

43、215;8mm ,内径325-2×8=309 mm大于305 mm，可满足生产要求。 冷却水管：由前知需冷却热量，冷却水温变化23 27，水比热容则耗水量W为：=13.938（kg/s）取水流速v=1m/s；则冷却管直径为4.2.5支座选型 选用支撑式支座4.3空气分过滤器4.3.1种子罐分过滤器分过滤器风量的计算：查生物工程设备P389 表3-1-9 JLS-D型空气过滤器技术特性，选用JLS-D-3型空气过滤器，过滤能力3m3/min，外型尺寸238×1085mm, 重量36kg，进出口管径48×4，与种子罐进风口不一致，可采用法兰变径即可。过滤能力3m3/min大于2.044m3/min，能满足生产要求。 数量与级种子罐数量一致，共6只。 4.3.2发酵罐分过滤器分过滤器滤层直径计算： 式中 V通过发酵罐分过滤器的空气流量（0.4MPa下） Vs通过分过滤器的气速，现取0.2m/s则 分过滤器直径：。 现取 ：查金属材料表，选无缝钢管，或用钢板卷制。圆整倒推荐值：D过滤器=2000mm分过滤器的壁厚：设计压力P=0.5MPa取S=6mm。进出气管：进出气管直径可取与设备通风管一致，即133×4无缝管数量：分过滤器与发酵罐相配合，每罐一个，共需9台。滤