1、 生化工廠設計概論課程設計題目：年產3萬噸味精工廠發酵車間設計學 院：生 命 科 學 學 院 專 業：生 物 工 程 年 級：06 級 姓 名：XXX 學 號：XXX 指導教師：XXX 時 間：2009年12月9日前言課程設計是普通高校本科教育中非常重要的一個環節，同時也是理論知識與實際應用相結合的重要環節。本設計為年產3萬噸味精廠的生產車間設計，通過雙酶法谷氨酸中糖發酵以及一次等電點提取工藝生產谷氨酸鈉。谷氨酸單鈉（monosodium glutamate）,呈強烈鮮味，商品名為味精。因味精具有肉類鮮味，現已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內外均呈上升趨勢。隨著人們對味精的認識不斷深入

2、提高，對它的營養價值、安全性及如何正確使用都有了普遍的了解。味精具有很強的鮮味（值為0.03%），現已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內外均呈上升趨勢。1987年3月，聯合國糧農組織和世界衛生組織食品添加劑專家聯合委員會第十九次會議，宣布取消對味精的食用限量，再次確認為一種安全可靠的食品添加劑。味精是一種強堿弱酸鹽，它在水溶液中可以完全電離變成谷氨酸離子（GA+）和鈉離子。味精進入胃后，受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人體吸收后，參與體內許多代謝反應，并于其他許多氨基酸一起共同構成人體組織的蛋白質。味精可以增進人們的食欲，提高人體對其他各種食物的吸收能力，對人體有一定的滋補作用。因為味精里

3、含有大量的谷氨酸，是人體所需要的一種氨基酸，96能被人體吸收，形成人體組織中的蛋白質。它還能與血氨結合，形成對機體無害的谷氨酰胺，解除組織代謝過程中所產生的氨的毒性作用。因此，谷氨酸能用來預防和治療肝昏迷。由于谷氨酸參與腦組織的蛋白質代謝和糖代謝，故而能促進中樞神經系統的正常活動，對治療腦震蕩和腦神經損傷有一定療效。從總體上說，味精行業的發展前景是比較廣闊的，我國是世界上人口最多的國家，而我國的味精出口不足年產量的1%，絕大部分味精都在國內市場上消化了，隨著人民生活水平的提高，人們對味精的需求會越來越大，況且國內外市場上對味精的消費不僅僅限于調味，而是廣泛的作為一種原材料或香料表面活性劑應用于

4、醫藥和化妝品生產行業。由此可見，味精的消費市場開拓是很有前景的。本文對味精發酵生產工藝及主要設備作簡要介紹，以期有助于了解通氣發酵工藝和主要設備的有關知識。設計內容為，了解味精生產中的原料預處理、發酵、提取部分的生產方法和生產流程，根據實際情況來選擇發酵工段合適的生產流程，并對流程中的原料進行物料衡算、熱量衡算及設備的選擇。最后，畫出發酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。整個設計內容大體分成三部分，第一部分主要是味精生產的工藝和設備選擇；第二部分包括發酵罐、種子罐及空氣分過濾器的設計與選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。在本次設計過程中，自始至終得到王能強老師的悉心指導和同學的熱心幫助，在此表示

5、衷心感謝！雖然作者在編寫和修改過程中已做了很大努力，但由于水平有限以及經驗不足，其中還是有許多錯誤和不當之處，敬請各位老師批評指點，以利于作者認識自己的不足，不斷修改和完善。 設計人：XXX 2009年12月9日緒論味精是人們熟悉的鮮味劑，又稱谷氨酸鈉，是L谷氨酸單納鹽（Mono sodium glutamate）的一水化合物（HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O）,或命名為u-氨基戊二酸單鈉一水化合物。它含有一分子結晶水，其分子式為HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O，分子量187.13。具有旋光性，有D-型和L-型兩種光學異構體。谷氨酸跟堿作用生成谷氨酸一鈉，如

