年產(chǎn)102萬噸99%味精工廠發(fā)酵工段(種子罐+發(fā)酵罐)工藝設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

PAGEPAGE44《發(fā)酵(制藥)工廠設(shè)計》課程設(shè)計說明書設(shè)計題目年產(chǎn)10.2萬噸99%味精工廠發(fā)酵工段（種子罐+發(fā)酵罐）工藝設(shè)計姓名學(xué)號院(系)專業(yè)指導(dǎo)教師2015年1月9日年產(chǎn)10.2萬噸99%味精工廠發(fā)酵工段工藝設(shè)計摘要:設(shè)計一個味精工廠，以工業(yè)淀粉（純度80％）為原料，采用雙酶法進(jìn)行糖化生產(chǎn)，谷氨酸純度為99％。本設(shè)計從全工藝流程，物料、能量衡算、設(shè)備選型、工藝布置、車間設(shè)計、主要設(shè)備工藝設(shè)計幾個方面對發(fā)酵車間進(jìn)行設(shè)計。關(guān)鍵詞:味精；谷氨酸；發(fā)酵；設(shè)計TheFermentationProcessDesignOfTheMSGFactoryfortheAnnualCapacityof60,000Tons/YearAbstract:Thedesignistoestablishamonosodiumglutamatefactory.Itsrawmaterialisstarchthatthepurityis80%;thetechniquemethodisdouble-enzymesaccarficationproduction;thepurityofglutamatesis99%.Thewholedesignincludesplanttechnologicalprocess,metricalandenergybalance,equipmentselection,technologicallayout,workshopdesignandthemainequipmenttechnologicalprocess,whicharetodesignanefficientfermentationworkshop.Keywords:glumaticacid;monosodiumglutamate;fermentation;ProcessdesignTOC\o"1-3"\h\u目錄268851.總論 5236361.1.概述 5210641.1.1.產(chǎn)品名稱、性質(zhì) 517249醫(yī)藥工業(yè) 67531制造工業(yè) 621694農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 6138551.2.產(chǎn)品的各種生產(chǎn)方法 6135351.2.1.水解提取法 7258941.2.2.合成法 7202721.2.3.發(fā)酵法 7243551.2.4.味精各種制法的比較及選擇 7186951.2.5.產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 8292631.3.設(shè)計任務(wù) 8258732.生產(chǎn)方案和生產(chǎn)流程的確定 858043.味精生產(chǎn)工藝概述 889953.1.1.味精發(fā)酵總流程圖（見下頁圖1） 974493.2.原料及其預(yù)處理 919433.2.1.原料的種類 9234713.2.2.原料預(yù)處理 937453.2.3.淀粉水解糖制備 9272093.2.4.種子擴大培養(yǎng) 10131223.3.影響種子質(zhì)量的主要因素 10225803.3.1.谷氨酸發(fā)酵 11283463.3.2.谷氨酸生物合成途徑 11195294.谷氨酸發(fā)酵工藝 13319144.1.發(fā)酵培養(yǎng)基 13192104.2.培養(yǎng)基滅菌 13208174.3.谷氨酸發(fā)酵 14313524.4.發(fā)酵條件控制 14231634.5.谷氨酸的提取 15105264.6.谷氨酸制取味精及味精成品加工 16211895.工藝計算 18206705.1.設(shè)計依據(jù)與主要工藝技術(shù)參數(shù) 18324405.2.谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 18294515.2.1.谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 18311005.3.102000噸味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 20249225.4.熱量衡算 21191665.4.1.液化工序熱量衡算 21111035.4.2.

連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算 22260745.4.3.谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算 24228175.4.4.干燥過程的熱量衡算 25130815.4.5.生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果： 25302015.5.無菌空氣耗量計算 25139366.設(shè)備設(shè)計與選型 26101006.1.發(fā)酵罐 2651506.1.1.發(fā)酵罐的選型 26189916.1.2.生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 26169546.1.3.主要尺寸的計算 2782086.1.4.冷卻面積的計算 27139756.1.5.攪拌軸功率的計算 2974486.1.6.設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算 30319416.1.7.設(shè)備材料的選擇[10] 32122576.1.8.發(fā)酵罐壁厚的計算 32156376.1.9.接管設(shè)計 3328316.2.種子罐 34176166.2.1.三級種子罐容積和數(shù)量的確定 34243746.2.2.二級種子罐 39248236.2.3.一級種子罐 40125506.3.空氣分過濾器 40103226.3.1.三級種子罐分過濾器： 4055626.3.2.二級種子罐分過濾器： 40303506.3.3.一級種子罐分過濾器： 41123176.3.4.發(fā)酵罐分過濾器 41106866.4.味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表 42232057.設(shè)備布置和管道布置 42318718.總結(jié) 43.總論本文對味精發(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。整個設(shè)計內(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)計與選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。概述產(chǎn)品名稱、性質(zhì)

