課程設計---年產(chǎn)3萬噸味精工廠發(fā)酵車間設計

1、<p>　　生化工廠設計概論課程設計</p><p>　　題目：年產(chǎn)3萬噸味精工廠發(fā)酵車間設計</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　課程設計是普通高校本科教育中非常重要的一個環(huán)節(jié)，同時也是理論知識與實際應用相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。本設計為年產(chǎn)3萬噸味精廠的生產(chǎn)車間設計，通過雙酶法谷氨酸中糖發(fā)酵以及一次等電點提取工藝

2、生產(chǎn)谷氨酸鈉。</p><p>　　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(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。隨著人們對味精的認識不斷深入提高，對它的營養(yǎng)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(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。1987年3月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織和

3、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，再次確認為一種安全可靠的食品添加劑。</p><p>　　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(nèi)許多代謝反應，并于其他許多氨基酸一起共同構(gòu)成人體組織的蛋白質(zhì)。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

4、滋補作用。因為味精里含有大量的谷氨酸，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(zhì)。它還能與血氨結(jié)合，形成對機體無害的谷氨酰胺，解除組織代謝過程中所產(chǎn)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(zhì)代謝和糖代謝，故而能促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正?；顒樱瑢χ委熌X震蕩和腦神經(jīng)損傷有一定療效。</p><p>　　從總體上說，味精行業(yè)的發(fā)展前景是比較廣闊的，我國是世界

5、上人口最多的國家，而我國的味精出口不足年產(chǎn)量的1%，絕大部分味精都在國內(nèi)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(nèi)外市場上對味精的消費不僅僅限于調(diào)味，而是廣泛的作為一種原材料或香料表面活性劑應用于醫(yī)藥和化妝品生產(chǎn)行業(yè)。由此可見，味精的消費市場開拓是很有前景的。</p><p>　　本文對味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設備作簡要介紹，以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設備的有關知識。</

6、p><p>　　設計內(nèi)容為，了解味精生產(chǎn)中的原料預處理、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行物料衡算、熱量衡算及設備的選擇。最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。</p><p>　　整個設計內(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計與選型；第三部分是工藝流程和平

7、面布置圖。</p><p>　　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，在此表示衷心感謝！</p><p>　　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(jīng)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。</p><p><b>　　設計人：XXX</

8、b></p><p>　　2009年12月9日</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　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(jié)晶水，其

9、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(gòu)體。谷氨酸跟堿作用生成谷氨酸一鈉，如果堿過量，則生成不具有鮮味的谷氨酸二鈉。</p><p>　　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(jié)晶水。</p><p>　　味精的比旋光度

10、[]=+25.16（C=10，2NHCl）。0.2%味精溶液的pH為0.7。</p><p>　　味精生產(chǎn)大致經(jīng)歷了三個大的階段：</p><p>　　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(diào)味粉。 第二階段：最早商業(yè)化制造味精的原料是面筋。 面筋即是面粉中的蛋白質(zhì)，采用的方法是蛋白質(zhì)水解法，因為面

11、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。</p><p>　　第三階段：1958年利用微生物生產(chǎn)味精的發(fā)酵技術開發(fā)成功，主要是利用葡萄糖、果糖或蔗糖為糖源，經(jīng)特別篩選的味精生產(chǎn)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(zhuǎn)變成麩胺酸。每消耗一公斤的糖，約可產(chǎn)生0.5公斤的麩胺酸，生產(chǎn)效率非常高。</p><p>

12、　　受經(jīng)濟危機影響，全球經(jīng)濟大幅縮水，國外的餐飲業(yè)大幅受到影響，味精工業(yè)的發(fā)展自然受到?jīng)_擊，我國味精產(chǎn)業(yè)由于主要以內(nèi)銷為主，影響不大，又由于國家大幅擴大內(nèi)需，是以發(fā)展前景樂觀。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言...............................................................

13、....1</p><p>　　緒論...................................................................2</p><p>　　一.味精生產(chǎn)工藝........................................................4</p><p>　　1.1 味精生產(chǎn)工藝概

14、述...............................................4</p><p>　　1.2 原料的預處理及淀粉水解制備.....................................5</p><p>　　1.2.1 原料的預處理..............................................5</p>

15、<p>　　1.2.2 淀粉水解制備..............................................5</p><p>　　1.3 種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵.......................................5</p><p>　　1.4 谷氨酸的提取.....................................

16、..............5</p><p>　　1.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工...................................5</p><p>　　二.發(fā)酵罐及種子罐的設計與選型..........................................6</p><p>　　2.1 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算.......

