年產(chǎn)15萬噸味精發(fā)酵車間設(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-CH2CH(NH2)-COONa·H20)，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(huì)第十九次會(huì)議，宣布取消對(duì)味精的食用限量，再次確認(rèn)為一種安全可靠的食品添加劑1。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)展

2、，目前世界各國均以此法進(jìn)行生產(chǎn)。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(duì)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(shí)。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(duì)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)與選型；第三部分是工藝流程和

3、平面布置圖。由于我的水平有限，加之對(duì)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(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)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(duì)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(duì)蒸汽的需求，同時(shí)還設(shè)置了動(dòng)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)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過

4、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。空氣菌種原料空氣壓縮機(jī)預(yù)處理斜面培養(yǎng)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)冷卻水解除鐵離心沉淀發(fā)酵配料過濾氣液分離種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)過濾淀粉水解糖過濾除菌脫色濃縮結(jié)晶離心等電點(diǎn)調(diào)節(jié)過濾干燥大結(jié)晶干燥母液小結(jié)晶粗谷氨酸拌鹽粉碎粗谷氨酸 成品味精粉狀味精離子交換處理溶解粗谷氨酸溶液中和制味精 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(dòng)篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。用于原料粉碎的

5、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)。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級(jí)乃至二

6、級(jí)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(duì)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(dòng)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(duì)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(dòng)性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通風(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

7、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(jí)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(jí)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

8、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(duì)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(dòng)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)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/a1

9、5000（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/m3150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(duì)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(jí)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)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0.00

10、2，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V1 式中 150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3） 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(duì)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， （3）二級(jí)種液量 V2 （4）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 式中 25二級(jí)種液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為： （6）耗用淀粉原料量 理論上，100

11、kg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：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(jí)種液耗尿素量為V3發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4故共耗尿素量為627.5kg（8）甘蔗糖蜜耗用量 二級(jí)種液耗用糖蜜量V5發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6合計(jì)耗糖蜜69.9kg（9）氯化鉀耗量GKCl （10）磷酸氫二鈉（Na2HPO4·7H2O）耗量G3 （11）硫酸鎂（MgSO4·7H2O）用量G4 （12）消泡劑（泡敵）耗用量G5 （13）植物油耗用量 G6 （14）谷氨酸（麩酸）量 發(fā)酵液谷氨酸含量為：實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率80%）為：2.1.3

12、 15000t/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物料名稱生產(chǎn)1t味精（100%）的物料量15000t/a味精生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）15.662.35×105783二級(jí)種液（m3）0.313469515.65發(fā)酵水解用糖（kg）23493.52×1071.17×105二級(jí)種培養(yǎng)用糖（kg）7.831.18×105391.5水解糖總量（kg）2356.83.53×1071.18×105淀粉(kg)2

13、793.74.19×1071.40×105尿素（或液氨）627.59.41×1063.14×104糖蜜（kg）69.91.05×1063495氯化鉀（kg）12.531.88×105626.5磷酸氫二鈉（kg）3.134.70×104156.5硫酸鎂（kg）9.581.44×105479泡敵（kg）9.41.40×105470植物油（kg）23.53.53×1051175谷氨酸（kg）8931.34×10744650表2 15000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算2.2 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型

14、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15.66m3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V0（發(fā)酵周期為48h）。發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230 m3 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：富裕量 能滿足產(chǎn)

15、量要求（3）主要尺寸的計(jì)算：取高徑比 H：D=2：16 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(yàn)算全容積V全：V全=V全符合設(shè)計(jì)要求，可行。（4）冷卻面積的計(jì)算 對(duì)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/(m3·h) 5。采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18×500 kJ/(m3·h·) 8。平均溫差tm： 32 3220 2712 5代入 對(duì)公稱容量200 m3的發(fā)酵罐，每天裝5罐，每罐實(shí)際裝液量為換熱面積

16、 （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(zhuǎn)速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=110r/min。以等P0/V為基準(zhǔn)6放大求得：（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Rem8 式中 D攪拌器直徑，D=1.7m N攪拌器轉(zhuǎn)速， 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度， =1.3×10-3N·s/m2 將數(shù)代入上式：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

17、軸功率P0：式中 Np在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7 N攪拌轉(zhuǎn)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(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg 式中 P0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW），N軸轉(zhuǎn)速，N=80r/min D攪拌器直徑（cm），D3=1.73×106=4.9×106 Q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(huì)小，為安全?，F(xiàn)取0.11；則Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min） 代入上式：求電機(jī)功率P電：采用三角

