年產(chǎn)XX萬噸味精發(fā)酵車間研究設(shè)計(jì)說明書

1、年產(chǎn) 1.5 萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計(jì)說明書引言味精是 人們 熟悉 的鮮 味劑，是 L 谷 氨酸 單鈉 鹽 (Mono sodium glutamate) 的一水化合物 (HOOC-CH 2CH(NH 2)-COONa H2 0)，具有旋光性，有D 型和L 型兩種光學(xué)異構(gòu)體。味精具有很強(qiáng)的鮮味( 閾值為0. 03%) ，現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑， 其消費(fèi)量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。 1987 年 3 月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)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(rèn)為一種 1安全可靠的食品添加劑。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造的，自從 1956 年日本

2、協(xié)和發(fā)酵公司用發(fā)酵法生產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)迅速發(fā)谷氨酸發(fā)酵是通氣發(fā)酵，也是我國目前通氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中，生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)品產(chǎn)量最大的產(chǎn)業(yè) 2 。該生產(chǎn)工藝和設(shè)備具有很強(qiáng)的典型性，本文對味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備作簡要介紹， 以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設(shè)備的有關(guān)知識。設(shè)計(jì)內(nèi)容為，了解味精生產(chǎn)中的原料預(yù)處理、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實(shí)際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對流程中的原料進(jìn)行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備的選擇。最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容大體分成三部分， 第一部分主要是味精生產(chǎn)的工藝和設(shè)備選擇； 第二部分包括發(fā)酵罐、 種子罐及空氣分過濾器的設(shè)計(jì)與

3、選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。由于我的水平有限，加之對先進(jìn)設(shè)計(jì)的了解甚少，設(shè)計(jì)中有好多不足的地方敬請各位老師和同學(xué)批評指正。1 味精生產(chǎn)工藝1.1味精生產(chǎn)工藝概述味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個(gè)工藝階段:(1) 原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備 ;(2) 種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)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(gè)工藝階段相對應(yīng)味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求， 同時(shí)還設(shè)置了動力車間， 利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供

4、水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位 4。味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖1。菌種原料空氣斜面培養(yǎng)預(yù)處理空氣壓縮機(jī)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)水解冷卻種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)過濾氣液分離淀粉水解糖過濾除菌配料發(fā)酵等電點(diǎn)調(diào)節(jié)沉淀離心粗谷氨酸粗谷氨酸母液溶解離子交換處理中和制味精粗谷氨酸溶液除鐵過濾脫色濃縮結(jié)晶離心小結(jié)晶大結(jié)晶干燥干燥拌鹽粉碎過濾粉狀味精成品味精圖 1 味精生產(chǎn)總工藝流程圖1.2原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備1.2.1 原料的預(yù)處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時(shí)去除固體雜質(zhì)，防止機(jī)器磨損。用于除雜的設(shè)備為篩選機(jī)，常用的是振動篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動篩

5、結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機(jī)外，還有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī)。盤磨機(jī)廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機(jī)應(yīng)用于薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用， 輥式粉碎機(jī)主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎 3。1.2.2 淀粉水解糖制備在工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)酵使用。目前，國內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。1.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵種子擴(kuò)大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子， 發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)任務(wù)。從試管斜面

6、出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時(shí)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(tǒng)外，還可采用噴射加熱器維持管真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵塞，同時(shí)真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應(yīng)用較少。發(fā)酵設(shè)備，國內(nèi)味精廠大多采用機(jī)械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在 50m3 到 200m3 之間。對于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時(shí)反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進(jìn)程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通

7、風(fēng)發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進(jìn)而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌 后，送至發(fā)酵罐使用。 在北方地區(qū)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(shè)備 4。1.4 谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等電點(diǎn)離子交換法， 國內(nèi)有些味精廠還采用等電點(diǎn)鋅鹽法、 鹽酸水解等電點(diǎn)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(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制 1 。1.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工精制車間加工的谷氨