本次

味精，化學(xué)名稱為L-谷氨酸鈉(sodiumL-glutamate),全稱為L谷氨酸單鈉一水化物或L-α-氨基戊二酸單鈉一水化物(monosodiumL-glutamatemonohydrate,MSG),分子式C5H6O4NNa?H2O,具有旋光性,又稱谷氨酸,麩酸鈉,味素等.它是增強食品風(fēng)味的增味劑,主要呈現(xiàn)鮮味,也稱鮮味劑.味精呈無色或白色柱狀結(jié)晶性粉末，無臭，有特殊鮮味。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。無吸濕性，對光穩(wěn)定，水溶液加溫也較穩(wěn)定.水中溶解度為64.1%(0℃).于100℃的溫度下加熱3h,分解率為0.6%,在120℃時失去結(jié)晶水,155-160℃或長時間受熱,失水而味力降低.1.1.2味精的應(yīng)用范圍食品工業(yè)味精在食品類方面可以作為一種添加劑，能夠產(chǎn)生“鮮味”是其重要的功能。此外，味精還可以改善食品的自然風(fēng)味，使食品克服異味。隨著國家現(xiàn)代化、社會化的發(fā)展，食品加工業(yè)也在不斷地壯大，同時對味精的需求量也越來越大。味精在罐頭、冷藏食品、熟食品加工、小食品和快餐調(diào)料等方面的應(yīng)用也日益廣泛。然而，我們在使用味精時，應(yīng)該注意使用溫度和烹飪方法。燒菜時，不要過早地放入味精。當(dāng)烹調(diào)加熱至120℃以上時，谷氨酸鈉會發(fā)生化學(xué)變化，生成焦谷氨酸鈉，既失去了鮮味，又對人體沒有營養(yǎng)價值，而且還會有輕微的毒害作用。所以平時炒菜、做湯時，應(yīng)該在臨出鍋時放入味精，并且不要把它放在有小蘇打或堿的菜中，以免味精中的谷氨酸反應(yīng)生成谷氨酸二鈉，從而失去其鮮味。炒菜、做湯時，加點味精可以使菜、湯更加鮮美，但是，味精也不是越多越鮮，放多了反而會使舌頭發(fā)麻，產(chǎn)生一種似咸非咸、似澀非澀的怪味[3]。醫(yī)藥工業(yè)谷氨酸鈉進(jìn)入到胃腸后，會很快分解出的谷氨酸，并且立即參與人體內(nèi)正常物質(zhì)代謝的過程；當(dāng)人體內(nèi)葡萄糖供應(yīng)不足時，谷氨酸還能及時替補葡萄糖，作為腦組織活動的能源，改善大腦組織的一些機能；谷氨酸能與人體內(nèi)血氨結(jié)合生成無毒的谷氨酰胺，具有保肝的重要生理功能并輔助治療肝病、肝功能不全、肝功能受損及肝昏迷；谷氨酸鈉在臨床上用于治療某些精神病疾患、增強記憶、安定情緒及對神經(jīng)衰弱等有明顯的效果和輔助治療精神分裂癥和癲癇病，谷氨酸鈉已被列入許多國家的藥典[2]。制造工業(yè)焦谷氨酸鈉（味精脫水后生成的產(chǎn)物），具有很好的吸濕性，能夠保持皮膚濕潤，防止皮膚干燥，并且可以增強皮膚、毛發(fā)的柔軟性和彈性。日本已經(jīng)有以谷氨酸鈉（或谷氨酸）作為原料生產(chǎn)的化妝品、高級人造革和洗滌劑等產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域谷氨酸作為植物生長調(diào)節(jié)劑，可以增加柑橘果實的含糖量，降低酸度。另外，谷氨酸鈉還可用于制備農(nóng)藥。谷氨酸鈉不僅是西紅柿的保護性殺菌劑，還是防治果樹腐爛病的殺菌劑。它還可以用做微肥的載體，發(fā)揮微量元素的效果。產(chǎn)品的各種生產(chǎn)方法味精制造方法分為水解提取法、合成法和發(fā)酵法三大類。現(xiàn)在水解提取法（蛋白質(zhì)水解法和從廢糖蜜中提取法）與合成法已停用。目前世界生產(chǎn)味精的廠商都在采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精[2]。水解提取法水解提取法包括植物蛋白質(zhì)水解法和從甜菜糖蜜提取法。植物蛋白質(zhì)水解法是生產(chǎn)味精的傳統(tǒng)工藝，是以豆粕或面筋等植物蛋白為原料，加酸水解，使蛋白質(zhì)水解成多種氨基酸，然后單離出谷氨酸，再制成味精。從甜菜糖蜜提取法，在制糖的過程中，用石灰石處理甜菜糖蜜，谷氨酸轉(zhuǎn)化為焦谷氨酸，焦谷氨酸水解后可轉(zhuǎn)化為谷氨酸，由于此方法收率低，而且不經(jīng)濟，已經(jīng)停止使用。合成法合成法是以丙烯腈、糠醛、環(huán)戊二烯或其他物質(zhì)為原料來合成谷氨酸，再加工制成味精?；瘜W(xué)合成方法制造味精有10多種方法，我國也曾經(jīng)進(jìn)行過合成法的小中型試驗，但是沒有工業(yè)化。發(fā)酵法發(fā)酵法生產(chǎn)味精，是以糖蜜或淀粉為原料，經(jīng)糖化、發(fā)酵、提取、中和和精制一系列工藝制成味精。味精生產(chǎn)工藝流程：原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制取谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴大培養(yǎng)谷氨酸發(fā)酵原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制取谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴大培養(yǎng)谷氨酸發(fā)酵谷氨酸的提取與分離由谷氨酸制成味精及味精成品加工圖2-1味精生產(chǎn)工藝流程圖味精各種制法的比較及選擇三種制法中，以發(fā)酵法最為優(yōu)越。它原料來源廣闊，單耗低，設(shè)備腐蝕性小，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟效益高?，F(xiàn)在世界各地都在普遍使用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。所以本設(shè)計選擇中糖發(fā)酵，一次等電點提取的方法制取味精。產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)符合國家QB/T8967-2007標(biāo)準(zhǔn)的味精。設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計為年產(chǎn)10.2萬噸99%味精工廠發(fā)酵工段（種子罐+發(fā)酵罐）工藝設(shè)計。具體內(nèi)容如下：1.工藝流程設(shè)計；2.物料衡算；3.設(shè)備設(shè)計與選型；4.設(shè)備布置設(shè)計；5.物料管道設(shè)計；6.圖紙繪制（CAD繪制）：（1）工藝流程圖（2）設(shè)備布置圖（3）物料管道布置圖生產(chǎn)方案和生產(chǎn)流程的確定選擇的主要依據(jù)有：原料來源、種類和性質(zhì)；產(chǎn)品的質(zhì)量和規(guī)格；生產(chǎn)規(guī)模；技術(shù)水平；建廠地區(qū)的自然環(huán)境；經(jīng)濟合理性。保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，外銷產(chǎn)品還必須滿足銷售地區(qū)的質(zhì)量要求；盡量采用成熟的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備；盡量減少三廢排放量，有完善的三廢治理措施；確保安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全；生產(chǎn)過程盡量采用機械化和自動化，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。