年产10万吨味精厂发酵车间设计

1、. z.- - - .可修编 .南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计年产10万吨味精厂发酵车间设计Annual Production Capacity of 100,000 Tons of Monosodium Glutamate Fermentation Plant Design Workshop学 院： 生物与化学工程学院 专 业： 生 物 化 学 专 业 学生*： * 学 号： * 指导教师： 李 杰讲师 完成日期： 2009.5 *理工学院 Nanyang Institute of Technology-. z.年产10万吨味精厂发酵车间设计生物工程专业 *摘 要本设计的题目

2、是年产10万吨味精厂发酵车间设计，在熟悉味精及其生产的根底上通过比较不同工艺的优缺点，确定能满足生产任务的先进、合理的工艺流程。根据所采用的工艺流程、该工艺对原料的利用情况确定满足生产任务所需原料的量，然后确定所采用的设备类型、构造尺寸，同时进展所需水的衡算，同时确定培养基灭菌流程，然后进展所需设备的选型和计算，最后进展发酵车间的设备布置，并制作工艺流程图和设备布置图。关键词味精 物料衡算 发酵车间设计 设备选型-. z.Annual Production Capacity of 100,000 Tons of Monosodium Glutamate Fermentation Plant D

3、esign WorkshopBiological Engineering MajorLI TingAbstract：This design is the subject of an annual output of 100,000 tons of monosodium glutamate fermentation plant design workshop, in a familiar and monosodium glutamate production based on parative advantages and disadvantages of different processes

4、 to determine the production tasks to meet the advanced and reasonable process. According to the process used in the process of utilization of raw materials to meet production requirements to determine the amount of raw materials, and then used to determine the type of equipment, structure, size, at

5、 the same time to carry out the necessary balance of water and steam balance, at the same time to determine medium sterilization processes, the necessary equipment and then proceed to the selection and calculation of the final fermentation workshop equipment layout, and production process flow diagr

6、am and equipment layout.Key words：Monosodium glutamatematerial balance fermentation workshop design equipment selection-. z.目 录 TOC o 1-3 u 前言11 味精生产工艺 PAGEREF _Toc231877996 h 31.1 工艺选择 PAGEREF _Toc231877997 h 31.2 原料选择 PAGEREF _Toc231877998 h 41.3 菌种选择 PAGEREF _Toc231877999 h 41.4 培养基选择 PAGEREF _To

7、c231878000 h 42 工艺设计 PAGEREF _Toc231878001 h 62.1 物料衡算 PAGEREF _Toc231878002 h 62.1.1 工艺技术指标及根底数据 PAGEREF _Toc231878003 h 62.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算 PAGEREF _Toc231878004 h 72.2 无菌空气消耗量的计算 PAGEREF _Toc231878005 h 92.2.1 无菌空气消耗量计算的意义 PAGEREF _Toc231878006 h 92.2.2 无菌空气消耗量计算 PAGEREF _Toc231878007 h 92.3 设备的设

8、计选型 PAGEREF _Toc231878008 h 112.3.1 专业设备设计选型 PAGEREF _Toc231878009 h 112.3.2 连续操作设备的计算和选型 PAGEREF _Toc231878010 h 252.3.3非专业设备的计算和选型 PAGEREF _Toc231878011 h 282.4 味精厂发酵车间设备一览表 PAGEREF _Toc231878012 h 302.5车间设计布置原则 PAGEREF _Toc231878013 h 312.6车间布置相关技术参数要求 PAGEREF _Toc231878014 h 322.7 设备布置说明 PAGEREF

9、 _Toc231878015 h 33结论 PAGEREF _Toc231878016 h 35参考文献 PAGEREF _Toc231878017 h 36致 谢 PAGEREF _Toc231878018 h 37-. z.前言味精是人们熟悉的鲜味剂，是世界上应用*围最广、产销量最大的一种氨基酸类物质，是发酵工业和调味工业的主导产业。 味精的化学成分是谷氨酸钠,为白色透明有光泽的八面柱状结晶体。易溶于水，不溶于纯酒精、醚及丙酮等有机溶剂，对光稳定，中性条件下水溶液加热也不分解，一般情况下无毒性。味精是重要的调味品之一，作为调味品的市售味精，为枯燥颗粒或粉末，因含一定量的食盐而稍有吸湿性，贮

10、放应密闭防潮。商品味精中的谷氨酸钠含量分别有90%、80%、70%、60%等不同规格，以80%最为常见，其余为精盐，食盐起助鲜作用兼作填充剂。市场也有不含盐的颗粒较大的结晶味精。据研究：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。其摄入体内后可分解成谷氨酸、酪氨酸，对人体安康有益。但过多的食用味精就会出现一些不良反响，如头昏眼花，眼球突出，上肢麻木，下颌发抖，心慌气喘，晕眩无力等表现。因此，在烹制食品时，放入味精宜适量1。味精是世界上应用*围最广、产销量最大的一种氨基酸类物质,是发酵工业和调味工业的主导产业。主要生产国家和地区有中国、韩国、日本、印尼、泰国