6、果堿過量，則生成不具有鮮味的谷氨酸二鈉。味精為八面柱狀晶體，不溶于純酒精、乙醚及丙酮等有機溶劑，易溶于水，相對密度為1.65，熔點195，在120以上逐漸失去分子中的結晶水。 味精的比旋光度=+25.16（C=10，2NHCl）。0.2%味精溶液的pH為0.7。 味精生產大致經歷了三個大的階段： 第一階段：最早的味精制造方法就是從天然的食物材料中抽取，例如：將海帶以熱水煮過，取其湯液濃縮后即可得到含有味精的濃縮液或調味粉。 第二階段：最早商業化制造味精的原料是面筋。 面筋即是面粉中的蛋白質，采用的方法是蛋白質水解法，因為面筋的來源豐富，且含有高達23%的麩胺酸，最適合做為制造味精的原料。 第三

7、階段：1958年利用微生物生產味精的發酵技術開發成功，主要是利用葡萄糖、果糖或蔗糖為糖源，經特別篩選的味精生產菌種吸收代謝后，合成大量的麩胺酸，是屬于生物合成的天然胺基酸。這些特別篩選的微生物會將糖蜜中的糖轉變成麩胺酸。每消耗一公斤的糖，約可產生0.5公斤的麩胺酸，生產效率非常高。 受經濟危機影響，全球經濟大幅縮水，國外的餐飲業大幅受到影響，味精工業的發展自然受到沖擊，我國味精產業由于主要以內銷為主，影響不大，又由于國家大幅擴大內需，是以發展前景樂觀。 目錄前言.1 緒論.錯誤！未定義書簽。一.味精生產工藝.41.1 味精生產工藝概述.41.2 原料的預處理及淀粉水解制備.5 1.2.1 原料

8、的預處理.5 1.2.2 淀粉水解制備.51.3 種子擴大培養及谷氨酸發酵.51.4 谷氨酸的提取.51.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工.5二.發酵罐及種子罐的設計與選型.6 2.1 味精工廠發酵車間的物料衡算.6 2.1.1 工藝技術指標及基礎數據.6 2.1.2 谷氨酸發酵車間的物料衡算.6 2.1.3 30000t/a味精廠發酵車間的物料衡結果.8 2.2 熱量衡算.9 2.2.1 液化工序熱量衡算.9 2.2.2 連續滅菌和發酵工序熱量衡算.9 2.2.3 谷氨酸鈉溶液濃縮結晶過程的熱量衡算.10 2.2.4 干燥過程的熱量衡算.11 2.2.5 生產過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結果.1

9、1 2.3 無菌空氣耗量計算.12 2.4 設備設計與選型.12 2.4.1 發酵罐.12 2.4.2 種子罐.21 2.4.3 空氣分過濾器.27 2.4.4 味精廠發酵車間設備一覽表.28致謝.28主要參考文獻.29一.味精生產工藝1.1.味精生產工藝概述味精生產全過程可劃分為四個工藝階段：（1）原料的預處理及淀粉水解糖的制備；（2）種子擴大培養及谷氨酸發酵；（3）谷氨酸的提取；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四個工藝階段相對應味精生產廠家一般都設置了糖化車間、發酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產車間。另外，為保障生產過程中對蒸汽的需求，同時還設置了動力車間，利用鍋爐燃燒產生蒸

10、汽，并通過供氣管路輸送到各個生產需求部位。為保障全廠生產用水，還要設置供水站。所供的水經消毒、過濾系統處理，通過供水管路輸送到各個生產需求部位。味精發酵法生產的總工藝流程見圖1。空氣菌種原料空氣壓縮機預處理斜面培養搖瓶擴大培養冷卻水解除鐵離心沉淀發酵配料過濾氣液分離種子罐擴大培養過濾淀粉水解糖過濾除菌脫色濃縮結晶離心等電點調節過濾干燥大結晶干燥小結晶 拌鹽粉碎成品味精粉狀味精母液粗谷氨酸粗谷氨酸中和制味精 離子交換處理粗谷氨酸溶液溶解1.2.原料的預處理及淀粉水解制備1.2.1.原料的預處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結構，以便提高原料的利用率，同時去除固體雜質，防止機器磨損。用于除雜的設