17、...............................6</p><p>　　2.1.1 工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù)....................................6</p><p>　　2.1.2 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算..................................6</p><p>　　2.1.3 30000t

18、/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡結(jié)果........................8</p><p>　　2.2 熱量衡算........................................................9</p><p>　　2.2.1 液化工序熱量衡算..........................................9</p>

19、<p>　　2.2.2 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算................................9</p><p>　　2.2.3 谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算.......................10</p><p>　　2.2.4 干燥過程的熱量衡算.......................................11</p&

20、gt;<p>　　2.2.5 生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果.........................11</p><p>　　2.3 無菌空氣耗量計算...............................................12</p><p>　　2.4 設備設計與選型.....................................

21、............12</p><p>　　2.4.1 發(fā)酵罐...................................................12</p><p>　　2.4.2 種子罐...................................................21</p><p>　　2.4.3 空氣分過濾器.

22、............................................27</p><p>　　2.4.4 味精廠發(fā)酵車間設備一覽表.................................28</p><p>　　致謝..................................................................28</

23、p><p>　　主要參考文獻..........................................................29</p><p><b>　　一.味精生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　1.1.味精生產(chǎn)工藝概述</p><p>　　味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：（1）原料的預處理及

24、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。</p><p>　　與這四個工藝階段相對應味精生產(chǎn)廠家一般都設置了糖化車間、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，還要設置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通

25、過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。</p><p>　　味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖1。</p><p>　　1.2.原料的預處理及淀粉水解制備</p><p>　　1.2.1.原料的預處理</p><p>　　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，同時去除固體雜質(zhì)，防止機器磨損。用于除雜的設備為篩選機，常用的是振動篩

26、和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。</p><p>　　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］。</p><p>　　1.2.2.淀粉水解制備</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱

27、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。</p><p>　　1.3.種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵</p><p>　　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)設置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一

28、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。

29、 </p>&

30、lt;p>　　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，因而應用較少。</p><p>　　發(fā)酵設備，國內(nèi)味精廠大多采用機械攪拌通風通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m3

31、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)酵進程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。</p><p>　　由于谷氨酸發(fā)酵為通風發(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入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進而經(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

32、，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設備［4］。</p><p>　　1.4.谷氨酸的提取</p><p>　　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，技術難度大等問題，應用上受到限制［1］ 。</p><p>　　1.5.谷氨酸制取味精及味

33、精成品加工</p><p>　　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。</p><p>　　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，設備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時間

34、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]。 </p><p>　　二．發(fā)酵罐及種子罐的設計與選型 </p><p>　　2.1.味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算</p><p>　　2.1.1 工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù) </p><p>　　生產(chǎn)規(guī)模：   

35、6萬噸／年(或12萬噸／年)</p><p>　　生產(chǎn)規(guī)格：    純度為99％的味精</p><p>　　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</p><p>　　生產(chǎn)天數(shù)：    300天／年   &#

36、160;  </p><p>　　倒罐率：      0.5％</p><p>　　發(fā)酵周期：40-42小時      </p><p>　　生產(chǎn)周期：48-50小時</p><p>　　種子發(fā)酵周期：8-10小時</p>

37、<p>　　種子生產(chǎn)周期：12-16小時</p><p>　　發(fā)酵醪初糖濃度：    15％(W／V)    </p><p>　　流加糖濃度：45％(W／V)</p><p>　　發(fā)酵谷氨酸產(chǎn)率：    10％ </p><

38、;p>　　糖酸轉(zhuǎn)化率：      56％</p><p>　　淀粉糖轉(zhuǎn)化率：      98％      </p><p>　　谷氨酸提取收率：    92％</p><p>　　味

39、精對谷氨酸的精制收率：112％</p><p>　　原料淀粉含量：86％    </p><p>　　發(fā)酵罐接種量：      10％</p><p>　　發(fā)酵罐填充系數(shù)：      75％</p><p>　　發(fā)

40、酵培養(yǎng)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％</p><p>　　種子培養(yǎng)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％，

41、消泡劑 0.03％</p><p>　　2.1.2 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 </p><p>　　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。</p><p>　?。?）發(fā)酵液量V1 </p><p>　　式中 220——發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）</p><p>　　56%

42、——糖酸轉(zhuǎn)化率</p><p>　　90%——谷氨酸提取率</p><p>　　97%——除去倒灌率0.3%后的發(fā)酵成功率</p><p>　　110%——味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率</p><p>　?。?）發(fā)酵液配制需水解糖量G1 </p><p>　　以純糖算， </p><p&g