11、、法国、巴西和我国*等地，其中，亚洲的味精产量占世界总产量的90，而我国又是世界上最大的味精生产国之一。就人均消费量来看，我国味精消费主要在沿海经济兴旺地区。据估计，市年消费达1.5万吨。因而预期味精需求将有进一步的增长，我国和世界局部地区味精产品的消费潜力很大，市场前景看好，为我国开展味精工业提供了先决条件。我国味精的生产，从技术水平上看，与国外还有不小的差距，主要表现在以下几个方面：菌种性能，我国平均产酸水平56%，日本1014%，糖酸转化率，我国45左右，而日本则在5060左右；工艺和过程控制，我国普遍采用底糖或中糖发酵，而日本已采用高糖并实行流加糖工艺；生产规模，我国生产规模普遍较小；

12、污染，国外已普遍对味精废液进展了综合利用，我国在培养单细胞蛋白方面取得了一定的成功。经过近年来引进国外技术和技术改良，缩短了我国与国外先进水平的差距。主要表现在以下几个方面: 1技术提高。谷氨酸平均产酸率从4.58%提高至8.46%，糖酸转化率从38.24%提高到54.07%，提取率从77.87%提高到89.22%，精制率得从89.51%提高到93.50%。均已到达或接近世界先进水平。2发酵设备开展朝向大型化。多数味精厂已淘汰了75m3、的发酵罐，广泛采用100m3至200m3的中型罐。1997年,*益力味精厂已建立全国最大容量660m3的发酵罐，产酸率到达10以上。等电点罐从原来的50 m3

13、,开展至现时的200m3；离子交换柱由1.2m扩大到6.0m；味精结晶缸由610m3扩大到1225m3。3工艺改良。味精生产糖化工艺，1994年，全行业由酸法过渡到酸酶、酶酸法，并采用连续喷射液化，使淀粉糖化收率从90左右提高到9798，味精总收率提高4，全行业年增产味精2万多吨，糖液含糖由18-20提高到3036，为酶发酵产酸创造了有利的条件。4开发替代原料,降低生产本钱。我国味精生产均以淀粉为原料。本钱相比照较高，如全部改用玉米代替大米做原料，每吨味精本钱由比国际同行业先进水平高1000元有望降到比国际同行业先进水平低2000元的水平，同时可大大减少生产所形成的有机废水、废渣，实现清洁生产

14、。5 环保问题，味精行业已成为国家限期治理三河三湖地区的重点行业之一。目前全国主要味精十几个企业根本上实施了废水达标排放。*轻工业大学研制的味精封闭循环的清洁生产工艺，在*味精厂中试的根底上，在菱花味精厂进展2 万吨味精规模的生产性试验，取得满意结果2。本设计主要研究以玉米为原料进展发酵生产味精的过程。主要涉及菌种的选育、谷氨酸发酵设备的设计和选型，及发酵条件的控制等方面的内容。关键的问题是工艺流程的选择和确定，这关系到味精产量的多少和质量的好坏，因此工艺流程确实定必须要选择先进、经济的工艺流程。其次就是车间设备的布置，车间设备布置得好坏直接关系着整个工厂的生产效率和能力的耗损，因此必须要慎重

15、解决。最后争取在工艺上力求其合理性和先进性，在设备上尽量采用先进的生产设备，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率，在技术上尽量采用已成熟的生产技术，使建厂后即能顺利投产，并能到达设计能力。1 味精生产工艺1.1 工艺选择目前国内正在采用的谷氨酸发酵工艺有酸解法、双酶法、酶酸法等三种，此三种发酵工艺各有优缺点。选择发酵工艺时应该根据具体情况，如所用的原料、发酵设备、提取工艺、水、热量等条件来决定1。无论采用哪一种工艺都必须到达提高效率、降低单耗、降低本钱，而不能片面追求*一项高指标，必需考虑综合效益。淀粉水解糖或糖蜜淀粉水解糖或糖蜜配料配料菌种一级种子二级种子发酵菌种一级种

16、子二级种子发酵晶种晶种等电点提取等电点提取洗脱母液上离子交换柱离心别离洗脱母液上离子交换柱离心别离谷氨酸谷氨酸中和、脱色中和、脱色真空煮晶真空煮晶别离别离枯燥枯燥筛分筛分成品味精成品味精图1 发酵法制造谷氨酸的工艺流程Figure 1 Glutamic Acid Fermentation Process to Create目前谷氨酸的生产方法主要有三种： 蛋白质水解法：植物蛋白水解提取，甜菜糖蜜中提取； 合成法：以化工原料丙烯腈、糖醛、环戊二烯为原料合成； 发酵法：以淀粉或糖蜜为原料，经糖化、发酵、谷氨酸提取后用谷氨酸制造味精。蛋白质水解制造味精是最古老的一个方法，其优点是水解操作易于掌握，但