確定由原料到成品的各個生產(chǎn)過程順序，即說明生產(chǎn)過程中物料和能量發(fā)生的變化及流向，應(yīng)用了哪些生物反應(yīng)或化工過程及設(shè)備，繪制工藝流程圖。xx工藝流程圖見附件一味精生產(chǎn)工藝概述利用淀粉為原料，雙酶水解制糖后，通過微生物發(fā)酵、等電點沉淀提取生產(chǎn)味精的工藝使用目前最成熟、最典型的生產(chǎn)工藝。味精生產(chǎn)全過程課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）種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵；（3）谷氨酸的提?。唬?）谷氨酸制取味精及味精成品加工。與上述工藝階段相對應(yīng)的味精生產(chǎn)工廠一般都設(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，供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。對于廢水，應(yīng)該進(jìn)行一定的處理之后再排掉。本文只是做前兩個步驟，即（1）原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備；（2）種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵。因此，相對應(yīng)的兩個車間的工藝分別為：糖化車間和發(fā)酵車間。味精發(fā)酵總流程圖（見下頁圖1）原料及其預(yù)處理原料的種類發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的原料主要是淀粉，其次還有非糧食淀粉原料。淀粉來自糧食原料，通常利用各種各樣的淀粉，如北方常用玉米淀粉，南方常用番薯淀粉等。非糧淀粉原料主要指甜菜或甘蔗蜜糖、醋酸、乙醇、正烷烴等。原料預(yù)處理非糧食原料除蜜糖外，一般均不需要預(yù)處理，可直接用來配制培養(yǎng)基；而蜜糖中色素含量過高，雖然生產(chǎn)菌可以良好生長，但采用一般谷氨酸，在采用蜜糖為原料進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)時，常要對蜜糖進(jìn)行預(yù)處理。大多數(shù)谷氨酸發(fā)酵菌種都不能直接利用淀粉和糊精，因此用淀粉質(zhì)原料進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)時，必須先將淀粉水解成葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。淀粉水解糖制備淀粉的水解方法有：酸水解法、酶水解法和酸酶水解法等3種。在工業(yè)生產(chǎn)上，淀粉的處理主要是指糖化，制得的水解糖叫淀粉糖。可以用來制備淀粉糖的原料很多，主要有薯類、玉米、小麥、大米等。我國味精生產(chǎn)廠有的是采用酸水解法進(jìn)行淀粉水解，既是以無機酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉快速水解成葡萄糖，還有的更多的再生產(chǎn)上采用了酶水解法對淀粉進(jìn)行水解。先用α-淀粉酶將淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶將糊精和低聚糖進(jìn)一步水解成葡萄糖的方法，稱為酶水解法。這里我們主要介紹酶水解法。種子擴大培養(yǎng)種子擴大培養(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。影響種子質(zhì)量的主要因素種子培養(yǎng)基的氮源、生物素和磷鹽的含量要適當(dāng)高些，而葡萄糖的含量必須限制在2.5%左右，這樣可以得到活力強的種子，避免由于糖多產(chǎn)酸，引起pH下降而引起種子老化[12]。(1)種子對溫度變化敏感。因此，在培養(yǎng)過程中溫度不宜太高和波動過大，以免種子老化。(2)在種子培養(yǎng)過程中通風(fēng)攪拌要恰當(dāng)。溶氧水平過高，菌體生長受抑制，糖的消耗十分緩慢，在一定的培養(yǎng)時間里，菌體數(shù)達(dá)不到所需求的數(shù)量，氧不足菌體生長緩慢，為了達(dá)到發(fā)酵所需菌體數(shù)，必須延長發(fā)酵時間。(3)正處在對數(shù)期的細(xì)胞，其活力最高，一般以此階段的細(xì)胞做種子，因此這就需要掌握好種子的培養(yǎng)時間。種齡過短，種子稚嫩，對環(huán)境的適應(yīng)能力差；種齡過長細(xì)胞的活力已下降，當(dāng)接入發(fā)酵培養(yǎng)基后會出現(xiàn)調(diào)整期延長現(xiàn)象。發(fā)酵發(fā)酵菌種斜面培養(yǎng)搖瓶擴大培養(yǎng)種子罐擴大培養(yǎng)原料預(yù)處理水解淀粉水解糖配料空氣空氣壓縮機冷卻氣液分離過濾除菌等電點調(diào)節(jié)沉淀離心粗谷氨酸溶解中和制味精母液離子交換處理粗谷氨酸溶液細(xì)谷氨酸除鐵過濾脫色濃縮結(jié)晶離心小結(jié)晶干燥拌鹽粉碎粉狀味精大結(jié)晶干燥過濾成品味精圖1味精生產(chǎn)總工藝流程圖谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵屬細(xì)菌發(fā)酵，培養(yǎng)基的主要成分時葡萄糖、尿素和磷酸鹽等，因此發(fā)酵液較稀薄，不粘稠。放罐時的發(fā)酵溫度在34℃左右。發(fā)酵液內(nèi)主要有菌體、細(xì)菌的代謝產(chǎn)物和培養(yǎng)基的殘留成分，這些物質(zhì)的量因菌株和發(fā)酵工藝條件的不同而不同，通常發(fā)酵液中谷氨酸銨鹽含量5%~8%,其他氨基酸（天冬氨酸、丙氨酸等）的含量不超過0.5%，殘?zhí)堑陀?%銨鹽在0.8%左右，鈉離子，鎂離子、鉀離子、氯離子、硫酸根離子和磷酸根離子等的含量很少，濕菌體占2%以上，同時含有一定量的有機酸、色素以及殘存的消泡劑。谷氨酸生物合成途徑谷氨酸合成方式（1）氨基轉(zhuǎn)移作用在氨基轉(zhuǎn)移酶的催化下，除甘氨酸外，任何氨基酸都可以與α-酮戊二酸變成谷氨酸。轉(zhuǎn)化過程如圖2圖2氨基轉(zhuǎn)移作用（2）還原氨基化作用NH4+和供氫體[還原性輔酶II（NADPH2）]存在的條件下，α一酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下形成谷氨酸。轉(zhuǎn)化過程如圖3圖3還原氨基化作用谷氨酸合成途徑谷氨酸生物合成途徑主要有糖酵解途徑（EMP途徑）、磷酸己糖途徑（HMP途徑）、三羧酸循環(huán)（TCA）、乙醛酸循環(huán)、伍德-沃克反應(yīng)（二氧化碳的固定反應(yīng)）等。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑如圖4谷氨酸發(fā)酵工藝發(fā)酵培養(yǎng)基谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分有碳源、氮源、生長因子和無機鹽等。（1）碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烴。