味精發(fā)酵課程設(shè)計

課程名稱:生物工程設(shè)備課程設(shè)計題目名稱：100皿3味精發(fā)酵一、課程設(shè)計的內(nèi)容1、通過查閱機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的有關(guān)資料，熟悉基本工作原理和特點。2、進(jìn)行工藝計算3、主要設(shè)備工作部件尺寸的設(shè)計4、繪制裝配圖5、撰寫課程設(shè)計說明書二、設(shè)計要求與數(shù)據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定（D、H、HL、V、VL、Di等）；通風(fēng)量的計算；攪拌功率計算與電機(jī)的選擇；傳熱面積及冷卻水用量的計算。三、發(fā)酵生產(chǎn)工藝及流程（發(fā)酵菌株、生產(chǎn)條件、原料、工藝流程等）4.1味精生產(chǎn)工藝4.1.1發(fā)酵菌株[3]現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌分屬于棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬。目前工業(yè)上應(yīng)用的谷氨酸產(chǎn)生菌有谷氨酸棒狀桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、散枝短桿菌、黃色短桿菌、噬氨短桿菌等。目前國內(nèi)各味精廠所使用的谷氨酸生產(chǎn)菌主要有（1）純齒棒狀桿菌AS1.542及其誘變株B9、B9-17-36、F-263等菌株；（2）天津短桿菌T613、及其誘變株FM-415、CMTC6282、S9114等菌株；（3）北京棒桿菌AS1.229及其誘變株D110等菌株。4.1.2生產(chǎn)原料谷氨酸生產(chǎn)時發(fā)酵原料的選擇原則⑷首先考慮菌體生長繁殖的營養(yǎng)；考慮到有利于谷氨酸的大量積累；還要考慮原料豐富，價格便宜；發(fā)酵周期短，產(chǎn)品易提取等因素。目前谷氨酸生產(chǎn)上多采用尿素為氮源，采用分批流加，以生物素為生長因子。國內(nèi)大多數(shù)廠家用淀粉為發(fā)酵原料，主要有玉米、小麥、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最為常用。少數(shù)廠家用糖蜜為發(fā)酵原料，主要有甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。4.1.3培養(yǎng)基制備[5]斜面培養(yǎng)基：葡萄糖0.1%、牛肉膏0.5%、蛋白月東1.0%、氯化鈉0.5%、瓊脂2.0%、PH7.0~7.2o一級種子培養(yǎng)基：葡萄糖2.5%、尿素0.6%、KH2PO40.1%、MgSO4?7H2O0.04%、玉米.3~3.0ml、pH7.0o二級種子培養(yǎng)基：水解糖12~14%、尿素0.5~0.8%、玉米漿0.5~0.6ml、KH2PO40.1~0.2%、MgSO4?7H2O0.04%、pH7.0。發(fā)酵培養(yǎng)基：水解糖12~14、尿素0.5~0.8%、玉米漿0.6ml、MgSO4?7H2O0.06%、KCl0.05%、Na2HPO40.17%、pH7.0。4.1.4味精發(fā)酵生產(chǎn)影響條件（1）氧，谷氨酸產(chǎn)生菌是好氧菌，通風(fēng)和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在發(fā)酵后期，加大通氣量有利于谷氨酸的合成。（2）溫度，菌種生長的最適溫度為30?32°C。當(dāng)菌體生長到穩(wěn)定期，適當(dāng)提高溫度有利于產(chǎn)酸，因此，在發(fā)酵后期，可將溫度提高到34?37C。（3）pH,谷氨酸產(chǎn)生菌發(fā)酵的最適pH在7.0?8.0。但在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的利用，代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的pH會不斷變化。如隨著氮源的利用，放出氨，pH會上升；當(dāng)糖被利用生成有機(jī)酸時，pH會下降。（4）磷酸鹽，它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的，但濃度不能過高，否則會轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后，常用離子交換樹脂法等進(jìn)行提取°（5）生物素，當(dāng)生物素缺乏時，菌種生長十分緩慢；當(dāng)生物素過量時，則轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)酵。因此，一般將生物素控制在亞適量條件下，才能得到高產(chǎn)量的谷氨酸。