8、酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經(jīng)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(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設(shè)備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時(shí)間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時(shí)廠房建筑要求較高，這樣均不如振動式干燥床應(yīng)用效果好4 。2 發(fā)酵罐及種子罐的設(shè)計(jì)與選型2.1 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算2.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（ 1）查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論P(yáng)326 表 3 味精行業(yè)國家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5，選用主要指標(biāo)

9、如表 1表 1味精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a15000 （味精）生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵，一次等電點(diǎn)提取年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)量t/a50產(chǎn)品質(zhì)量純度 %99倒灌率%1.0發(fā)酵周期h48發(fā)酵初糖Kg/m 3150淀粉糖轉(zhuǎn)化率%95糖酸轉(zhuǎn)化率%48麩酸谷氨酸含量%90谷氨酸提取率%80味精對谷氨酸產(chǎn)率%112（ 2）主要原材料質(zhì)量指標(biāo)淀粉原料的淀粉含量為80%，含水 14%。（ 3）二級種子培養(yǎng)基（ g/L ） 水解糖 25，糖蜜 20，尿素 3.5，磷酸氫二鉀 1.0，硫酸鎂 0.6，玉米漿 510，泡敵 0.6，硫酸鎂 0.002，硫酸亞鐵 0.002。（ 4）發(fā)酵培養(yǎng)

10、基（ g/L ） 水解糖 150，糖蜜 4，硫酸鎂 0.6，氯化鉀 0.8，磷酸氫二鈉 0.2，硫酸亞鐵 0.002，硫酸錳 0.002，尿素（總尿） 40，泡敵 0.6，植物油 1.0。（ 5）接種量為 2% 。2.1.2 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算首先計(jì)算生產(chǎn) 1000kg 純度為 100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。（ 1）發(fā)酵液量V 1V1100015048%80%99%112%3式中150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m 3）48%糖酸轉(zhuǎn)化率80%谷氨酸提取率99%除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率112%味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率（ 2）發(fā)酵液配制需水解糖量 G1以純糖算，G1V1 150

11、 2349(kg)（ 3）二級種液量 V 2V22%V10.313 m3（ 4）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量G2G225V27.83 m3式中25二級種液含糖量（kg/m 3 ）（ 5）生產(chǎn) 1000kg 味精需水解糖總量G 為：GG1G22356.8 kg（ 6）耗用淀粉原料量理論上， 100kg 淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量 G 淀粉 為：G淀粉 2356.8 80% 95%111%2793.7 kg式中80%淀粉原料含純淀粉量95%淀粉糖轉(zhuǎn)化率（ 7）尿素耗用量二級種液耗尿素量為 V 3V33.5V21.1 kg發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V 4V440V1626.4 kg

12、故共耗尿素量為627.5kg（ 8）甘蔗糖蜜耗用量二級種液耗用糖蜜量 V 5V520V26.26 kg發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V 6V64V162.64 kg合計(jì)耗糖蜜69.9kg（ 9）氯化鉀耗量GKClGKCl0.8V112.53 kg（ 10）磷酸氫二鈉（ Na2HPO4 7H 2O）耗量 G3 G3 0.2V1 3.13 kg（ 11）硫酸鎂（ MgSO4 7H 2O）用量 G4G4 0.6 V1 V29.58 kg（ 12）消泡劑（泡敵）耗用量 G5G50.6V19.4 kg（ 13）植物油耗用量 G6G61.5V123.5 kg（ 14）谷氨酸（麩酸）量發(fā)酵液谷氨酸含量為：G148% 1

13、1%1116.2 kg實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率80%）為：1116.280%893 kg2.1.315000t/a 味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果由上述生產(chǎn) 1000kg 味精（ 100%純度）的物料衡算結(jié)果，可求得 15000t/a 味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。具體計(jì)算結(jié)果如表2表 2 15000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算物料名稱生產(chǎn) 1t味 精15000t/a 味 精 生 產(chǎn)（ 100% ）的物料量的物料量發(fā)酵液（ m3 ）15.662.35 10 5二級種液（ m3 ）0.3134695發(fā)酵水解用糖 （ kg ）23493.52 10 7二級種培養(yǎng)用糖7.831.18 10 5（ k