這里的碳源主要指葡萄糖由葡萄糖合成谷氨酸的反應(yīng)如下式：C12H12O6+NH3+O2C5H9NO4+CO2+3H2O上面反應(yīng)式表示，一分子葡萄糖生成一分子谷氨酸，兩者之間存在定量關(guān)系。其理論轉(zhuǎn)化率89.7%，因此從理論上講糖濃度越大，谷氨酸產(chǎn)量越高。但實際上，糖的濃度超過一定范圍時反而不利于細(xì)菌細(xì)胞的增殖和谷氨酸的合成。反之，培養(yǎng)基中葡萄糖的濃度過低雖能提高糖酸轉(zhuǎn)化率，但谷氨酸總量上不去。所以在配制培養(yǎng)基時，應(yīng)綜合考慮以上問題，選擇適當(dāng)濃度。（2）氮源：銨鹽、素、氨水。通常工業(yè)發(fā)酵（C/N）為100：（0.5~2）而谷氨酸發(fā)酵為（C/N）＝100：（15~21），實際高達(dá)100：28原因有以下兩方面：a:用于調(diào)整pH。b:分解產(chǎn)生的NH3從發(fā)酵液中逸出。產(chǎn)酸階段：NH4+不足：使a-酮戊二酸蓄積而很少有谷氨酸生成。NH4+過量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。（3）無機鹽：磷酸鹽、鎂、鉀、鈉、鐵、錳、銅，其中磷酸鹽對發(fā)酵有顯著影響。不足：糖代謝受抑制，菌體生長不足。過多：a.細(xì)胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脫羧生成）縮合生成纈氨酸的前體物——a－乙醛乳酸，使纈氨酸在發(fā)酵液中蓄積。(4)生長因子：生物素。作用：影響細(xì)胞膜通透性和代謝途徑。a:作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA的輔酶，參與脂肪酸的生物合成，進(jìn)而影響磷酯的合成。b:濃度過大：促進(jìn)菌體生長，谷氨酸產(chǎn)量低。因為：a.乙醛酸循環(huán)活躍，a-酮戊二酸生成量減少。b.轉(zhuǎn)氨酶活力增強，谷氨酸轉(zhuǎn)變成其它氨基酸。培養(yǎng)基滅菌谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基一般采用淀粉水解糖為主要碳源，實罐滅菌條件是105~110℃保溫6min。連續(xù)滅菌所采用的滅菌條件是，連消塔滅菌溫度為110~115℃，維持罐溫105~110℃,約6~10min。培養(yǎng)基滅菌后冷卻至30℃左右，即可接入種子進(jìn)行發(fā)酵。谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(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[2]發(fā)酵條件控制（1）溫度的控制發(fā)酵過程中，谷氨酸產(chǎn)生菌的生長繁殖與谷氨酸的合成都是在酶的催化下進(jìn)行的酶促反應(yīng)，不同的酶促反應(yīng)其反應(yīng)溫度不同。國內(nèi)常用菌株的最適生長溫度為30～34℃，產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度為34～36℃。0～12h的發(fā)酵前期，主要是長菌階段；發(fā)酵12h后，菌體進(jìn)入平衡期，增殖速度變得緩慢；溫度提高到34～36℃，谷氨酸的生成量就增加。（2）pH的控制發(fā)酵過程中pH的變化是微生物代謝情況的綜合標(biāo)志。一般發(fā)酵前期pH控制在7.5-8.5左右，發(fā)酵中、后期pH控制在7.0～7.2，調(diào)低pH的目的在于提高與谷氨酸合成有關(guān)的酶的活力。尿素被谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞的脲酶所分解放出氨，因而發(fā)酵液的pH會上升。發(fā)酵過程中，由于菌體不斷利用氨，以及有機酸和谷氨酸等代謝產(chǎn)物進(jìn)入發(fā)酵液，使N源不足和發(fā)酵液pH下降，需再次流加尿素。（3）溶解氧的控制谷氨酸產(chǎn)生菌是兼性好氧性微生物，供氧不同菌體代謝產(chǎn)物不同。在實際生產(chǎn)中，攪拌轉(zhuǎn)速固定不變，通常用調(diào)節(jié)通風(fēng)量來改變供氧水平。通風(fēng)比（m3/m3.min）：每分鐘向1m3的發(fā)酵液中通入0.1m3無菌空氣，用1:0.1表示。（4）OD值的控制OD值是細(xì)菌個數(shù)、菌體大小和發(fā)酵液色澤深淺的綜合反應(yīng)。以B9和T6-13菌株為例，當(dāng)初糖為12.5％～14%時，長菌期的OD凈增值在0.7～0.9。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入平衡期后，OD值已達(dá)到最大值，此時細(xì)胞數(shù)不再增加，但因為細(xì)胞個體還會繼續(xù)伸長增大，所以O(shè)D值會略有上升。生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長因子。當(dāng)培養(yǎng)基的生物素將被耗盡時，細(xì)菌就停止增殖。提高生物素的含量，OD值會上升，但一方面細(xì)胞的膜通透性會變差，影響谷氨酸從胞內(nèi)往胞外滲出；另一方面，在高生物素環(huán)境下，菌體只進(jìn)行增殖并不生成谷氨酸。因此，控制OD值的增長，是保證菌體在胞外大量蓄積谷氨酸的重要手段（5）泡沫的控制泡沫過多培養(yǎng)基溶解氧減少，氣體交換受阻，影響菌的呼吸和代謝，還影響裝料系數(shù)等。生產(chǎn)上為了控制泡沫，除了在發(fā)酵罐內(nèi)安裝機械消泡器外，還在發(fā)酵時加入消泡劑。目前谷氨酸發(fā)酵常用的消泡劑有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敵和硅酮等。天然油脂類的消泡劑的用量較大，一般為發(fā)酵液的0.1%～0.2%(體積分?jǐn)?shù))，泡敵的用量為0.02%～0.03%(體積分?jǐn)?shù))。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(nèi)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(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制［1］。從谷氨酸發(fā)酵液中提取谷氨酸制成味精要經(jīng)過以下工藝過程：谷氨酸加水溶解，用碳酸鈉或氫氧化鈉中和，經(jīng)脫水，除鐵、鈣、鎂等離子，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、分離、干燥、篩選等單元操作，得到高純度的晶體粉末或粉末味精。這個生產(chǎn)過程稱為“制造味精”，精制得到的味精稱為“散味精”。濕味精味精母液篩選包裝晶體味精粉碎包裝濕味精味精母液篩選包裝晶體味精粉碎包裝粉體味精混鹽報裝含鹽味精谷氨酸中和谷氨酸中和脫色除鐵濃縮結(jié)晶分離干燥次品味精食鹽谷氨酸水純堿谷氨酸制造味精生產(chǎn)工藝流程如圖4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(yīng)用效果更好些。工藝計算設(shè)計依據(jù)與主要工藝技術(shù)參數(shù)生產(chǎn)規(guī)模：