4.1.5味精生產(chǎn)工藝概述［6］味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：（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??；（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(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，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程5、發(fā)酵罐主要設(shè)計條件（發(fā)酵罐主要部件尺寸的設(shè)計計算結(jié)果）5、罐體幾何尺寸的確定、罐體主要部件尺寸的設(shè)計計算：5?1發(fā)酵罐主要設(shè)計條件及主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)常識，一個良好的發(fā)酵罐應(yīng)滿足下列要求：①結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，經(jīng)得起蒸汽的反復(fù)滅菌，內(nèi)壁光滑，耐腐性好，以利于滅菌徹底和減小金屬離子對生物反應(yīng)的影響；②有良好的氣-液-固接觸和混合性能以及高效的熱量、質(zhì)量、動量傳遞性能；③在保持生物反應(yīng)要求的前提下，降低能耗；④有良好的熱量交換性能，以維持生物反應(yīng)最是溫度；⑤有可行的管道比例和儀表控制，適用于滅菌操作和自動化控制。5?2罐體選型、幾何尺寸的確定、罐體主要部件尺寸、生產(chǎn)能力的設(shè)計計算5.2.2.1發(fā)酵罐容積的確定：初步選用公稱容積為100m3的發(fā)酵罐。公稱體積V――罐的筒身（圓柱）體積和底封頭體積之和全體積V0公稱體積和上封頭體積之和。圖］-Ml機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵滯韻幾何尺寸身高內(nèi)一液位強(qiáng)"曜高D-HI徑玖椀排葉是直徑四一擋板寬C下腐掉葉蛤與廉底距日一相鄰攪掉葉輪間距V封二（兀/4）D2（h圖］-Ml機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵滯韻幾何尺寸身高內(nèi)一液位強(qiáng)"曜高D-HI徑玖椀排葉是直徑四一擋板寬C下腐掉葉蛤與廉底距日一相鄰攪掉葉輪間距假設(shè)H0DT.98，根據(jù)設(shè)計條件發(fā)酵罐的公稱體積藝根據(jù)工參數(shù)和高徑比確定各部幾何尺寸，高徑比H/D=2.5，則H=2.5D罐體直徑二3885.238675mm故，罐體總高度為H=2.5x3885.238675=9716.096686mm取整H=9800mmD=3900mm圓筒高H0=2D=2x3900=7800mm封頭高h(yuǎn)1=0.25D=0.25x3900=975mm封頭質(zhì)邊hb取50mm故，發(fā)酵罐的容積；（取橢圓形封頭）V="/4D2H0+2匕=02《姆x3900X3900x7800+{（3.14x3900x3900x3900/24+（3.14x3900x3900/4）x0.02）x2}=93.13083+16.71579二109.84662m3此時，H0/D=7800/3900=2，與前面的假設(shè)接近故可認(rèn)為D=3900mm最合適。攪拌葉的直徑取Di=1200mm，其中Di/D=1200/3900=0.3符合（Di/D在0.3-0.5間）攪拌葉間距S=2Di=2x1200=2400mm攪拌葉至封頭高度C=Di=1200mm

100m3發(fā)酵罐的幾何尺寸項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注公稱體積m3100設(shè)計條件全體積m3110計算罐體直徑mm3900計算發(fā)酵罐總高mm9800計算發(fā)酵罐筒體高度mm7800計算攪拌葉直徑mm1200計算橢圓封頭短半軸長mm1200計算橢圓封頭直邊高度mm50計算底攪拌葉至封頭高度mm2400計算攪拌葉間距mm2400計算5.2.3罐體主要部件尺寸的設(shè)計計算5.2.3.1罐體考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料和封頭材料，封頭結(jié)構(gòu)、與罐體連接方式。因糖化酶是偏酸性（pH值為4.5），對罐體不會有太大腐蝕，所以罐體和封頭都使用16MnR鋼為材料，封頭設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，因D>500mm，所以采用雙面縫焊接的方式與罐體連接。5.2.3.2罐體壁厚6=+C（mm）=8.7，，取?9mm+3?6.83（mm）12Lajp-p2x170x0.8-0.4D一罐體直徑（mm）p一耐受壓強(qiáng)（取0.4MPa）6-焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8［。］—設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（kgf/cm2）（16MnR鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150°C,170MPa）C—腐蝕裕度，當(dāng)6—C<10mm時，C=3mm5.2.3.2罐體壁厚&廣itsfc+C（岫=2.zmm；i?mm+3牝6.83（mm）D一罐體直徑（mm）p—耐受壓強(qiáng)（取0.4MPa）6—焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8［。