17、原料来源少，价格高，得率低，对设备腐蚀性打，劳动繁重，故此法目前已极少使用；合成法的优点是不用粮食原料，但需要高温高压，设备要求高、严密性好，不适于一般工厂生产；目前，国内谷氨酸味精的生产已全部采用发酵法，而且多以淀粉为原料，仅有少数工厂采用糖蜜作为原料。这个方法的优点是： 原料来源丰富，含糖原料、碳氢化合物等经微生物发酵均可获得需要的产品，不像水解法那样，只能利用蛋白质为原料。 得率高，本钱低。按目前发酵水平，每100kg糖发酵转化为谷氨酸可达45kg左右，如用碳氢化合物转化率可高达70%以上，本钱较水解法低50%以上。 有利于机械化自动化生产，劳动强度降低，生产率较高1。发酵法生产味精的全

18、过程可划分为四个工艺阶段:原料的预处理及淀粉水解糖的制备;种子扩大培养及谷氨酸发酵;谷氨酸的提取;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，通过供水管路输送到各个生产需求部位4。1.2 原料选择*省是华北黄淮主要玉米产区之一，而且是全国的农业大省，其玉米产量更是全国之最。由此可知，选用玉米做原料既满足要求又可以节省很大的原料投

19、资。1.3 菌种选择目前国内各味精厂使用的谷氨酸生产菌株主要有：棒杆菌AS.1299、7338、S941、D110、WTH1;钝齿棒杆菌AS1.542、HU7251、B9、F263；*短杆菌T613、FM8207、FM415、U9、D85等菌株。通常选用B9菌株作为发酵用菌种，7338菌株作为B9菌株感染噬菌体后的备用调换菌种。1.4 培养基选择 种子培养基国内谷氨酸发酵种子扩大培养普遍采用二级种子培养的流程，即：斜面菌种一级种子培养二级种子培养发酵罐。 一级种子培养一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌株，培养基组成应以少含糖分，多含有机氮为主，培养条件从有利于长菌考虑。 二级种子培养为了

20、获得发酵所需要的足够数量的菌体，在一级种子培养的根底上进而扩大到种子罐的二级种子培养。种子罐容积大小取决于发酵罐大小和种量比例。 发酵培养基与种子培养基不同，发酵培养基不仅是供应菌体生长繁殖所需要的营养和能源，而且是构成谷氨酸的碳架来源，要积累大量谷氨酸，就要有足够量的碳源和氮源，其量大大的高于种子培养基。 培养基灭菌方法的选择中小规模的味精厂培养基灭菌多采用实罐间歇灭菌，以简化操作手续。规模较大的厂则考虑连续灭菌以提高经济效益。连续灭菌也叫连消，其温度一般以126132 为宜，总蒸汽压力要求到达0.0440.049MPa以上。本设计采用连消塔喷淋冷却流程2。图2 连消塔喷淋冷却流程图Figu

21、re 2 Even Eliminate Spray Cooling Tower Flow Chart2 工艺设计2.1 物料衡算年产10万吨味精工厂发酵车间物料平衡时工艺计算的根底，它是工艺设计工作从定性分析进展到定量计算的开端。一旦选定了生产方法并完成了工艺流程示意图的设计后，就可以进展物料平衡计算，通过物料平衡计算可以求出生产过程中原料、中间体和产品等进出生产设备的物料的成分、重量和体积，进而计算出生产产品的原料消耗定额以及单位时间内日或年原料的消耗量，成品的产量和副产物、废物等物料的排出量。 根据物料平衡计算的结果可以确定生产设备的容量、设备的台数和主要尺寸，进展工艺流程草图的设计和水、

22、蒸汽、热量、无菌空气消耗量等地计算。物料平衡计算的根本依据是质量守恒定律，即引入各设备的全部物料质量必须等于离开该设备的全部物料质量和物料损失之和。2.1.1 工艺技术指标及根底数据1主要技术指标如下表所示3：表1 谷氨酸发酵工艺技术指标Table 1 Specifications of Glutamic Acid Fermentation Process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，等电点离子交换提取年生产天数d/a300产品日产量t/a334产品质量纯度%99倒灌率%0.2发酵周期h48发酵初糖Kg/m3150淀粉糖转化率%108糖酸转化率%60谷氨酸含

23、量%95谷氨酸提取率%95味精对谷氨酸产率%1222主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。 3二级种子培养基g/L 水解糖50，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆510，泡敌0.6，硫酸锰0.002，硫酸亚铁0.002，生物素0.02。 4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，硫酸亚铁0.002，硫酸锰0.002，尿素总尿40，泡敌1.0，生物素0.025接种量为8% 。 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100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。1发酵液量V1式中 2

24、20发酵培养基初糖浓度kg/m3 60%糖酸转化率 95%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/m35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，故耗用的淀粉量G淀粉为：式中 80%淀粉原料含纯淀粉量 108%淀粉糖转化率7尿素耗用量 二级种液耗尿素量为V3：发酵培养基耗尿素为V4 ：故共耗尿素量为263.834kg8糖蜜耗用量 二级种液耗用糖蜜量V5：