18、帶傳動(dòng)1=0.92；滾動(dòng)軸承2=0.99，滑動(dòng)軸承3=0.98；端面密封增加功率為1%7；代入公式數(shù)值得：（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133×4mm。 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(dòng)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W式中 Q總每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 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

19、，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：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(jìn)水總管直徑 ： 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：查金屬材料表選取89×4mm無縫管9， ，認(rèn)為可滿足要求，。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： 冷卻管總長度L計(jì)算：由前知冷卻管總面積現(xiàn)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

20、8m：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0.5m3，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(shù)n0：現(xiàn)取管間距為，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：而前有F=232.5m2，可滿足要求。（8）設(shè)備材料的選擇10選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。（9）發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚S （cm）式中 P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPa

21、 D發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，=127MPa 焊接縫隙， =0.7 C壁厚附加量（cm）式中 C1鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm C2為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mm C3加工減薄量，現(xiàn)取C3=0選用14mm厚A3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： （cm）式中 P=0.4MPa D=500cm=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）=0.7（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155m3，設(shè)4h之內(nèi)排空，則物料體積流量發(fā)酵醪流速取

22、v=1m/s;則排料管截面積為F物。管徑：取無縫管133×4mm，125.mm118mm，認(rèn)為合適。按通風(fēng)管計(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，。利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf8取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為則氣管直徑d氣為：因通風(fēng)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(shí)間復(fù)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(jì)算結(jié)果

23、大，則相應(yīng)流速比為排料時(shí)間：（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(jí)乃至二級(jí)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(jí)種子罐容積和數(shù)量的確定 二級(jí)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：式中 V總發(fā)酵罐總?cè)莘e（m3） 二級(jí)種子罐個(gè)數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上5罐，需二級(jí)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(jí)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

24、。H：D=2：1，則種子罐總?cè)莘e量V'總為：簡化方程如下： 整理后解方程得D=1.4m則H=2D=2×1.4=2.8（m）查得封頭高H'封 罐體總高H'罐：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 ： 不計(jì)上封頭容積 ： 校核種子罐總?cè)莘eV'總：比需要的種子罐容積4.6 m3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： 夾套傳熱系數(shù)：現(xiàn)取K=4.18×220kJ/（m2·h·） 平均溫差：發(fā)酵溫度32；水初溫2023，取23；水終溫27，則平均溫差：

25、 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： 靜止液體浸沒筒體高度 ： 液深 ： 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：夾套高度應(yīng)不高于動(dòng)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(m2)該設(shè)計(jì)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(shè)備材料的選擇 采用A3鋼制作壁厚計(jì)算 夾套內(nèi)罐的壁厚式中 D設(shè)備的公稱直徑，140cm m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=3 P設(shè)計(jì)壓力，與水壓有關(guān)，P=0.4MPa E金屬材料的彈性模量9，對(duì)A3鋼E=2

26、×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(shù)值代入公式：取9mm 封頭的厚度封：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論P(yáng)317表16 碳鋼橢圓封頭最大需用內(nèi)部壓力i 對(duì)于上封頭，取封=6mmii 對(duì)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（JBH5473），確定套封=6mm設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì) 擋板：根據(jù)全擋板條件，式中B擋板寬度B（0.1-0.12）D=0.1×1400=140mm

27、 D罐徑D1400mm Z擋板數(shù)：取Z6塊 攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器直徑：Di0.30.35D現(xiàn)取：葉片寬度：弧長：盤徑：葉弦長：攪拌器間距：底距：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N1470r/min，攪拌器直徑Di=112mm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 計(jì)算Rem8式中 D攪拌器直徑，D=0.49m N攪拌器轉(zhuǎn)速， 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度， =1.3×10-3N·s/m2 將數(shù)代入上式：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

28、P0： 式中 Np在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7 N攪拌轉(zhuǎn)速，N=176r/min=2.93r/s D攪拌器直徑，D=0.49m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：兩擋攪拌iii 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg式中 P0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW）， N軸轉(zhuǎn)速，N=176r/min D攪拌器直徑（cm），D3=0.493×106=1.12×105 Q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(huì)小，為安全?，F(xiàn)取0.11；則Q=3.1×0.11×106=3.41×105（ml/min）代入上式：iv 求電機(jī)

29、功率P電：采用三角帶傳動(dòng)1=0.92；滾動(dòng)軸承2=0.99，滑動(dòng)軸承3=0.98；端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得： 進(jìn)風(fēng)管：該管距罐底2560mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。通風(fēng)管管徑計(jì)算：設(shè)罐壓0.4MPa，發(fā)酵溫度t=32，風(fēng)速v=20m/s，通風(fēng)量為0.18VVm，常壓下t0=20，送風(fēng)量V為：將通風(fēng)換算成工作狀態(tài)，求通風(fēng)管直徑d1圓整，查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用25×3mm ,內(nèi)徑25-2×3=19 mm大于12 mm，可滿足生產(chǎn)要求。 進(jìn)出物料管：該管為物料進(jìn)口，管底距罐底2560mm之間，現(xiàn)取30mm向