102000噸／年生產(chǎn)規(guī)格：

純度為99％的味精生產(chǎn)方法：

以工業(yè)淀粉為原料、雙酶法糖化、流加糖發(fā)酵，低溫濃縮、等電提取生產(chǎn)天數(shù)：

300天／年

倒罐率：

0.5％發(fā)酵周期：40-42小時

生產(chǎn)周期：48-50小時種子發(fā)酵周期：8-10小時種子生產(chǎn)周期：12-16小時發(fā)酵醪初糖濃度：

15％(W／V)

流加糖濃度：45％(W／V)發(fā)酵谷氨酸產(chǎn)率：

10％

糖酸轉(zhuǎn)化率：

56％淀粉糖轉(zhuǎn)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(fā)酵罐接種量：

8％發(fā)酵罐填充系數(shù)：

75％發(fā)酵培養(yǎng)基(W/V)：

水解糖15％，糖蜜0.3％，玉米漿0.2%，MgSO4

0.04％，KCl0.12％，Na2HPO40.16%，尿素4％，消泡劑0.04％種子培養(yǎng)基(W/V)：

水解糖2.5％，糖蜜2％，玉米漿l%，MgSO40.04％，K2HPO40.1％，尿素0.35％，消泡劑0.03％谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算首先計算生產(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V1V1=1000/(150*56%*92%*99.5%*112%)=11.61(m3)式中150——發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）56%——糖酸轉(zhuǎn)化率92%——谷氨酸提取率99.5%——除去倒灌率0.5%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，G1=V1*150=1741.5(kg)（3）二級種液量V2V2=8%V1=0.9288(m3)（4）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量G2G2=V2*25=23.22(kg)式中25——二級種液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為：G=G1+G2=1764.72(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=1764.72/(86%*98%*111%)=1886.4(kg)式中86%——淀粉原料含純淀粉量98%——淀粉糖轉(zhuǎn)化率（7）尿素耗用量二級種液耗尿素量為V3V3=3.5V2=3..25(kg)發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4V4=40V1=464.4(kg)故共耗尿素量為467.65kg.（8）甘蔗糖蜜耗用量二級種液耗用糖蜜量V5V5=20V2=18.576(kg)發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6V6=3V1=34.83(kg)合計耗糖蜜53.406kg（9）氯化鉀耗量GKClGKCl=1.2V1=13.932(kg)（10）磷酸氫二鉀（K2HPO4）耗量G3G3=1V2=0.929(kg)（11）硫酸鎂（MgSO4·7H2O）用量G4G4=0.4(V1+V2)=5.016(kg)（12）消泡劑（泡敵）耗用量G5G5=0.4V1+0.3V2=4.923(kg)（13）磷酸氫二鈉耗用量G6G6=1.6V1=18.576(kg)（14）谷氨酸（麩酸）量發(fā)酵液谷氨酸含量為：G1*56%*(1-0.5%)=970.36(kg)實際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率92%）為：970.36*0.92=892.73(kg)（15）玉米漿用量G7=2V1+10V2=32.508(kg)102000噸味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果由上述生產(chǎn)的1t味精（100%純度）的物料衡算結(jié)果，可求得1020000t/a味精廠（99%純度）發(fā)酵車間的物料平衡計算。具體計算結(jié)果如表1所示表一年產(chǎn)102000噸味精物料衡算表物料名稱生產(chǎn)1t味精（100%）的物料量102000t/a味精生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）11.611.184*1063.947*103二級種液（m3）0.92889.474*1043.158*102發(fā)酵水解用糖（kg）1741.51.776*1085.921*105二級種培養(yǎng)用糖（kg）23.222.368*1067.895*103水解糖總量（kg）1764.721.8*1086.000*105淀粉(kg)1886.41.924*1086.414*105尿素（或液氨）(kg)467.654.770*1071.590*105糖蜜（kg）53.4065.447*1061.816*104氯化鉀（kg）13.9321.421*1064.737*103磷酸氫二鉀（kg）0.9299.476*1043.15*102硫酸鎂（kg）5.0165.116*1051.705*103泡敵（kg）4.9235.021*1051.674*103磷酸氫二鈉（kg）18.5761.895*1066.316*103玉米漿（kg）32.5083.316*1061.105*104谷氨酸（kg）892.739.106*1073.035*105熱量衡算熱量衡算是根據(jù)能量守恒定律建立起來的，熱平衡方程表示如下：

Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6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=G*C*(t2-t1)/(I+λ)

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）

λ--加熱蒸汽凝結(jié)水的焓，在363K時為377kJ/kg

①淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉641t；連續(xù)液化，641/24=26.70（t/h）。加水為1：2.5，粉漿量為：26.70×3.5=93.48（t/h）=93480(kg/h)。②粉漿比熱C可按下式計算：

C=C0*X+C水*(1-X)

式中

C0--淀粉質(zhì)比熱容，取1.55kJ/（kg·K）

X--粉漿干物質(zhì)含量，71.4%

C水--水的比熱容，4.18kJ/（kg·K）

C=1.55*0.714+4.18*0.286=2.30（kJ/（kg·K））

③蒸汽用量

D=G*C*(t2-t1)/(I+λ)=4832（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λ為419kJ/kg。

D滅==93480*2.3*10/(2738+419)=681（kg/h）

要求在20min內(nèi)使液化液由90℃升至100℃，則蒸汽高峰量為：

681×3=2043（kg/h）

以上兩項合計，平均量4832+681=5513（kg/h）；每日用量5.513×24=132.31（t/d）。

高峰量：

4832+2043=6875（kg/h）

連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算

（1）培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量每日所用物料量為3.947×103（m3）現(xiàn)選用全容量為200m3的發(fā)酵罐，需3947/200=22(臺)發(fā)酵操作時間48h（其中發(fā)酵時間40h），需發(fā)酵罐臺數(shù)44臺。日運轉(zhuǎn)：44×40/48=37(臺)每罐初始溶液體積200×75%=150（m3）滅菌加熱過程中用0.4Mpa蒸汽（表壓）I=2742kJ/kg，使用板式換熱器將物料由20℃預(yù)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150/3=50（m3/h）