25、 发酵培养基耗糖蜜量V6：合计耗糖蜜36.68kg9氯化钾耗量GKCl：10磷酸氢二钠Na2HPO47H2O耗量G3：11硫酸镁MgSO47H2O用量G4： 12消泡剂泡敌耗用量G5： 13玉米浆耗用量8 g/L 14生物素耗用量 G7： 15硫酸锰耗用量G8二级种液耗用糖蜜量 发酵培养基耗糖蜜量 故共耗硫酸锰量为1.06 kg16硫酸亚铁耗用量G9 二级种液耗用糖蜜量 发酵培养基耗糖蜜量 故共耗硫酸亚铁量为1.06 kg17磷酸耗用量G10： 18谷氨酸麸酸量G11 发酵液谷氨酸含量为：实际生产的谷氨酸提取率95%为：19植物油耗用量G12： 具体计算结果如表表2 100000t/a味精厂发

26、酵车间的物料衡算Table 2 100000t / a Monosodium Glutamate Factory Fermentation Plant Material Balance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m36.556.551052183.34二级种液m30.5245.24104174.67发酵水解用糖kg14411.4411084.8105二级种培养用糖kg26.22.621068733.34水解糖总量kg1467.21.471084.9105淀粉用量(kg)1529.91.531085.10105尿素用量263.842.64

27、1078.8104糖蜜用量kg36.683.6710612240氯化钾用量kg5.245.241051746.67磷酸氢二钠用量kg0.5245.241041746.67硫酸镁用量kg4.244.241051413.34泡敌用量kg6.556.551052183.34植物油用量kg6.556.551052183.34生物素用量kg0.02362.361037.87玉米浆用量kg4.194.191051396.67硫酸锰用量kg1.06111.0611105353.7硫酸亚铁用量kg1.06111.0611105353.7磷酸用量kg1.311.31105436.67谷氨酸用量kg819.88.

28、198107273.271032.2 无菌空气消耗量的计算2.2.1 无菌空气消耗量计算的意义大多数微生物的生长、繁殖和代谢都需要氧的存在，尤其是好氧培养过程更是需要消耗大量的氧，氧有时甚至是影响发酵生产的制约因素。在好氧发酵过程中，要使发酵液保持一定的溶氧浓度，就必须向反响系统通入大量的无菌空气，以保证发酵液有一定的溶氧浓度，使发酵过程得以顺利进展。通过无菌空气用量的计算，可以确定与发酵设备配套的压缩机的选型与台数，并进展空气过滤除菌系统的设计3。2.2.2 无菌空气消耗量计算 发酵工业技术指标及根底数据 生产一吨味精的发酵液量：6.55m3 二级种子液：0.524m3 发酵时间：38h 发

29、酵周期含清洗、灭菌等：48h 发酵罐公称容积：500 m3 发酵罐装料系数：70 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，其次是种子培养的通气以及培养基压料输送。此外，因设备和管路、管件等的消毒吹干以及其他损耗也构成无菌空气的消耗量。 单罐发酵无菌空气耗用量 由经历数据可知，500 m3规模的通风搅拌发酵罐的通气率为0.15VVm。 单罐发酵过程用气量：V=500700.1560=1050 (m3h) 单罐年用气量：Va=V38150=6106m3 式中 150每年单罐发酵批次 种子培养等其他无菌空气耗量二级种子培养是在种子罐中进展的，可根据接种量、通气速

30、率、培养时间等进展计算，但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25，故无菌空气耗量为：V=25V=262.5(m3h)每年用气量为：Va=25Va12=2.1107 m3式中 12发酵罐个数 发酵车间顶峰无菌空气消耗量Vma*=12(V+V)=121050+262.5=18375(m3h) 发酵车间无菌空气年耗用量Vt=12150(V+V)38=1.05108(m3) 发酵车间无菌空气单耗根据设计，实际味精年产量为：G=55070%73006.55=1.24105ta故发酵车间无菌空气单耗为：V0= VtG=846

31、.8m3t) 1000000ta味精厂发酵车间无菌空气衡算表根据上述计算，得出1000000ta味精厂发酵车间无菌空气用量衡算表。表3 发酵车间无菌空气衡算表Table 3Fermentation Plant Sterile Air Balance Sheet发酵罐公称容积(m3)单罐通气量(m3h)种子培养耗气量(m3h)顶峰空气耗量(m3h)年空气耗量(m3h)空气单耗m3t味精5001050262.5183751.05108846.8发酵罐装料系数为70%，发酵周期为40h，年生产天数为300天，实际生产能力为1.24105ta，公称容积为500 m3，全容积为550 m3。2.3 设备

32、的设计选型通常，发酵工厂所涉及的设备分为专业设备、通用设备和非标准设备。专业设备是指发酵罐、糖化锅等专业性较强、仅为发酵工厂使用的设备；泵、风机等各行各业都可以使用的设备成为通用设备；非标准设备是指生产车间的贮藏、池子等设施。因本设计只涉及发酵车间，故主要介绍发酵车间设备的工艺设计与选型。热量衡算是工艺设计中的重要内容，它可以为过程设计和操作提供依据，是组织管理、经济核算和最优化的根底。通过热量衡算可以计算出生产过程的能耗，应用蒸汽消耗量等指标，对工艺设计的多种方案进展比较，从而选定先进的生产工艺，或对生产过程提出改造或革新。分析生产过程的经济合理性、过程的先进性，从而找出生产上的问题，进而予