14、g ）水解糖總量（kg ）2356.83.53 10 7淀粉 (kg)2793.74.19 10 7尿素（或液氨）627.59.41 10 6糖蜜（ kg ）69.91.05 10 6氯化鉀（ kg）12.531.88 10 5磷酸氫二鈉（kg ）3.134.70 10 4硫酸鎂（ kg）9.581.44 10 5泡敵（ kg ）9.41.40 10 5植物油（ kg）23.53.53 10 5谷氨酸（ kg）8931.34 10 7每日物料量78315.651.17 10 5391.51.18 10 51.40 10 53.14 10 43495626.5156.54794701175446

15、502.2 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型2.2.1 發(fā)酵罐（ 1）發(fā)酵罐的選型選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐（ 2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定發(fā)酵罐容積的確定：選用 200m3 罐生產(chǎn)能力的計(jì)算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精 50t，谷氨酸的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間)。則每天需糖液體積為 V 糖 。每天產(chǎn)純度為 99%的味精 50t ，每噸 100%的味精需糖液 15.66m3V糖15.665099%775.17 m 3設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù) =70%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為 V 0（發(fā)酵周期為 48h）。V0V糖 /775.171107.4 m 30.7發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的

16、確定：公稱體積為200m3 的發(fā)酵罐，總體積為 230 m3V775.1748N10個(gè)V總 24230 0.79.6324取公稱體積 200 m3發(fā)酵罐 11 個(gè)，其中一個(gè)留作備用。實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：2300.75300 15580 .6 t / a15.6699%富裕量15580.6150003.9%15000能滿足產(chǎn)量要求（ 3）主要尺寸的計(jì)算：取高徑比H ： D=2 ： 16V全V筒2V封230m3；則有：V全 0.785D 22D D 32 23024H=2D ；解方程得：1.57D 30.26D 3230D 32305.004 m1.83取 D=5m H=2D=10m ；封頭高：H 封h

17、ahb1300 mm封頭容積：V 封 =16.4（ m3）圓柱部分容積：V 筒 =197m 3驗(yàn)算全容積V 全 ：V全 V筒2V封197216.4 229.8 m 3V 全=V 全符合設(shè)計(jì)要求，可行。（ 4）冷卻面積的計(jì)算對谷氨酸發(fā)酵，每 1m3發(fā)酵液、每1h 傳給冷卻器的最大熱量約為4.18 6000kJ/(m 3 h)5 。K=4.18 500 kJ/(m 3 h ) 8 。采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值平均溫差tm：t mt 1t 2tln1t232 3220 27125代入1258t m12ln5對公稱容量200 m3 的發(fā)酵罐，每天裝5 罐，每罐實(shí)際裝液量為775.17155 m 35

18、換熱面積FQ4.186000155232.5 m3Ktm4.185008（ 5）攪拌器計(jì)算選用六彎葉渦輪攪拌器6 。該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D 有一定比例關(guān)系攪拌器葉徑D5D i1.67 m3 3取 d=1.7（ m）葉寬：B0.2d0.21.70.34 m弧長：l0.375d0.375 1.70.64 m底距：D5C1.7 m33盤踞：di0.75Di0.75 1.71.28 m葉弦長：L0.25Di0.25 1.70.43 m葉距：YD5 m彎葉板厚： =12（ mm）3取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2 可根據(jù) 50m 罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N2N12 / 3D1D22 / 31.0511

19、080 r / min1.7（ 6）攪拌軸功率的計(jì)算淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。計(jì)算 Rem8D 2 NRem式中D攪拌器直徑，D=1.7mN801.33 r / s60N 攪拌器轉(zhuǎn)速， 醪液密度， =1050 kg/m 3 醪液粘度， =1.3 10-3 N s/m2將數(shù)代入上式：Rem1.721.3310503.1641.310 31010視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率P0 ：P0N P N 3 D 5式中Np在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7N攪拌轉(zhuǎn)速，N=80r/min=1.33r/sD攪拌器直徑，D=1.7m 醪液密度， =1050kg/m