消毒滅菌用蒸汽量（D）：

D=50×3.34×(120-75)/(2742-120×4.18)=3.354（t/h）

式中3.34為糖液的比熱容（kJ/（kg/K））

每日用蒸汽量：

3.354×24=80.5（t/d）

高峰量：

80.5kg/d

平均量：80.5÷24=3.354（t/h）（2）發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量①發(fā)酵罐體加熱：200m3，1Cr18Ni9的發(fā)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I=2718kJ/kg，使發(fā)酵罐在0.15Mpa（表壓）下，由20℃升至127℃。其蒸汽量為=985.8（kg）②填充發(fā)酵罐空間所需的蒸汽量：因200m3發(fā)酵罐的全容積大于200m3，考慮到罐內(nèi)之排管、攪拌器等所占之空間，罐之自由空間仍按200m3計算。填充空間需蒸汽量：D空=Vρ=200×1.622=324.4（kg）式中

V--發(fā)酵罐自由空間即全容積（m3）ρ--加熱蒸汽的密度（kg/m3），0.2Mpa表壓時為1.622③滅菌過程的熱損失：輻射與對流聯(lián)合給熱系數(shù)α，罐外壁溫度70℃。α=33.9+0.19×（70-20）=43.4（kJ/（m2·h·K））200m3發(fā)酵罐的表面積為210m2，耗用蒸汽量：D損==208.4（kg）④罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗=42.9（kg）式中：0.001—附壁水平均厚度（1㎜）1000—水密度（㎏/m3）⑤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：=1643.7（kg/h）每空罐滅菌1h，用蒸汽量：1643.7×1=1643.7（kg/罐）每日用蒸汽量：1643.7×22=36161.4（kg/d），平均量：36161.4/24=1507（kg/h）谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算

年產(chǎn)萬噸商品味精，日產(chǎn)100%MSG340t，選用25m3強制內(nèi)循環(huán)結(jié)晶罐，濃縮結(jié)晶操作周期24h，其中輔助時間4h。每罐產(chǎn)100%MSG10t，需結(jié)晶罐臺34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(fā)結(jié)晶，濃縮3h，育晶17h。放料數(shù)量20m3

（1）熱量衡算

①來料帶入熱量：進(jìn)料溫度35℃，比熱為3.5kJ/（kg·K）

Q來料=（23×1.16+32×1.13）×3.5×35×103=7.7×106（kJ）

②加水帶入熱量：

Q來水=6×4.18×35×103=8.8×105（kJ）

③晶種帶入熱量：MSG比熱容1.67（kJ/（kg·K））

Q來晶=1600×1.67×20=5.3×104（kJ）

④結(jié)晶放熱：MSG結(jié)晶熱為12.7kJ/mol

Q晶熱==5.7×105（kJ）

⑤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/（kg·K））

Q=15×103×2.83×70=3.0×106（KJ）

⑥隨二次蒸汽帶走熱量：

Q二蒸=（23+32+6-20）×2626×106=1.077×108（kJ）⑦隨結(jié)晶MSG帶走熱量：

Q出晶=10×103×1.67×70=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(jié)晶時間20h，每小時耗蒸汽高峰量：45830/20=2292（kg/h）

34臺罐同時運轉(zhuǎn)，高峰用蒸汽量：

34×2292=77928（kg/h）

每日用蒸汽量：

34×45830=1558220（kg/d）=1558.2（t/d）

每小時平均用蒸汽量：1558.2/24=64.9（t/h）

干燥過程的熱量衡算分離后之濕MSG含水2%，干燥后達(dá)到0.2%，進(jìn)加熱之空氣為18℃，相對濕度ψ=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(chǎn)11萬噸商品味精，日產(chǎn)干味精340t,濕味精347t，二班生產(chǎn)，即347/16=21.7（t/h）。干燥水分量500（kg/h）

18℃空氣濕含量ψ=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：Δ=（I2-I1）/（X2-X1）=Q物料+Q損失-Q初溫

式中

Δ--空氣經(jīng)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=21.7×103×（60-18）×0.4×4.18/500=3048（kJ/kg水）

Q損失=0.1×（595×4.18+0.47×60×4.18+3924-18×4.18）=645（kJ/kg水）

Δ=18×4.18-3048-645=-3617（kJ/kg水）

設(shè)X2=0.0108

I2=I1+Δ（X2-X1）=104.5+（-3617）（0.0108-0.009）=97.98（kJ/kg空氣）

空氣耗量為：

500/(0.0108-0.009)=50505（kg/h）

80℃時空氣的比容0.83m3/kg

實際消耗空氣量為：

50505×0.83=41919（m3/h）

耗用蒸汽量（D）：使用0.1Mpa（表壓）蒸汽加熱，熱損失按15%計：

D=1558.2（kg/h）

每日用蒸汽量：1558.2×16=24931.2（kg/d）=24.93(t/d)