33、以改良。同时，热量衡算还可为设备的造型及其尺寸、台数确实定提供依据。总之，热量衡算的结果有助于生产工艺流程和设备的选择、改良，到达节约能源、降低生产本钱、优化生产的目的。2.3.1 专业设备设计选型年产10万吨99%纯度的味精厂，其中发酵设备为间歇操作，灭菌设备为连续操作。 发酵罐1发酵罐的选型 当前，好气发酵罐的各种罐型纷纷出现，我国谷氨酸发酵占统治地位的发酵罐仍是机械涡轮搅拌通风发酵罐。选用这种发酵罐的原因主要是：历史悠久，资料齐全，在比较放大方面积累了较丰富的成功经历，成功率高。2生产能力、数量和容积确实定 发酵罐容积确实定：选用500m3罐 生产能力的计算：现每天生产99%纯度的味精3

34、34t，每吨100%的味精需糖液6.55m3，谷氨酸的发酵周期为48h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。则每天需糖液体积为V糖 ：设发酵罐的填充系数=70%；则每天需要发酵罐的总容积为V0发酵周期为48h：发酵罐个数确实定5：公称容积为500m3的发酵罐，全容积为550 m3取公称容积500 m3 发酵罐13个，其中一个留作备用。实际产量验算：富裕量： 能满足生产要求。3主要尺寸的计算：按全容积550 m3的发酵罐进展计算，取高径比 H：D=1.8：16则有：得：，H=1.8D=12.4m；根据经历数据知封头高：上、下封头容积 ：V上= V下=D324=42.97m3圆柱局部容

35、积：V筒=0.785 D3 H=464.3m3验算全容积V全：V全= V筒+2 V封=464.3+42.972=549.79550m3V全=V全符合设计要求，可行。4冷却面积的计算 为了保证发酵在最旺盛、微生物消耗基质最多以及环境气温最高时也能冷却下来，必须按发酵生成热量顶峰，一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能到达最高温度的恶劣条件下，设计冷却面积。 计算冷却面积使用牛顿传热定律8，即：。对谷氨酸发酵，每1m3发酵液在每1h传给冷却器的最大热量约为4.186000kJ/(m3h) 8。采用竖式列管换热器，取经历值K=4.18500 kJ/(m3h) 8。平均温差tm8： 32 3220 2

36、7 12 5代入 对公称容量500 m3的发酵罐，每天装6罐，每罐实际装液量为换热面积 Q换热器的热负荷，kJ/hK局部总传热系数，kJ/(m2h)F换热面积，m2tm平均温差，5搅拌器设计 机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮有三种形式，由于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器6。 该搅拌器的各局部尺寸与罐径D有一定比例关系5:Di:di:L:B=20：15：5：4搅拌器叶径取d=2.3m叶宽 ： 弧长： 底距： 盘径 ： 叶弦长： 叶距 ： 弯叶板厚： =14mm取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，搅拌转速N1=110r/min。以等P0

37、/V为基准6放大可求得：6搅拌轴功率的计算 通风搅拌发酵罐淀粉水解糖液低浓度细菌醪可视为牛顿流体。 计算Rem3式中 D搅拌器直径，D=2.3m N搅拌器转速，醪液密度，=1050 kg/m3醪液粘度， =1.310-3Ns/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P03：式中 Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N搅拌转速，N=65r/min=1.08r/s D搅拌器直径，D=2.3m醪液密度，=1050kg/m3代入上式：两挡搅拌， 计算通气时的轴功率Pg3式中 P0不通气时搅拌轴功率kW，N轴转速，N=65r/min D搅拌叶轮直径cm，D3=2

38、.33106=1.2107 cm Q通风量ml/min设通风比VVm=0.110.18，取底限，通风量变大，Pg变小，为平安。现取0.11，则：Q=3500.11106=8.7106ml/min代入上式，得： 求电机功率P电3：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%9；代入公式数值得：7设备构造的工艺计算 空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径2196mm5。 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9. 最高热负荷下的耗水量W5：式中 Q总每1m3

39、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/kgK 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8.5910-2m3/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=8.5910-2m3/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：设冷却管总外表积为S总，管径d0，组数为n，则：取n=40，求管径。由S总=n0.785d022：查金属材料表选取633.5mm无缝管10，认为可满足要求，。现取竖式蛇管端部U型弯管曲径为

40、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633.5mm，每米长冷却管冷却面积为：则:冷却管占有体积： 每组管子圈数n0：现取管间距为：，竖式蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出与搅拌器的距离在允许*围内不小于200mm。.校核布置后冷却管的实际传热面积5：式中L实=L+40=2890m2，其中40是接收，取得经历值。而前有F=541.35m2，可满足要求。8设备材料的选择5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S5 cm式中 P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4M