30、下單管。按輸送物料算：20min送完3.1m3物料則物料流量為管道截面為F，物料流速為v=0.51m/s，現(xiàn)取v=0.5m/s，則：設(shè)管徑為：圓整，查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用108×4mm ,內(nèi)徑108-2×4=100 mm大于80 mm，可滿足生產(chǎn)要求。 冷卻水管：由前知需冷卻熱量，冷卻水溫變化23 27，水比熱容則耗水量W為：取水流速v=4m/s；則冷卻管直徑為支座選型 選用支撐式支座（2）一級(jí)種子罐 一級(jí)種子罐的選型 選用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐 一級(jí)種子罐容積和數(shù)量的確定 種子罐容積的確定：接種量按2%計(jì)算，則種子罐容積

31、V種1為故選用公稱體積為100L的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的主要尺寸為：罐內(nèi)徑400mm，圓柱高800mm，封頭高125mm，罐體總高1050mm，封頭容積11.5L，圓柱部分容積100L，不計(jì)上封頭的容積112L，全容積123L，攪拌槳直徑135mm。冷卻選用夾套冷卻10。一級(jí)種子罐個(gè)數(shù)的確定：一級(jí)種子罐與二級(jí)種子罐對(duì)應(yīng)上料。二級(jí)種子罐平均每天上5罐，需一級(jí)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，一級(jí)種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。2.2.3 空氣分過濾器（1）二級(jí)種子罐分過濾器：二級(jí)分過濾器風(fēng)量的計(jì)算：查生物工程設(shè)備P389 表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技

32、術(shù)特性，選用JLS-D-025型空氣過濾器，過濾能力0.25m3/min，外型尺寸75×520mm, 重量5kg，進(jìn)出口管徑20×20，與種子罐進(jìn)風(fēng)口不一致，可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.25m3/min大于0.144m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。 數(shù)量與二級(jí)種子罐數(shù)量一致，共6只。 （2）一級(jí)種子罐分過濾器：一級(jí)分過濾器風(fēng)量的計(jì)算： 查生物工程設(shè)備P389 表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技術(shù)特性，選用JLS-D-001型空氣過濾器，過濾能力0.01m3/min，外型尺寸22×150mm, 重量0.2kg，進(jìn)出口管徑6×1，與種子罐進(jìn)風(fēng)口不一致，

33、可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.01m3/min大于0.0043m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。數(shù)量與一級(jí)種子罐數(shù)量一致，共6只。（3）發(fā)酵罐分過濾器分過濾器濾層直徑計(jì)算： 式中 V通過發(fā)酵罐分過濾器的空氣流量（0.4MPa下） Vs通過分過濾器的氣速，現(xiàn)取0.2m/s則 分過濾器直徑：。 現(xiàn)取 ：查金屬材料表，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值：D過濾器=1200mm分過濾器的壁厚：設(shè)計(jì)壓力P=0.5MPa取S=6mm。進(jìn)出氣管：進(jìn)出氣管直徑可取與設(shè)備通風(fēng)管一致，即133×4無縫管數(shù)量：分過濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個(gè)，共需11臺(tái)。濾層厚度：同種子罐，分過濾器56層超細(xì)玻璃纖維濾

34、紙，經(jīng)樹脂處理過使用。分過濾器高度：2.2.4 味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表味精發(fā)酵車間設(shè)備見表3表3 15000t/a味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表位號(hào)設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)規(guī)格與型號(hào)材料備注F301-311發(fā)酵罐115000×10000mmA3鋼專業(yè)設(shè)備F321-326二級(jí)種子罐61400×2800mmA3鋼專業(yè)設(shè)備F331-336一級(jí)種子罐6400×800mmA3鋼專業(yè)設(shè)備R301-311發(fā)酵罐分過濾器111200×1800mmA3鋼專業(yè)設(shè)備R321-326種子罐分過濾器675×520mmA3鋼專業(yè)設(shè)備R331-336種子罐分過濾器622×150mmA3鋼專業(yè)設(shè)備參考文獻(xiàn)1張克旭氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)，中國輕工業(yè)出版社，1992：279-280。2張啟先我國發(fā)酵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)伏與對(duì)策科技導(dǎo)報(bào)，1992（2）：44-45。