平均每小時用蒸汽量：24931.2/24=1038.8（kg/h）生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果：每日用蒸汽量為1806t/d，每小時平均量為75.3t/h，高峰量為76.6t/h。100%MSG單耗蒸汽量：1806/340=5.31（t/t）。年產(chǎn)102000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180675.376.65.31無菌空氣耗量計算（1）單罐無菌空氣耗用量200m3規(guī)模的通氣攪拌發(fā)酵罐的通氣速率為0.20-0.45vvn，取0.45計算①單罐發(fā)酵過程用氣量：V=200×75%×0.45×60=4050（m3/h）②單罐年用氣量：V1=4050×38×300/2=23085000（m3/a）（2）種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量有經(jīng)驗去耗氣量為發(fā)酵過程的20%故：V`=V×20%=810（m3/h）單罐年用氣量：V1`=810×38×300/8=1154250（m3/a）（3）高峰無菌空氣耗量：Vmax=10V+6V`=45360（m3/h）（4）車間無菌空氣年耗量：Vt=10V1+6V1=2.38×108（m3/a）（5）單耗：V0=Vt/G=125（m3/h）年產(chǎn)110000噸味精無菌空氣衡算表：發(fā)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/a）空氣單耗（m3/h）2004050810453602.38×108125設(shè)備設(shè)計與選型發(fā)酵罐發(fā)酵罐的選型選用機械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定①發(fā)酵罐容積的確定：選用200m3罐②生產(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精340t，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間)。每天產(chǎn)純度為99%的味精340t，每噸100%的味精需糖液11.61m3則每天需糖液體積為V：V糖=11.61×340×99%=3907.9（m3）設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ=75%；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）。V0=V糖/φ=3907.9/75%=5210(m3)③發(fā)酵罐個數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230m3N1=V0T/V總=5210*48/230/24=46(個)取公稱體積200m3發(fā)酵罐46個，其中一個留作備用,共47個。實際產(chǎn)量驗算：230*0.75*24/(11.61*99%)*300=103554(t/a)富裕量(103554-102000)/102000=0.59%能滿足產(chǎn)量要求主要尺寸的計算：取高徑比H：D=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(shè)計要求，可行。冷卻面積的計算對谷氨酸發(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/(m3·h)。采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗值K=4.18×500kJ/(m3·h·℃)。平均溫差Δtm：32℃32℃20℃27℃125代入對公稱容量200m3的發(fā)酵罐，每天裝24罐，每罐實際裝液量為3947/24=164.5(m3)換熱面積F=Q/K△tm=252.6(m3)（5）攪拌器計算選用六彎葉渦輪攪拌器。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：δ=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：攪拌軸功率的計算淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。①計算Rem[8]式中D——攪拌器直徑，D=1.7mN——攪拌器轉(zhuǎn)速，ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3μ——醪液粘度，μ=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=4.7②計算不通氣時的攪拌軸功率P0：式中Np——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=80r/min=1.33r/sD——攪拌器直徑，D=1.7mρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3代入上式：兩擋攪拌：③計算通風(fēng)時的軸功率Pg式中P0——不通風(fēng)時攪拌軸功率（kW），N——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=0.11~0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會小，為安全。現(xiàn)取0.11；則Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）代入上式：④求電機功率P電：采用三角帶傳動η1=0.92；滾動軸承η2=0.99，滑動軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得：設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算①空氣分布器：本罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑φ133×4mm。②擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板③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。④冷卻管布置：采用豎式蛇管Ⅰ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，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，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/sV——冷卻水流速，v=1m/s代入上式：進(jìn)水總管直徑：Ⅱ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φ89×4mm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：Ⅲ冷卻管總長度L計算：由前知冷卻管總面積F=252.6(m2)現(xiàn)取無縫鋼管φ89×4mm，每米長冷卻面積為則:L=F/F0=252.6/0.25=1010(m)冷卻管占有體積：V=0.785*0.0892*1010=6.3(m3)Ⅳ每組管長L0和管組高度：L0=L/12=84.2(m)另需連接管8m：L實=L+8=1018(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0.5m3，則：總占有體積為V總=V液+V管+V附件=168.4+6.3+0.5=175.2（m3）則筒體部分液深為：（V總-V封）/S=(175.2-16.4)/0.785*52=8.1(m)豎式蛇管總高H管=8.1+0.25=8.4（m）又兩端彎管總長，兩端彎管總高為600mm，則直管部分高度：h=H管-600=7800（mm）則一圈管長：l=2h+l0=2*7800+1884=17484(mm)Ⅴ每組管子圈數(shù)n0：n0=L0/l=84.2/17.5=5(圈)現(xiàn)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(nèi)（不小于200mm）。Ⅵ.校核布置后冷卻管的實際傳熱面積：F實=3.14*0.08*1018=255.7（m2）而前有F=252.6m2，，可滿足要求。設(shè)備材料的選擇[10]選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費用。發(fā)酵罐壁厚的計算①計算法確定發(fā)酵罐的壁厚S（cm）式中P——設(shè)計壓力，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〔σ〕——A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，〔σ〕=127MPaφ——焊接縫隙，φ=0.7C——壁厚附加量（cm）式中C1——鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mmC2——為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mmC3——加工減薄量，現(xiàn)取C3=0選用14mm厚A3鋼板制作。②封頭壁厚計算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計算公式[5]如下：（cm）式中P=0.4MPaD=500cm〔σ〕=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）φ=0.7接管設(shè)計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。②接管直徑的確定：按排料管計算：該罐實裝醪量168.4m3，設(shè)4h之內(nèi)排空，則物料體積流量Q=168.4/3600/4=0.0117（m3/s）發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。F物=Q/v=0.0117(m2)管徑：d=0.122取無縫管φ133×4mm，125.mm〉122mm，認(rèn)為合適。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℃，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)方程式計算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf[8]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φ133×4mm無縫管，可滿足工藝要求。排料時間復(fù)核：物料流量Q=0.0117m3/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(jié)果大，則相應(yīng)流速比為P=Q/Fv=0.0117/0.0123=0.95排料時間：t=0.95*2=1.9(h)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。三級種子罐容積和數(shù)量的確定①三級種子罐容積的確定：接種量為8%計算，則種子罐容積V種2為：V種3=V總*8%=18.4（m3）式中V總——發(fā)酵罐總?cè)莘e（m3）②三級種子罐個數(shù)的確定：選用公稱容積為20m3的發(fā)酵罐種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上24罐，需二級種子罐25個。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間4~8h，生產(chǎn)周期12~16h，因此，二級種子罐25個已足夠,其中一個備用。③主要尺寸的確定種子罐仍采用幾何相似的機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。