11、備為篩選機，常用的是振動篩和轉筒篩，其中振動篩結構較為簡單，使用方便。用于原料粉碎的設備除盤磨機外，還有錘式粉碎機和輥式粉碎機。盤磨機廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機應用于薯干等脆性原料的中碎和細碎作用，輥式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細碎3。1.2.2.淀粉水解制備在工業生產上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。由于谷氨酸生產菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發酵使用。目前國內許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。1.3.種子擴大培養及谷氨酸發酵種子擴大培養為保證谷氨酸發酵過程所需的大量種子，發酵車間內設置有種子站，完

12、成生產菌種的擴大培養任務。從試管斜面出發，經活化培養，搖瓶培養，擴大至一級乃至二級種子罐培養，最終向發酵罐提供足夠數量的健壯的生產種子。 谷氨酸發酵開始前，首先必須配制發酵培養基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統外，還可采用噴射加熱器維持管真空冷卻系統或薄板換熱器滅菌系統。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應用較少。發酵設備，國內味精廠大多采用機械攪拌通風通用式發酵罐，罐體大小在50m3到200m3之間。對于發酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時反映罐內參數變化，因而發酵進程表現出波動性，產

13、酸率不穩定。由于谷氨酸發酵為通風發酵過程，需供給無菌空氣，所以發酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經空氣壓縮機壓縮后導入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進而經焦炭、瓷環填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，送至發酵罐使用。在北方地區由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設備4。1.4.谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等電點離子交換法，國內有些味精廠還采用等電點鋅鹽法、鹽酸水解等電點法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。但存在廢水污染大，生產成本高，技術難度大等問題，應用上受到限制1 。1.5.谷氨酸制取味精及味精成品加工精

14、制車間加工的谷氨酸產品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經提純、加工、包裝，得到成品。味精中和液的脫色過程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱，利用離子交換樹脂的吸附色素。味精的干燥過程，國內許多廠家還采用箱式烘房干燥，設備簡單，投資低，但操作條件差，生產效率低，不適應大規模生產的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術，生產量大，干燥速度快，干燥時間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時廠房建筑要求較高，這樣均不如振動式干燥床應用效果好4。 二發酵罐及種子罐的設計與選型 2.1.味精工廠發酵車間的物料衡算2.1.1 工藝技術指標及基礎數據 生產規模：    6萬噸年(或12萬

15、噸年)生產規格：    純度為99的味精生產方法：    以工業淀粉為原料、雙酶法糖化、流加糖發酵，低溫濃縮、等電提取生產天數：    300天年      倒罐率：      0.5發酵周期：40-42小時      生產周期：48-50小時種子發酵周期：8-10小時種子生產周期：12-16小時發酵醪初糖濃度：    15(W

16、V)    流加糖濃度：45(WV)發酵谷氨酸產率：    10 糖酸轉化率：      56淀粉糖轉化率：      98      谷氨酸提取收率：    92味精對谷氨酸的精制收率：112原料淀粉含量：86    發酵罐接種量：      10發酵罐填充

17、系數：      75發酵培養基(W/V)：    水解糖 15，糖蜜 0.3，玉米漿 0.2%，MgSO4  0.04，KCl 0.12，Na2HPO4 0.16%，尿素 4，消泡劑 0.04種子培養基(W/V)：    水解糖 2.5，糖蜜 2，玉米漿 l %，MgSO4 0.04，K2HPO4 0.1，尿素 0.35，消泡劑 0.032.1.2 谷氨酸發酵車間的物料衡算 首先計算生產1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。（1）發酵液量V1 式中