20、3代入上式：35P04.7 1.331.71050388.2 10 W88.2kW兩擋攪拌：P02P0176.4kW計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率PgP02 ND 30.39Pg2.2510 3kWQ0.08式中P0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW ）， P02176.4 23.1 104N 軸轉(zhuǎn)速， N=80r/minD 攪拌器直徑（ cm）， D3 =1.73 106 =4.9 106Q通風(fēng)量（ ml/min ），設(shè)通風(fēng)比 VVm=0.110.18 ，取低限，如通風(fēng)量變大， Pg 會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；則 Q=155 0.11 106=1.7107 （ ml/min ）Q0.081.7 1070.083

21、.79代入上式：3.1 10480 4.9 1060.39Pg 2.25 10 33.7969.1 kW求電機(jī)功率P 電：PPg1.01電123采用三角帶傳動 1=0.92 ；滾動軸承 2=0.99 ，滑動軸承 3=0.98；端面密封增加功率為 1%7 ；代入公式數(shù)值得：P電69.11.01 78.2 kW0.990.920.98（ 7）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算空氣分布器：本罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑 1334mm 。擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板密封方式：本罐采用雙面機(jī)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 7 最高負(fù)荷下的耗水量WWQ總cP t 2t1式中 Q 總

22、 每 1m3 醪液在發(fā)酵最旺盛時(shí)， 1h 的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積Q總4.186000 1553.89 106 kJ / hcp 冷卻水的比熱容，4.18kJ/（ kg K ）t2 冷卻水終溫，t2 =27t1 冷卻水初溫，t1 =20將各值代入上式W3.891064.1827201.33 105kg / h 36.9 kg / s冷卻水體積流量為3.69 10-2 m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為 1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積S 總為：S總Wv式中 W 冷卻水體積流量，W=3.69 10-2m3 /sV 冷卻水流速，v=1m/s代入上式：S總3.6910 23.691

23、0 2 m 21進(jìn)水總管直徑：d總S總3.691020.217 m0.7850.785 冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為S 總 ，管徑 d0 ，組數(shù)為 n，則：取 n=8，求管徑。由上式得：d 0S總n0.7853.6910280.7850.077 m查金屬材料表選取 894mm 無縫管9，d內(nèi) 81mm g 5.12 kg / m，d內(nèi)d0，認(rèn)為可滿足要求，d 平均80mm。現(xiàn)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l 0 ：l0 D 3.14 600 1884 mm 冷卻管總長度 L 計(jì)算：由前知冷卻管總面積F 232.5m 2現(xiàn)取無縫

24、鋼管 894mm ，每米長冷卻面積為F03.140.08 10.25 m2則:F232.5L930 mF00.25冷卻管占有體積：V 0.785 0.0892 930 5.8 m3 每組管長 L 0 和管組高度：L0L93077.5 mn12另需連接管 8m：L實(shí)L89308938 m可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度， 下部可伸入封頭 250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m 3，則：總占有體積為V總V液V管 V附件155 5.8 0.5161.3 m3則筒體部分液深為：V總V封161.316.47.4 mS0.78552豎式蛇管總高H 管7.4 0.25 7.7 m又兩端彎管總長 l

25、 01884mm，兩端彎管總高為 600mm，則直管部分高度：hH 管60077006007100 mm則一圈管長：l2hl 027100188416084 mm每組管子圈數(shù)n0：L0 77.5圈n05l16.1現(xiàn)取管間距為2.5D外 2.50.089 0.22 m ，豎蛇管與罐壁的最小距離為 0.15m ，則可計(jì)算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于200mm）。 .校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：F實(shí)d 平均 L實(shí)3.140.08938235.6 m2而前有 F=232.5m 2 ， F實(shí)F ，可滿足要求。（ 8）設(shè)備材料的選擇10選用 A 3 鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。（ 9）發(fā)酵罐壁厚的計(jì)