］—設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（kgf/cm2）（16MnR鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150C，170MPa）C—腐蝕裕度，當(dāng)6—C<10mm時，C=3mm5.2.3.4攪拌器⑻采用渦輪式攪拌器，選擇攪拌器種類和攪拌器層數(shù)，根據(jù)d確定h和b的值尺寸：六平葉渦輪式攪拌器已標(biāo)準(zhǔn)化，稱為標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器；攪動液體的循環(huán)量大，攪拌功率消耗也大；查閱文獻(xiàn)⑼可知100m3發(fā)酵罐采用6-6-6彎葉式攪拌葉葉徑d=1200mm，則可以計算出盤徑di=0.65d=0.65x1200780mm，葉高h(yuǎn)=0.3d=360mm葉長b=0.25d=300mm5.2.3.5儀表接口溫度計：裝配式熱電阻溫度傳感器Pt100型，開在罐身上；壓力表：彈簧管壓力表（徑向型），精度2.5，型號：r-250Z，開在封頭上;液位計：采用標(biāo)準(zhǔn)：HG5-1368型號：R-61，開在罐身上；溶氧探頭：SE-N-DO-F；pH探頭：PHS-2型；5.2.3.6擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板。5.2.3.7人孔和視鏡[10]人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。本次設(shè)計只設(shè)置了1個人孔，標(biāo)準(zhǔn)號為：人孔RFII（R?G）450-0.6HG21522-1995，公稱直徑450，開在頂封頭上，位于左邊軸線離中心軸750mm處視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計只設(shè)置了2視鏡，直徑為DN80,開在頂封頭上，位于前后軸線離中心軸750mm處，標(biāo)記為視鏡IIPN1.0DN80HGJ501-86-175.2.3.8管道接口（采用法蘭接口）進(jìn)料口：直徑E08x7.5mm，開在封頭上，排料口：E08x7-5mm，開在罐底；進(jìn)氣口：E08x7.5mm，開在封頭上；排氣口：E08x7.5mm，開在封頭上；冷卻水進(jìn)、出口：E08x7.5mm，開在罐身；補(bǔ)料口：E08x7.5mm，開在封頭上；取樣口：E08x7.5mm，開在封頭上；5.2.3.9其他接管設(shè)計5.2.3.9.1接管的長度h設(shè)計各接管的長度h根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取100?200mm。5.2.3.9.3氣管直徑的確定按通風(fēng)管計算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為20?25m/s?，F(xiàn)通風(fēng)比0.1?0.18vvm,為常溫下20°C,0.1MPa下的情況，要折算0.4MPa、30°C狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值g=22.5x0.18=4.05。3/min)=0.07(n3/D利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf0.1273+30八。/,)q=0.07x035x^-^_20=0.21m3/s，取風(fēng)速v=20m/s，則風(fēng)管截面積Ff為廠Q0.21()f=—旦=—=0.001m2)fv20F=0.785d2氣則氣管直徑d氣為:d氣=、：H=、）取645X4.5mm無縫管，45mm〉36mm，可滿足工藝要求。5.2.3.9.4排料時間復(fù)核物料流量Q=0.0068m3/s,流速v=1m/s；管道截面積：F=0.785x0.1252=0.0123。2)在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為P=Q=°.0068=0.55（倍）Fv0.0123x1排料時間：t=2x0.=1.1(h)6、冷卻裝置設(shè)計6.1冷卻方式發(fā)酵罐容量大，罐體的比表面積小。夾套不能滿足冷卻要求，使用蛇管冷卻，綜合比較列管的冷卻效果好，在使用水作冷卻介質(zhì)時，選用列管。

6.3冷卻水耗量由實際情況選用進(jìn)出口水溫為18C、26C,則W—Q_-——451220_-13474.08027kg/h)C(tp4.186(2618)Q-單位時間傳熱量Cp一冷卻水的平均比熱，取4.186kJ/(kg?C)t2-t1-冷卻水進(jìn)出口溫度差對數(shù)平均溫度差，由工藝條件知道"=33C,(3320)(3328)33202.3031g332810.49OCtt匕)(ttJm2.3031志匕ttt1-冷卻水進(jìn)口溫度t2-冷卻水出口溫度匕-發(fā)酵溫度(3320)(3328)33202.3031g332810.49OC我們通過查閱機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的有關(guān)資料，熟悉基本工作原理和特點，進(jìn)行工藝計算、主要設(shè)備工作部件(如罐體、罐體壁厚、封頭壁厚計算、攪拌器、儀表接口、人孔和視鏡、管道接口等)尺寸的設(shè)計。為了我們的設(shè)計能滿足工藝要求，我們都經(jīng)過多次反復(fù)計算及資料核查。盡管如此，由于本人知識有限，實踐經(jīng)驗尚缺，時間限制，我想本設(shè)計中仍會不可避免地出一些問題，限于所學(xué)知識及實踐能力的缺乏，或許我現(xiàn)在還無