H：D=2：1，則種子罐總?cè)莘e量V'總為：簡化方程如下：整理后解方程得D=2.16m則H=2D=2×2.16=4.32（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：V`筒=0.785D2*2D=15.8（m3）不計上封頭容積：V`有效=V`封+V`筒=19.93（m3）校核種子罐總?cè)莘eV'總：比需要的種子罐容積18.4m3大，可滿足設(shè)計要求。④冷卻面積的計算采用夾套冷卻Ⅰ發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量：Q總=4.18*6000*168.4*8%=3.38*105(KJ/h)Ⅱ夾套傳熱系數(shù)：現(xiàn)取K=4.18×220kJ/（m2·h·℃）Ⅲ平均溫差：發(fā)酵溫度32℃；水初溫20~23℃，取23℃；水終溫27℃，則平均溫差：Ⅳ需冷卻面積F：Ⅴ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：夾套可能實現(xiàn)的冷卻面積為封頭表面面積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)不高于動態(tài)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=26.3(m2)該設(shè)計夾套能提供的冷卻面積為S夾=28.7m2S夾〉F，可滿足工藝要求。⑤設(shè)備材料的選擇采用A3鋼制作⑥壁厚計算Ⅰ夾套內(nèi)罐的壁厚式中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)計壓力，與水壓有關(guān)，P=0.4MPaE——金屬材料的彈性模量[9]，對A3鋼E=2×105MPaC——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：取9mmⅡ封頭的厚度δ封：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論》P317表16碳鋼橢圓封頭最大需用內(nèi)部壓力i對于上封頭，取δ封=6mmii對于下封頭，取δ封=8mmⅢ冷卻外套壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論》P314表13碳鋼與普低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定δ套=5mmⅣ外套封頭壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論》P316表15橢圓形封頭（JBH54—73），確定δ套封=6mm⑦設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計Ⅰ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=140mmD——罐徑D＝1400mmZ——擋板數(shù)：取Z＝6塊Ⅱ攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器直徑：Di＝0.3~0.35D現(xiàn)?。喝~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N1＝470r/min，攪拌器直徑Di=112mm兩擋攪拌。Ⅲ攪拌軸功率的計算淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。i計算Rem[8]式中D——攪拌器直徑，D=0.49mN——攪拌器轉(zhuǎn)速，ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3μ——醪液粘度，μ=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計算不通氣時的攪拌軸功率P0：式中Np——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=176r/min=2.93r/sD——攪拌器直徑，D=0.49mρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3代入上式：兩擋攪拌iii計算通風(fēng)時的軸功率Pg式中P0——不通風(fēng)時攪拌軸功率（kW），N——軸轉(zhuǎn)速，N=176r/minD——攪拌器直徑（cm），D3=0.493×106=1.12×105Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會小，為安全。現(xiàn)取0.11；則Q=3.1×0.11×106=3.41×105（ml/min）代入上式：iv求電機功率P電：采用三角帶傳動η1=0.92；滾動軸承η2=0.99，滑動軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得：Ⅳ進(jìn)風(fēng)管：該管距罐底25~60mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。通風(fēng)管管徑計算：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)計概論》，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用25×3mm,內(nèi)徑25-2×3=19mm大于12mm，可滿足生產(chǎn)要求。Ⅵ進(jìn)出物料管：該管為物料進(jìn)口，管底距罐底25~60mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。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=0.5~1m/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)計概論》，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用108×4mm,內(nèi)徑108-2×4=100mm大于80mm，可滿足生產(chǎn)要求。Ⅶ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⑧支座選型選用支撐式支座二級種子罐①二級種子罐的選型選用機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐②二級種子罐容積和數(shù)量的確定種子罐容積的確定：接種量按8%計算，則種子罐容積V種1為故選用公稱體積為5.0m3的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的主要尺寸為：罐內(nèi)徑1500mm，圓柱高3000mm，封頭高400mm，罐體總高3800mm，封頭容積487L，圓柱部分容積5.3L，不計上封頭的容積5.79L，全容積6.27L，攪拌槳直徑525mm。冷卻選用夾套冷卻[10]。二級種子罐個數(shù)的確定：二級種子罐與三級種子罐對應(yīng)上料。三級種子罐平均每天上24罐，需二級種子罐25個。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間4~8h，生產(chǎn)周期12~16h，因此，二級種子罐25個已足夠，其中一個備用。一級種子罐①一級種子罐的選型選用機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐②一級種子罐容積和數(shù)量的確定種子罐容積的確定：接種量按8%計算，則種子罐容積V種1為故選用公稱體積為200L的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的主要尺寸為：罐內(nèi)徑500mm，圓柱高1000mm，封頭高150mm，罐體總高1300mm，封頭容積21.3L，圓柱部分容積197L，不計上封頭的容積218L，全容積239L，攪拌槳直徑168mm。冷卻選用夾套冷卻[10]。一級種子罐個數(shù)的確定：一級種子罐與二級種子罐對應(yīng)上料。二級種子罐平均每天上24罐，需一級種子罐25個。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間4~8h，生產(chǎn)周期12~16h，因此，一級種子罐25個已足夠，其中一個備用?？諝夥诌^濾器三級種子罐分過濾器：三級分過濾器風(fēng)量的計算：D濾層=0.259（m）D過濾層=1.3*0.259=0.337（m）查《生物工程設(shè)備》P389表3-1-9JLS-D型空氣過濾器技術(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φ75×520mm,重量5kg，進(jìn)出口管徑φ20×20，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)量與二級種子罐數(shù)量一致，共26只。二級種子罐分過濾器：二級分過濾器風(fēng)量的計算：D濾層=0.073（m）D過濾層=1.3*0.073=0.095（m）查《生物工程設(shè)備》P389表3-1-9JLS-D型空氣過濾器技術(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φ75×520mm,重量5kg，進(jìn)出口管徑φ20×20，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0.0504m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。數(shù)量與二級種子罐數(shù)量一致，共26只。一級種子罐分過濾器：一級分過濾器風(fēng)量的計算：D濾層=0.000428（m）D過濾層=1.3*0.073=0.000556（m）查《生物工程設(shè)備》P389表3-1-9JLS-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φ22×150mm,重量0.2kg，進(jìn)出口管徑φ6×1，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0.01m3/min大于0.00403m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。數(shù)量與一級種子罐數(shù)量一致，共26只。發(fā)酵罐分過濾器①分過濾器濾層直徑計算：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②分過濾器直徑：?，F(xiàn)?。翰榻饘俨牧媳?，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值：D過濾器=1200mm③分過濾器的壁厚：設(shè)計壓力P=0.5MPa取S=6mm。④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φ133×4無縫管⑤數(shù)量：分過濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個，共需47臺。⑥濾層厚度：同種子罐，分過濾器5~6層超細(xì)玻璃纖維濾紙，經(jīng)樹脂處理過使用。⑦分過濾器高度：味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表30000t/a味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表位號設(shè)備名稱臺數(shù)規(guī)格與型號材料備注F301-311發(fā)酵罐47φ5000×10000mmA3鋼專業(yè)設(shè)備三級種子罐25Φ2300×4600mmA3鋼專業(yè)設(shè)備F321-326二級種子罐25Φ1500×3000mmA3鋼專業(yè)設(shè)備F331-336一級種子罐25Φ500×1000mmA3鋼專業(yè)設(shè)備R301-311發(fā)酵罐分過濾器47φ1200×1800mmA3鋼專業(yè)設(shè)備三級種子罐分過濾器25φ1200×1800mmA3鋼專業(yè)設(shè)備R321-326二級種子罐分過濾器2