18、220發酵培養基初糖濃度（kg/m3） 56%糖酸轉化率 90%谷氨酸提取率 97%除去倒灌率0.3%后的發酵成功率 110%味精對谷氨酸的精制產率（2）發酵液配制需水解糖量G1 以純糖算， （3）二級種液量 V2 （4）二級種子培養液所需水解糖量 G2 式中 25二級種液含糖量（kg/m3）（5）生產1000kg味精需水解糖總量G為： （6）耗用淀粉原料量 理論上，100kg淀粉轉化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G淀粉為：式中 85%淀粉原料含純淀粉量 98%淀粉糖轉化率（7）尿素耗用量 二級種液耗尿素量為V3發酵培養基耗尿素為V4故共耗尿素量為331.68kg（8）甘蔗糖蜜

19、耗用量 二級種液耗用糖蜜量V5發酵培養基耗糖蜜量V6合計耗糖蜜41.1kg（9）氯化鉀耗量GKCl （10）磷酸氫二鉀（K2HPO4）耗量G3 （11）硫酸鎂（MgSO4·7H2O）用量G4 （12）消泡劑（泡敵）耗用量G5 （13）磷酸氫二鈉耗用量G6 （14）谷氨酸（麩酸）量 發酵液谷氨酸含量為：實際生產的谷氨酸（提取率90%）為：（15）玉米漿用量2.1.3 30000t/a味精廠發酵車間的物料衡算結果 年產30000噸味精物料橫算表物料名稱生產1t味精（100%）的物料量15000t/a味精生產的物料量每日物料量發酵液（m3）8.22246.6822二級種液（m3）0.822

20、82.2發酵水解用糖（kg）1809二級種培養用糖（kg）20.552055水解糖總量（kg）1829.55淀粉(kg)1978.7尿素（或液氨）331.68糖蜜（kg）41.1氯化鉀（kg）9.87987磷酸氫二鉀（kg）0.82282.2硫酸鎂（kg）3.62362泡敵（kg）3.54354磷酸氫二鈉（kg）13.151315玉米漿（kg）24.662466谷氨酸（kg）9.92.2 熱量衡算      熱量衡算是根據能量守恒定律建立起來的，熱平衡方程表示如下：          

21、 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q62.2.1.液化工序熱量衡算（1）液化加熱蒸汽量 加熱蒸汽消耗量（D），可按下式計算：D= 式中 G-淀粉漿量（kg/h）     C-淀粉漿比熱容（kJ/（kg·K）     t1-漿料初溫（20+273=293K）     t2-液化溫度（90+273=363K）     I-加熱蒸汽焓，2738kJ/kg（0.3Mpa，表壓）     

22、-加熱蒸汽凝結水的焓，在363K時為377kJ/kg淀粉漿量G：根據物料衡算，日投工業淀粉197.9t；連續液化，197.9/24=68.2（t/h）。加水為1：2.5，粉漿量為：6820×3.5=13870（t/h）。粉漿比熱C可按下式計算：              C=C0 +C水 式中  C0-淀粉質比熱容，取1.55kJ/（kg·K）      X-粉漿干物質含量，24.6%   

23、60;  C水-水的比熱容，4.18kJ/（kg·K）        C=1.55 +4.18 =3.53（kJ/（kg·K）蒸汽用量         D= =963（kg/h）（2）滅酶用蒸汽量  滅酶時將液化液由90加熱至100，在100時的為419kJ/kg。        D滅= =140（kg/h）  要求在20min內使液化液由90升至

24、100，則蒸汽高峰量為：             140× =420（kg/h）  以上兩項合計，平均量963+140=1103（kg/h）；每日用量1.1×24=26.4（t/d）。  高峰量：  963+420=1383（kg/h）      2.2.2.連續滅菌和發酵工序熱量衡算（1）培養液連續滅菌用蒸汽量發酵罐200m3裝料系數0.75，每罐產100%MSG量：   &

25、#160; 200×0.75×3%×85%×97%×1.272=11.27（t）發酵操作時間48h（其中發酵時間38h），需發酵罐臺數6臺。滅菌加熱過程中用0.4Mpa蒸汽（表壓）I=2743kJ/kg，使用板式換熱器將物料由20預熱至75，再加熱至120。冷卻水由20升至45。每罐滅菌時間3h，輸料流量0.3（t/h）消毒滅菌用蒸汽量（D）：   D =3212（kg/h）=3.2（t/h）式中 3.97為糖液的比熱容（kJ/（kgoK）每日用蒸汽量：       