43、t;　?。?）二級種液量 V2 </p><p>　　（4）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 </p><p>　　式中 25——二級種液含糖量（kg/m3）</p><p>　?。?）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為： </p><p>　　（6）耗用淀粉原料量 </p><p>　　理論上，100kg淀粉

44、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：</p><p>　　式中 85%——淀粉原料含純淀粉量</p><p>　　98%——淀粉糖轉(zhuǎn)化率</p><p>　?。?）尿素耗用量 </p><p>　　二級種液耗尿素量為V3</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4</p>&

45、lt;p>　　故共耗尿素量為331.68kg</p><p>　?。?）甘蔗糖蜜耗用量 </p><p>　　二級種液耗用糖蜜量V5</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6</p><p>　　合計耗糖蜜41.1kg</p><p>　?。?）氯化鉀耗量GKCl </p><p>

46、　?。?0）磷酸氫二鉀（K2HPO4）耗量G3 </p><p>　?。?1）硫酸鎂（MgSO4·7H2O）用量G4 </p><p>　?。?2）消泡劑（泡敵）耗用量G5 </p><p>　?。?3）磷酸氫二鈉耗用量G6 </p><p>　　（14）谷氨酸（麩酸）量 </p><p>　　發(fā)酵液

47、谷氨酸含量為：</p><p>　　實際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率90%）為：</p><p><b>　　（15）玉米漿用量</b></p><p>　　2.1.3 30000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 </p><p>　　年產(chǎn)30000噸味精物料橫算表</p><p>　　2.2 熱量衡

48、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</p><p>　　2.2.1.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）

49、0;    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）     

50、;λ--加熱蒸汽凝結(jié)水的焓，在363K時為377kJ/kg①淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉197.9t；連續(xù)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）。</p><p>　?、诜蹪{比熱C可按下式計算：              

51、;C=C0 +C水 式中  C0--淀粉質(zhì)比熱容，取1.55kJ/（kg·K）      X--粉漿干物質(zhì)含量，24.6%      C水--水的比熱容，4.18kJ/（kg·K）        C=1.55 +4.18 =3.53（kJ/（kg

52、83;K））③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λ為419kJ/kg。        D滅= =140（kg/h）  要求在20min內(nèi)使液化液由90℃升至100℃，則蒸汽高峰

53、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）</p><p>　　2.2.2

54、.連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算（1）培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量發(fā)酵罐200m3裝料系數(shù)0.75，每罐產(chǎn)100%MSG量：     200×0.75×3%×85%×97%×1.272=11.27（t）發(fā)酵操作時間48h（其中發(fā)酵時間38h），需發(fā)酵罐臺數(shù)6臺。</p><p>　　滅菌加熱過程中用0.4Mpa蒸汽（表壓）I=

55、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：             3.2×

56、3×3=28.8（t/d）高峰量：  3.2t/h平均量： 28.8÷24=1.2（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，使發(fā)酵罐在0.15 Mpa（表壓）下，由20℃升至127℃。其蒸汽量為986（kg）②填充發(fā)酵

57、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</p><p>　?、轀缇^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：   

58、60;      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）</p><p>　　2.2.3.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%MSG 29.75t，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%MSG

59、 10t，需結(jié)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(fā)結(jié)晶，濃縮3h，育晶17h。放料數(shù)量20m3（1）熱量衡算?、賮砹蠋霟崃浚哼M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（

60、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/（kgoK））        Q來晶=1600×1.67×20=

61、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/（kgoK））Q</p><p>　?、唠S結(jié)晶MSG帶走熱量：Q出晶=10×103×1.67×70=1.17&#

62、215;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

63、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）4臺罐（實際是3.5臺）同時運轉(zhuǎn)，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：

64、160/24=6.7（t/h）</p><p>　　2.2.4干燥過程的熱量衡算</p><p>　　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)萬噸商品味精，日產(chǎn)濕味精30.4t，二班生產(chǎn)，即30.4/16=1.9（t/h）。干燥水分量34（kg/h）18℃空氣濕含量ψ=70%，X

65、0=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：</p><p>　　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=1.9×103×（60-18）×0.4×4.1

66、8/34=3924（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=18×4.18-3924-645= -4494（kJ/kg水）設X2=0.0108   I2=I1+Δ（X2-X1）=104.5+（-4494）（0.0108-0.009）=96.4（kJ/kg空氣）

67、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）：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（k

68、g/d）平均每小時用蒸汽量：9888/24=412（kg/h） </p><p>　　2.2.5.生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果：</p><p>　　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）。</p><p>　　年產(chǎn)30000噸味精熱量衡算表