41、Pa D发酵罐内经，D=690cm A3钢的应用应力，=127MPa焊接缝隙， =0.7 C壁厚附加量cm式中 C1壁厚负偏差，通常为壁厚的10%15%mm，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19mm厚A3钢板制作。10支座选择 对于75 m3以上的发酵罐，由于设备总重量较大，应选用裙式支座，所以本设计选用裙式支座。 种子罐由试管斜面保藏的菌种挑取一接种环的纯种，繁殖成能够供大规模生产需用的数百以至数千升种子的数量，其中必须经过假设干扩大培养阶段。一般的工艺流程为：试管斜面菌种试管斜面活化培养三角瓶摇床培养一级种子种子罐培养二级种子1。 二

42、级种子罐1二级种子罐的选型 二级种子罐选型同发酵罐，仍采用机械搅拌通风发酵罐。 2二级种子罐容积和数量确实定 二级种子罐容积确实定：接种量为8%计算，则种子罐容积V种为：式中 V全发酵罐总容积m3 二级种子罐个数确实定：种子罐与发酵罐对应上料。发酵罐平均每天上6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。 主要尺寸确实定 二级种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。H：D=1.8：1，则种子罐总容积量V总为：简化方程如下：解方程得: D=2.98m,H=1.8D=5.36m单个封头容量：圆筒容量 ： 校核种子罐总容积V总：比需要

43、的种子罐容积44 m3大 ，可满足设计要求。 冷却面积的计算 采用夹套冷却 发酵产生的总热量： 夹套传热系数5：现取K=4.18220kJ/m2h 平均温差：发酵温度32；水初温2023，取23；水终温27，则平均温差： 需冷却面积F： 设备材料的选择 采用A3钢制作 设备构造的工艺设计 挡板：根据全挡板条件6，式中B挡板宽度，B0.10.12D=0.10.122980=298357.6mm在此B取298 mm D罐径D2980mm Z挡板数：取Z6块 搅拌器：二级种子罐仍采用六弯叶涡轮搅拌器，该搅拌器虽然没有标准化的规定，但有公认的比例尺寸：直径：Di0.30.35D现取： 叶片宽度： 弧长

44、： 盘径： 叶弦长： 搅拌器间距： 底距： 搅拌器转速N2，根据50L罐，470r/min，使用P0/V为基准放大6，50L罐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=1.043m N搅拌器转速，醪液密度，=1050 kg/m3醪液粘度， =1.310-3Ns/m2则：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=106r/min=1.77r/s D搅拌器直径，D=1.043m醪液密度，=10

45、50kg/m3代入上式，得：两挡搅拌iii 计算通风时的轴功率Pg式中 P0不通风时搅拌轴功率kW，kW N轴转速，N=106r/min D搅拌器直径cm，D3=1.0433106=1.14106 Q通风量ml/min，设通风比VVm=0.110.18，取底限，如通风量变大，Pg会变小，为平安，现取0.11；则Q=28.80.11106=3.2106ml/min代入上式： 进出物料管该管为物料与通风共用，管底距罐底2560mm之间，现取30mm向下单管。按输送物料算：20min送完28.8m3物料即360.98%，则则物料流量为管道截面为F，物料流速为v=0.51m/s，现取v=1.0m/s，

46、则：设管径为：查生物工程工厂设计概论，P271表12，无缝钢管(YB231-70)，管径采用1946mm 无缝管,内径194-26=182 mm大于175 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：冷却水体积流量为3103m3s,取冷却水在竖直蛇管中的流速为v=1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积 式中 W冷却水体积流量，W=3103m3s v冷却水流速，v=1m/s代入上式：则冷却管直径为 支座选型 选用支撑式支座 一级种子罐 一级种子罐容积确实定按接种量8%计算，则一级种子罐容积V种为：V种=448%=3.52m3式中 44需

47、要的二级种子罐容积 主要尺寸确实定 一级种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。H：D=1.8：1，则一级种子罐总容量V总为：V总=2V封+V筒简化方程如下：得：D=1.281m取D=1.29m，则H=1.8D=2.33m单个封头容量：圆筒容量 ： 不计上封头容积，则有效容积为：校核一级种子罐总容积V总：比需要的一级种子罐容积3.52 m3大 ，可满足设计要求。 设备构造的工艺设计挡板：根据全挡板条件，式中B挡板宽度，B0.10.12D=0.10.121290=129154.8mm在此B取129 mm D罐径D1290mm Z挡板数：取Z6块 搅拌器：一级种子罐仍采用六弯叶涡轮搅拌器，该搅拌

48、器的比例尺寸：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，470r/min，使用P0/V为基准放大6，50L罐 N1470r/min，搅拌器直径D1=112mm两挡搅拌。一级种子罐个数确实定：一级种子罐与二级种子罐对应上料。二级种子罐平均每天上5罐，需一级种子罐6个。种子罐培养8h，辅助操作时间810h，生产周期1618h，因此，一级种子罐6个已足够，其中一个备用。2.3.2 连续操作设备的计算和选型年产100000t味精的工厂，按前面的计算，发酵周期是48h即2天，故1年内可以生产150批，选用500m3的发酵罐