26、;      3.2×3×3=28.8（t/d）高峰量：  3.2t/h平均量： 28.8÷24=1.2（t/h）（2）發酵罐空罐滅菌蒸汽用量發酵罐體加熱：200m3，1Cr18Ni9的發酵罐體重34.3t，冷卻排管重6t，1Cr18Ni9的比熱容0.5kJ/（kg·K），用0.2Mpa（表壓）蒸汽滅菌，使發酵罐在0.15 Mpa（表壓）下，由20升至127。其蒸汽量為986（kg）填充發酵罐空間所需的蒸汽量：因200m3發酵罐的全容積大于200m3，考慮到罐內之排管、攪拌器等所占之空間，罐之自由空間仍按

27、200m3計算。填充空間需蒸汽量： D空=V=200×1.622=324.4（kg）式中  V-發酵罐自由空間即全容積（m3）-加熱蒸汽的密度（kg/m3），0.2Mpa表壓時為1.622滅菌過程的熱損失：輻射與對流聯合給熱系數，罐外壁溫度70。=33.9+0.19(70-20)=43.4(kJ/(m2·h·K)200m3發酵罐的表面積為201 m2，耗用蒸汽量：D損= =199（kg）罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗41（kg）滅菌過程蒸汽滲漏，取總汽消耗量的5%，空罐滅菌蒸汽消耗量為：1632（kg/h）每空罐滅菌1.5h，用蒸汽量： 

28、;         1632×1.5=2448（kg/罐）每日用蒸汽量：2448×3=7344（kg/d），平均量7344/24=306（kg/h）2.2.3.谷氨酸鈉溶液濃縮結晶過程的熱量衡算年產萬噸商品味精，日產100%MSG 29.75t，選用25m3強制內循環結晶罐，濃縮結晶操作周期24h，其中輔助時間4h。每罐產100%MSG 10t，需結晶罐臺4臺。每罐投入40g/dl的中和脫色液（俗稱原液）23m3，流加30g/dl母液32m3，過程中加水6m3，在70下真空蒸發結晶，濃縮3h，育晶17h。放料數量20m3（1

29、）熱量衡算來料帶入熱量：進料溫度35，比熱為3.5kJ/（kgoK）  Q來料=（23×1.16+32×1.13）×3.5×35×103=7.7×106（kJ）  加水帶入熱量：        Q來水=6×4.18×35×103=8.8×105（kJ）  晶種帶入熱量：MSG比熱容1.67（kJ/（kgoK）       

30、60;Q來晶=1600×1.67×20=5.3×104（kJ）結晶放熱：MSG結晶熱為12.7kJ/mol      Q晶熱= =5.7×105（kJ）母液帶走熱量：分離母液12m3，折算為相對密度1.26時15t，比熱容為2.83（kJ/（kgoK）Q=15×103×2.83×70=3.0×106（KJ）隨二次蒸汽帶走熱量：Q二蒸=（23+32+6-20）×2626×106=1.077×108（kJ）隨結晶MSG帶走熱量：Q出晶=10×

31、;103×1.67×70=1.17×106（kJ）需外界供給熱量：   Q=（Q母+Q二蒸+Q出晶）-（Q來料+Q來水+Q來晶+Q晶熱）    =（3.0×106+1.077×108+1.17×106）-（7.7×106+8.8×105+5.3×104+5.7×105）    =9.5×107（kJ）（2）計算蒸汽用量每罐次用汽量：熱損按5%折算。D= =45830（kg/罐）每罐濃縮結晶時間20h，每小時耗蒸汽高峰量：458

32、30/20=2292（kg/h）4臺罐（實際是3.5臺）同時運轉，高峰用蒸汽量：         3.5×2292=8022（kg/h）每日用蒸汽量：3.5×45830=160405（kg/d）=160（t/d）每小時平均用蒸汽量：160/24=6.7（t/h）     2.2.4干燥過程的熱量衡算分離后之濕MSG含水2%，干燥后達到0.2%，進加熱之空氣為18，相對濕度=70%，通過加熱器使空氣升至80，從干燥器出來的空氣為60。年產萬噸商品味精，日產濕味精30.