26、算計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚 SSPQ（ cm）C2 P式中P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的 1.05 倍，現(xiàn)取P=0.4MPaD發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm A3 鋼的應(yīng)用應(yīng)力， =127MPa 焊接縫隙， =0.7C壁厚附加量（cm）CC1C2式中C1鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C2為腐蝕余量，現(xiàn)取C3加工減薄量，現(xiàn)取C3C1=0.8mmC2=2mmC3=0C0.8202.8 mm0.28 cmS0.45000.281.4 cm1270.720.4選用 14mm 厚 A 3 鋼板制作。封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式5 如下：SPQ（ cm）C2P式中P=0.4MPaD=500cm =127MPaC=0

27、.08+0.2+0.1=0.38 （ cm） =0.7S0.44000.38 1.5 cm1270.720.4（ 10）接管設(shè)計(jì)接管的長度 h 設(shè)計(jì)：各接管的長度 h 根據(jù)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(jì)算：該罐實(shí)裝醪量 155m 3，設(shè) 4h 之內(nèi)排空，則物料體積流量Q1550.0108 m3 / s36004發(fā)酵醪流速取v=1m/s; 則排料管截面積為 F 物 。F物Q0.01080.011 m 2v1F物0.785d 2管徑：dF物0.0110.118 m0.7850.785取無縫管 1334mm， 125.mm 118mm，認(rèn)為合適。按通風(fēng)管

28、計(jì)算，壓縮空氣在0.4MPa 下，支管氣速為 2025m/s。現(xiàn)通風(fēng)比 0.10.18vvm ，為常溫下 20，0.1MPa下的情況，要折算 0.4MPa、30 狀態(tài)。風(fēng)量 Q1取大值， Q11550.1828 m3/ min 0.46 m3 / s 。利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf8Q f0.460.1273300.14 m3/ s0.3527320取風(fēng)速 v=25m/s ，則風(fēng)管截面積Ff 為Q f0.140.0056 m 2F fv25F f 0.785d氣2則氣管直徑 d 氣 為：d氣0.00560.084 m0.785因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取 1334mm 無縫

29、管，可滿足工藝要求。排料時(shí)間復(fù)核：物料流量Q=0.0108m 3/s，流速 v=1m/s ；管道截面積：F 0.7850.12520.0123 m2，在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為Q0.0108倍P0.88Fv0.0123 1排料時(shí)間：t 2 0.88 1.8 h（ 11）支座選擇選用裙式支座2.2.2 種子罐發(fā)酵所需的種子從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)， 最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)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(shù)量的確定二級種子罐容積的確定：接種量為2%計(jì)算，則種子罐容積V種2為：V種

30、2 V總 2% 230 2% 4.6 m3式中V 總 發(fā)酵罐總?cè)莘e（ m3 ） 二級種子罐個(gè)數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上 5 罐，需二級種子罐 6 個(gè)。種子罐培養(yǎng) 8h，輔助操作時(shí)間810h，生產(chǎn)周期 1618h，因此，二級種子罐6 個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。主要尺寸的確定種子罐仍采用幾何相似的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。H： D=2 ： 1，則種子罐總?cè)莘e量V 總 為：V總V筒2V封簡化方程如下：V總224D30.785D22D4.6 m3整理后1.57D 30.26D 34.6解方程得D=1.4m則H=2D=2 1.4=2.8（ m）查得封頭高H封H封35025375 mm罐體

31、總高 H罐 ：H罐2H封H 筒23752800 3550 mm單個(gè)封頭容量：V 封 =0.398（ m3）封頭表面積：S 封 =2.23m2圓筒容量：V筒0.785D 22D4.31 m 3不計(jì)上封頭容積：V有效V封V筒4.13 0.3984.53 m3校核種子罐總?cè)莘eV總：20.3984.134.93 m3V總2V封V筒比需要的種子罐容積 4.6 m 3 大，可滿足設(shè)計(jì)要求。冷卻面積的計(jì)算采用夾套冷卻發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量：Q總4.186000 1552%4 夾套傳熱系數(shù)：K4.18150 250 kJ / m2h現(xiàn)取 K=4.18 220kJ/（ m2 h） 平均溫差： 發(fā)酵溫度32；水初溫 2