49、，装料按70。发酵液中谷氨酸的含量和收率均按100%计算。 连消塔的计算和选型 连消塔的选型连消塔的型式有喷孔型、螺旋型、汽液混合喷射型等，其中喷射型构造简单，使用简单方便可靠，一般工厂可自行加工制造，故本设计选用喷孔型。 主要尺寸及接收的计算 灭菌时间确实定：根据经历数据，一般取10min，杀菌时间也不是越长越好，因为过长的杀菌时间会使营养破坏过多，因而培养基在连消塔中的停留时间应保持在1030s之间，一般连消培养基流速取0.30.6m/s。 连消塔的长度：现取培养基流速v=0.6ms，在连消塔内滞留时间t 10s，则连消塔的长度为： 进汽管直径计算：查表知在此压力下的汽速*围为2050m/

50、s之间，取50m/s，则进汽管截面积为：进汽管直径： 进料管直径计算：进料体积流量: 物料流速*围为: 0.30.6m/s,取,则进料管截面积为： 进料管直径： 出料管直径计算：出料管应将进料量加上蒸汽冷凝量，则出料量为: 换算成体积流量为： 取流速为0.6m/s,出料管截面积为:则出料管直径: 连消塔外圆尺寸计算:出料体积流量为195.6m3/h,物料在连消塔中移动速度取0.1m/s,则连消塔下面积为: 又: 式中 D外外筒内径 D内内筒外径，以上两式联立,则得: 维持罐的计算和选型 维持罐的选型维持设备有维持罐及维持管两种，利弊互见。管式对保证先进先出，防止滑漏是有利的，但阻力较大；罐式加

51、工安装容易，但缺点式滞留滑漏现象较多，现选用罐式。数量和容积确实定 数量：与连消塔配套，故其规模取2个。 容积：根据前述灭菌时间，扣除在连消塔逗留的时间，即为在维持罐中的逗留时间，为，又维持罐填充系数取84，则单个维持罐总容量： 设备主要尺寸确实定维持罐考虑返混问题，拟取H/D 2.53，现取H 3D。因设备有一定温度和压力，按受压容器设计，采用椭圆封头。解方程得，D 2.46m，圆整后取2.5m，则H = 3D = 7.5m。查表知，封头容积为：V封 2.56m3核算其总容量：大于V罐39m3，可满足要求。 接收计算进出料管直径应取与连消塔出料管一样尺寸，可保证生产顺利进展。 喷淋冷却装置将

52、已被螺旋板冷却的糖液继续冷却到发酵罐接种温度，即从72降到32。此装置与连消塔、维持罐、配套使用，应选用两个。则单个喷淋冷却装置的冷却面积的计算如下： 冷却热负荷Q3 冷却面积如下计算喷淋冷却的总传热系数K一般取3005004.18，冷却面积比为 68m2/m3h现取K 5004.18 kJ/m2h，温差：将发酵罐排出的冷却水用于喷淋冷却，水温为28，设升至40，而糖液从72降至32。 7232 402832 4则：合，与经历值吻合。设备采用国产钢管，可根据现有管材长度决定直管长度，不要接头，而弯头可用铸造法制U型弯头，也可用管材弯制。查有关经历数据，决定曲率半径R，防止弯曲后通道变小。在安装

53、时为减少阻力、方便施工，应将直管保持水平，固定在架上，而让U型弯道呈倾斜状。2.3.3非专业设备的计算和选型非专业设备是指生产车间中除专业设备和通用设备之外的、用于与生产配套的贮罐、计量罐等设备。味精厂的非专业设备的设计包括尿素溶液贮罐、消尿素溶液罐、尿素溶液罐、尿素计量罐的设备设计。 设备容量确实定 尿素消耗量加尿素总量按发酵醪质量比4.0计算，每天用尿素量为： 尿素溶液体积流加尿素溶液浓度为40，重度为1100kg/m3，每天用尿素溶液体积为V: 需尿素溶液贮罐总容积为V总该尿素溶液贮罐填充系数为70，则有：现将容积圆整到423m3。 各罐设计及几何尺寸确实定 尿素溶液贮罐的设计及几何尺寸

54、确实定 尿素溶液贮罐容量V1每罐配制尿素溶液占全天使用量的1/2，则：，数量取2个。则每罐容积为：，圆整后得106 m3 尺寸的计算尿素溶液贮罐兼有搅拌溶解作用，取平盖椭圆封底，为节省材料，取筒高HD，解方程得： 圆整到推荐的系列值，取D 5m，H 5m。封头高度h1 1000mm，直边高度h2 50mm，封头容量V封 10.37m3，校核其容积V实：V实 V1，可满足要求。 消尿素罐尿素溶液灭菌罐的设计及几何尺寸确实定 消尿素罐容量V2每罐灭菌两次，则：圆整后得53 m3，数量取2个。尿素溶液罐容量V3，为保证灭菌正常进展，保证连续生产，还应设尿素溶液罐2个，则： 尺寸的计算消尿素罐容量为5