33、4t，二班生產，即30.4/16=1.9（t/h）。干燥水分量34（kg/h）18空氣濕含量=70%，X0=0.009（kg/kg干空氣），I0=41.8kJ/kg干空氣；加熱80，I1=104.5kJ/kg干空氣用公式：=（I2-I1）/（X2-X1）=Q物料+Q損失-Q初溫式中  -空氣經過干燥后的熱量變化（kJ/kg）Q損失-損失熱量，通常為有效熱量的10%Q物料=1.9×103×（60-18）×0.4×4.18/34=3924（kJ/kg水）Q損失=0.1×（595×4.18+0.47×60

34、15;4.18+3924-18×4.18）=645（kJ/kg水）=18×4.18-3924-645= -4494（kJ/kg水）設X2=0.0108   I2=I1+（X2-X1）=104.5+（-4494）（0.0108-0.009）=96.4（kJ/kg空氣）空氣耗量為：    34/0.0108-0.009=18888（kg/h）80時空氣的比容0.83m3/kg實際消耗空氣量為：         18888×0.83=15677（m3/h）耗用蒸汽量（D）

35、：使用0.1Mpa（表壓）蒸汽加熱，熱損失按15%計：D= =618（kg/h）每日用蒸汽量：618×16=9888（kg/d）平均每小時用蒸汽量：9888/24=412（kg/h） 2.2.5.生產過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結果：每日用蒸汽量為338t/d，每小時平均量為14.1t/h，高峰量為19.2t/h。100%MSG單耗蒸汽量：338/29.75=11.4（t/t）。年產30000噸味精熱量衡算表名稱每日用量（t）每小時均量（t）高峰量（t）單耗（t）蒸汽33814.119.211.42.3無菌空氣耗量計算（1）單罐無菌空氣耗用量230m3規模的通氣攪拌發酵罐的通氣

36、速率為0.20-0.45vvn，取0.45計算 單罐發酵過程用氣量：（m3/h）單罐年用氣量： （m3/a）（2）種子培養等其他無菌空氣耗量 有經驗去耗氣量為發酵過程的20%故： （m3/h）單罐年用氣量： （m3/a）（3）高峰無菌空氣耗量：（m3/h）（4）車間無菌空氣年耗量： （m3/a）（5）單耗：（m3/h）年產30000噸味精無菌空氣衡算表：發酵罐公稱容積（m3）單罐通氣量（m3/h）種子罐耗氣量（m3/h）高峰空氣耗量（m3/h）年空氣耗量（m3/h）空氣單耗（m3/h）2004658931.55216492112.4 設備設計與選型 2.4.1 發酵罐 （1）發酵罐的選型 選用

37、機械渦輪攪拌通風發酵罐（2）生產能力、數量和容積的確定 發酵罐容積的確定：選用200m3罐 生產能力的計算：現每天生產97%純度的味精100t，谷氨酸的發酵周期為48h(包括發酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間)。每天產純度為97%的味精100t，每噸100%的味精需糖液8.22m3則每天需糖液體積為V：設發酵罐的填充系數=75%；則每天需要發酵需要發酵罐的總體積為V0（發酵周期為48h）。發酵罐個數的確定：公稱體積為200m3的發酵罐，總體積為230 m3 取公稱體積200 m3 發酵罐11個，其中一個留作備用。實際產量驗算：富裕量 能滿足產量要求（3）主要尺寸的計算：取高徑比 H：D=