32、023 ，取 23；水終溫 27，則平均溫差：tm9527需冷卻面積 F：Q總7.78104212.1 mF7K t m4.18220 核算夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度：靜止液體浸沒筒體高度：H 0V醪V封3.1- 0.3981.76 mS罐0.785 1.42液深：H LH 封H 037517602135 mm夾套可能實(shí)現(xiàn)的冷卻面積為封頭表標(biāo)面積S 封 與圓筒被液體浸沒的筒體為表面積 S 筒 之和：S夾S筒S封DH 0S封3.141.41.762.2313.6 m 2夾套高度應(yīng)不高于動態(tài)時(shí)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(m 2

33、)該設(shè)計(jì)夾套能提供的冷卻面積為S 夾 =13.6 m 2S 夾 F，可滿足工藝要求。設(shè)備材料的選擇 采用 A 3鋼制作壁厚計(jì)算 夾套內(nèi)罐的壁厚0.4SmPLDC2.6ED式中 D 設(shè)備的公稱直徑，140cmm外壓容器的穩(wěn)定系數(shù)，與設(shè)備的起始橢圓度有關(guān)，在我國， m=3P設(shè)計(jì)壓力，與水壓有關(guān)，P=0.4MPaE金屬材料的彈性模量9 ，對 A 3 鋼 E=2105MPaC壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18L 筒體長度，L=110cm將數(shù)值代入公式：30.40.4S 1401100.182.621051400.89 cm取 9mm 封頭的厚度 封 ：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概

34、論P(yáng)317 表16 碳鋼橢圓封頭最大需用內(nèi)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(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論P(yáng)314 表 13碳鋼與普低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定 套 =5mm 外套封頭壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論P(yáng)316 表 15橢圓形封頭（ JBH54 73），確定 套封 =6mm設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)BZ0.5 擋板：根據(jù)全擋板條件，D式中 B 擋板寬度B（ 0.1-0.12 ） D=0.1 1400=140mmD 罐徑D 1400mmZ 擋板數(shù)：Z 0.5D0.5 14005B140取 Z6塊 攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器直徑：Di 0.30.35D

35、現(xiàn)?。篋i0.35D0.35 1400490mm葉片寬度：h0.2Di0.21400280mm弧長：r0.375Di0.375 1400525mm盤徑：0.75Di0.75 14001050mm葉弦長：l0.25Di0.25 1400350mm攪拌器間距：YDi490mm底距：b490mm攪拌器轉(zhuǎn)速 N2 ，根據(jù) 50L 罐， 470r/min ，使用 P0/V 為基準(zhǔn)放大 6 ， 50L 罐 N1 470r/min ，攪拌器直徑Di=112mm2 / 3D1N2N1 D22 / 3112470176 r / min490兩擋攪拌。 攪拌軸功率的計(jì)算淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。i

36、 計(jì)算 Rem8RemD 2 N式中D攪拌器直徑，D=0.49m1762.93 r / sNN攪拌器轉(zhuǎn)速，60 醪液密度， =1050 kg/m 32 醪液粘度， =1.3 10-3N s/m將數(shù)代入上式：Rem0.4922.9310505.68 1051041.3103視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7ii 計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率P0 ：P0N P N 3 D 5式中Np 在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7N 攪拌轉(zhuǎn)速， N=176r/min=2.93r/sD 攪拌器直徑， D=0.49m 醪液密度， =1050kg/m 3代入上式：P04.7 2.9330.495 10503.5 103

37、 W3.5kW兩擋攪拌 P02P07kWiii計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率PgP02 ND 30.39Pg2.25 10 3kWQ0.08式中P0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（ kW ）， P027249N軸轉(zhuǎn)速， N=176r/minD攪拌器直徑（ cm）， D3 =0.493 106 =1.12105Q通風(fēng)量（ ml/min ），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.110.18 ，取低限，如通風(fēng)量變大， Pg 會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；則Q=3.1 0.11 106=3.41 105（ ml/min ）Q0.083.411050.082.77代入上式：49 176 1.12 1050.39Pg 2.25 10 32.774.83 kWiv 求電機(jī)功率P 電：PPg1.01電123采用三角帶傳動 1=0.92 ；滾動軸承 2=0.99 ，滑動軸承