55、3m3，实际装液量为37.5m3，为保证尿素溶液浓度改变不是太大，先采用夹套预热至沸点，然后通入直接蒸汽灭菌，此后再用夹套冷却到室温，为保证有足够的换热面积，取，则：整理后得：D 3080mm，圆整后D 3100mm，H 6200mm 单个尿素缓存罐的设计此罐仅作为已灭菌并降温的尿素溶液暂贮罐。以上可知，该罐53m3，实际装液量为37.5m3，无搅拌及换热装置，现取H D，则：解方程得： 圆整到D 3.8m，H 3.8m，封头容量V封 7.75m3。校核容积：，大于53.5m3，可满足要求。 尿素计量罐的设计及几何尺寸确实定 消尿素罐容量V计每次加尿素溶液的量为发酵液的0.60.8，取0.65

56、。计量罐填充系数取 0.40.7，糖液密度1.05t/m3，尿素溶液密度1.1t/m3，则尿素溶液重： 合体积： 尿素溶液计量罐的容量V计为： 圆整到28m3，数量可取2个，则每个计量罐的容量V计为： ，圆整到14 m3。 尺寸的计算设 3.5，则有：解方程得： ，取D 1.7m，则有：校核：，大于14 m3，认为可满足要求 。 2.4 味精厂发酵车间设备一览表表4 100000t/a味精厂发酵车间设备一览表Table 4100000t / a Monosodium Glutamate Factory Fermentation List of Workshop Equipment序号设备名称台

57、数规格与型号材料备注1发酵罐12公称容积500m3A3钢专业设备2二级种子罐6公称容积44m3A3钢专业设备3一级种子罐6公称容积3.52m3A3钢专业设备4连消塔2A3钢专业设备 接下表 续表4 序号设备名称台数规格与型号材料备注5维持罐2V=40m3A3钢专业设备6喷淋冷却器2F=1396m2A3钢专业设备7连消泵2通用标准机体铸铁通用设备8尿素溶液贮罐2V=106m3A3钢非专业设备贮存9消尿素罐2V=55m31Cr18Ni9Ti 混合调量灭菌10尿素溶液罐2V=53m3A3钢非专业设备贮存11尿素计量罐2V=14m31Cr18Ni9Ti计量合计402.5车间设计布置原则 满足生产工艺的

58、要求车间设备布置必须按流程的流向顺序依次进展设备的排列，以保证物料顺畅的向前输送，按顺序进展加工处理，保证水平方向和垂直方向的连续性。不使物料和产品有穿插和往复的运动。尽可能利用工艺位差、对于有位差的设备，应充分利用高位差布置，以节省动力设备及费用3。 满足生产操作的要求 每一个设备都要考虑一定德尔地位，包括设备本身所占地位，设备附属装置所占地位，操作地位，设备检修拆卸地位以及设备与设备、设备与建筑物间的平安距离等。 设备布置应考虑为操作工人能管理多台设备或多种设备创造条件。凡属一样的几套设备或同类型的设备或操作性质相似的有关设备，应尽可能集中布置，使之彼此靠近，以便统一管理，集中操作，方便维

59、修及部件的互换。 设备布置不宜过挤或过松，宜尽量对称紧凑，排列整齐，充分利用空间。设备间的距离要充分考虑工厂操作的要求和交通的便。车间内要留有堆放原料、成品及排出物和包装材料的空地以及必要的运输通道。具有运动机械的设备，还要考虑设置平安防护装置的地位。 要考虑一样设备或相似设备互换使用的可能性和方便性。这样，可充分发挥设备的潜在力量。 满足设备安装、检修的要求 根据设备大小和构造，考虑设备安装、检修及拆卸所需要的空间和面积。 满足设备能顺利的进出车间的要求。经常搬动的设备应在设备附近设置大门或安装孔，大门宽度比最大设备宽0.5米，当设备进入厂房后，很少再需搬出时，则可设置安装洞，即在外墙留预留

60、洞口，待设备运入后，再行砌封。 必须考虑设备的检修和拆卸以及运送物料所需要的起重运输设备。 满足厂房建筑的要求 设备布置时，要避开建筑的柱子及主梁。如设备吊装在柱子或梁上，其荷重及吊装方式需事先告知土建专业人员，并与其协商。 厂房内所有操作台必须统一考虑，防止平台支柱零乱重复，影响车间美观、生产操作及检修。 设备不应该布置在建筑物的沉降缝或伸缩缝处。 在厂房的大门或楼梯旁布置设备时，要求不影响开门和行人出入。 在不严重影响工艺流程顺序的原则下，将较高设备尽量集中布置，这样可以简化厂房体形，节约厂房体积，另外还可以利用建筑上的有利条件，如利用天窗的空间安装较高设备。2.6车间布置相关技术参数要求