38、2：1 則有：H=2D；解方程得： 取D=5mH=2D=10m；封頭高： 封頭容積 ：V封=16.4（m3）圓柱部分容積：V筒=197m3驗算全容積V全：V全=V全符合設計要求，可行。（4）冷卻面積的計算 對谷氨酸發酵，每1m3發酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為4.18×6000kJ/(m3·h)。采用豎式蛇管換熱器，取經驗值K=4.18×500 kJ/(m3·h·)。平均溫差tm： 32 3220 2712 5代入 對公稱容量200 m3的發酵罐，每天裝5罐，每罐實際裝液量為換熱面積 （5）攪拌器計算 選用六彎葉渦輪攪拌器。 該攪拌器的各

39、部分尺寸與罐徑D有一定比例關系攪拌器葉徑取d=1.7（m）葉寬 ：弧長：底距：盤踞 ：葉弦長：葉距 ：彎葉板厚：=12（mm）取兩擋攪拌，攪拌轉速N2可根據50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉速N1=110r/min。以等P0/V為基準6放大求得：（6）攪拌軸功率的計算 淀粉水解糖液低濃度細菌醪，可視為牛頓流體。計算Rem8 式中 D攪拌器直徑，D=1.7m N攪拌器轉速， 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度， =1.3×10-3N·s/m2 將數代入上式：視為湍流，則攪拌功率準數Np=4.7計算不通氣時的攪拌軸功率P0：式中 Np在湍流攪拌狀態時其值為常數4.7 N

40、攪拌轉速，N=80r/min=1.33r/s D攪拌器直徑，D=1.7m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：兩擋攪拌：計算通風時的軸功率Pg 式中 P0不通風時攪拌軸功率（kW），N軸轉速，N=80r/min D攪拌器直徑（cm），D3=1.73×106=4.9×106 Q通風量（ml/min），設通風比VVm=0.110.18，取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全。現取0.11；則Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min） 代入上式：求電機功率P電：采用三角帶傳動1=0.92；滾動軸承2=0.99，滑動軸承3=0.

41、98；端面密封增加功率為1%；代入公式數值得：（7）設備結構的工藝計算 空氣分布器：本罐采用單管進風，風管直徑133×4mm。 擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設擋板 密封方式：本罐采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。冷卻管布置：采用豎式蛇管 最高負荷下的耗水量W式中 Q總每1m3醪液在發酵最旺盛時，1h的發熱量與醪液總體積的乘積 cp冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kg·K） t2冷卻水終溫，t2=27 t1冷卻水初溫，t1=20 將各值代入上式冷卻水體積流量為3.69×10-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1m/s，根據流體力學方程式，冷

42、卻管總截面積S總為：式中 W冷卻水體積流量，W=3.69×10-2m3/s V冷卻水流速，v=1m/s代入上式：進水總管直徑 ： 冷卻管組數和管徑：設冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數為n，則：取n=8，求管徑。由上式得：查金屬材料表選取89×4mm無縫管9， ，認為可滿足要求，。現取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為300mm，則兩直管距離為600mm，兩端彎管總長度為： 冷卻管總長度L計算：由前知冷卻管總面積現取無縫鋼管89×4mm，每米長冷卻面積為則:冷卻管占有體積： 每組管長L0和管組高度：另需連接管8m：可排豎式直蛇管的高度，設為靜液面高度，下部可伸入封頭25

43、0mm。設發酵罐內附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為則筒體部分液深為：豎式蛇管總高 又兩端彎管總長，兩端彎管總高為600mm，則直管部分高度：則一圈管長： 每組管子圈數n0：現取管間距為，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，則可計算出攪拌器的距離在允許范圍內（不小于200mm）。.校核布置后冷卻管的實際傳熱面積：而前有F=232.5m2，可滿足要求。（8）設備材料的選擇10選用A3鋼制作，以降低設備費用。（9）發酵罐壁厚的計算計算法確定發酵罐的壁厚S （cm）式中 P設計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現取P=0.4MPa D發酵罐內經，D=500cm A3鋼的應用應力，=127MP

44、a 焊接縫隙， =0.7 C壁厚附加量（cm）式中 C1鋼板負偏差，現取C1=0.8mm C2為腐蝕余量，現取C2=2mm C3加工減薄量，現取C3=0選用14mm厚A3鋼板制作。封頭壁厚計算：標準橢圓封頭的厚度計算公式5如下： （cm）式中 P=0.4MPa D=500cm=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）=0.7（10）接管設計接管的長度h設計：各接管的長度h根據直徑大小和有無保溫層，一般取100200mm。接管直徑的確定：按排料管計算：該罐實裝醪量155m3，設4h之內排空，則物料體積流量發酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。管徑：取無縫管133

45、15;4mm，125.mm118mm，認為合適。按通風管計算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為2025m/s。現通風比0.10.18vvm，為常溫下20，0.1MPa下的情況，要折算0.4MPa、30 狀態。風量Q1取大值，。利用氣態方程式計算工作狀態下的風量Qf8取風速v=25m/s，則風管截面積Ff為則氣管直徑d氣為：因通風管也是排料管，故取兩者的大值。取133×4mm無縫管，可滿足工藝要求。排料時間復核：物料流量Q=0.0108m3/s，流速v=1m/s；管道截面積：，在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計算結果大，則相應流速比為排料時間：（11）支座選擇選用裙式支座2.4

46、.2 種子罐 發酵所需的種子從試管斜面出發，經活化培養，搖瓶培養，擴大至一級乃至二級種子罐培養，最終向發酵罐提供足夠數量的健壯的生產種子。種子罐冷卻方式采用夾套冷卻。 （1）二級種子罐容積和數量的確定 二級種子罐容積的確定：接種量為10%計算，則種子罐容積V種2為：式中 V總發酵罐總容積（m3） 二級種子罐個數的確定：種子罐與發酵罐對應上料。發酵罐平均每天上5罐，需二級種子罐6個。種子罐培養8h，輔助操作時間810h，生產周期1618h，因此，二級種子罐6個已足夠，其中一個備用。主要尺寸的確定 種子罐仍采用幾何相似的機械攪拌通風發酵罐。H：D=2：1，則種子罐總容積量V'總為：簡化方程

47、如下： 整理后解方程得D=2.3m則H=2D=2×2.3=4.6（m）查得封頭高H'封 罐體總高H'罐：單個封頭容量：V'封=4.125（m3）封頭表面積： S封=2.23m2圓筒容量 ： 不計上封頭容積 ： 校核種子罐總容積V'總：比需要的種子罐容積23m3大 ，可滿足設計要求。冷卻面積的計算 采用夾套冷卻 發酵產生的總熱量： 夾套傳熱系數：現取K=4.18×220kJ/（m2·h·） 平均溫差：發酵溫度32；水初溫2023，取23；水終溫27，則平均溫差： 需冷卻面積F： 核算夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度： 靜

48、止液體浸沒筒體高度 ： 液深 ： 夾套可能實現的冷卻面積為封頭表標面積S封與圓筒被液體浸沒的筒體為表面積S筒之和：夾套高度應不高于動態時的液面高度，因高于液面的傳熱面積，并沒有起多少冷卻作用。綜上，傳熱需要的面積F=12.1(m2)該設計夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6 m2S夾F，可滿足工藝要求。設備材料的選擇 采用A3鋼制作壁厚計算 夾套內罐的壁厚式中 D設備的公稱直徑，140cm m外壓容器的穩定系數，與設備的起始橢圓度有關，在我國，m=3 P設計壓力，與水壓有關，P=0.4MPa E金屬材料的彈性模量9，對A3鋼E=2×105MPa C壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18 L筒體長度，L=110cm將數值代入公式：取9mm 封頭的厚度封：查發酵工廠工藝設計概論P317表16 碳鋼橢圓封頭最大需用內部壓力i 對于上封頭，取封=6mmii 對于下封頭，取封=8mm 冷卻外套壁厚：查發酵工廠工藝設計概論P314表13 碳鋼與普低鋼制內壓圓筒