69、</p><p>　　2.3無菌空氣耗量計算</p><p>　　（1）單罐無菌空氣耗用量</p><p>　　230m3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</p><p>　?、賳喂薨l(fā)酵過程用氣量：</p><p><b>　　（m3/h）</b></

70、p><p><b>　?、趩喂弈暧脷饬浚?lt;/b></p><p><b>　　（m3/a）</b></p><p>　?。?）種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量</p><p>　　有經(jīng)驗去耗氣量為發(fā)酵過程的20%</p><p><b>　　故：</b></

71、p><p><b>　　（m3/h）</b></p><p><b>　　單罐年用氣量：</b></p><p><b>　?。╩3/a）</b></p><p>　?。?）高峰無菌空氣耗量：</p><p><b>　?。╩3/h）</b&

72、gt;</p><p>　?。?）車間無菌空氣年耗量：</p><p><b>　?。╩3/a）</b></p><p>　　（5）單耗：（m3/h）</p><p>　　年產(chǎn)30000噸味精無菌空氣衡算表：</p><p>　　2.4 設備設計與選型 </p><p>　

73、　2.4.1 發(fā)酵罐 </p><p>　　（1）發(fā)酵罐的選型 </p><p>　　選用機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐</p><p>　?。?）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 </p><p>　?、侔l(fā)酵罐容積的確定：選用200m3罐 </p><p>　　②生產(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天生產(chǎn)97%純度的味精100t，谷氨酸

74、的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間)。</p><p>　　每天產(chǎn)純度為97%的味精100t，每噸100%的味精需糖液8.22m3</p><p>　　則每天需糖液體積為V：</p><p>　　設發(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）。</p><p>　?、郯l(fā)酵

75、罐個數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230 m3 </p><p>　　取公稱體積200 m3 發(fā)酵罐11個，其中一個留作備用。</p><p><b>　　實際產(chǎn)量驗算：</b></p><p><b>　　富裕量 </b></p><p><b>　　能滿足產(chǎn)量要求&

76、lt;/b></p><p>　?。?）主要尺寸的計算：取高徑比 H：D=2：1</p><p><b>　　則有：</b></p><p><b>　　H=2D；</b></p><p><b>　　解方程得：</b></p><p><b

77、>　　取D=5m</b></p><p><b>　　H=2D=10m；</b></p><p><b>　　封頭高：</b></p><p><b>　　封頭容積 ：</b></p><p>　　V封=16.4（m3）</p><p>

78、;<b>　　圓柱部分容積：</b></p><p><b>　　V筒=197m3</b></p><p><b>　　驗算全容積V全：</b></p><p><b>　　V全=V’全</b></p><p>　　符合設計要求，可行。</p>

79、<p>　?。?）冷卻面積的計算 </p><p>　　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)。</p><p>　　采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗值K=4.18×500 kJ/(m3·h·℃)。</p><p>　　平均溫差Δtm：

80、 </p><p>　　32℃ 32℃</p><p>　　20℃ 27℃</p><p>　　12 5</p><p><b>　　代入 </b></p><p>　　對公稱容量200 m3的發(fā)酵罐，每天裝5罐，每罐實際裝液量為<

81、/p><p><b>　　換熱面積 </b></p><p>　?。?）攪拌器計算 選用六彎葉渦輪攪拌器。 </p><p>　　該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關系</p><p><b>　　攪拌器葉徑</b></p><p><b>　　取d=1.7（m）

82、</b></p><p><b>　　葉寬 ：</b></p><p><b>　　弧長：</b></p><p><b>　　底距：</b></p><p><b>　　盤踞 ：</b></p><p><b&g

83、t;　　葉弦長：</b></p><p><b>　　葉距 ：</b></p><p><b>　　彎葉板厚：</b></p><p><b>　　δ=12（mm）</b></p><p>　　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=

84、110r/min。以等P0/V為基準[6]放大求得：</p><p>　?。?）攪拌軸功率的計算 </p><p>　　淀粉水解糖液低濃度細菌醪，可視為牛頓流體。</p><p>　?、儆嬎鉘em[8] </p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=1.7m</p><p><b>　　N——攪拌

85、器轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　　μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N·s/m2</p><p><b>　　將數(shù)代入上式：</b></p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準數(shù)Np=4.7</p><

86、;p>　　②計算不通氣時的攪拌軸功率P0：</p><p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=80r/min=1.33r/s</p><p>　　D——攪拌器直徑，D=1.7m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：</p>&

87、lt;p><b>　　兩擋攪拌：</b></p><p>　　③計算通風時的軸功率Pg </p><p>　　式中 P0——不通風時攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉(zhuǎn)速，N=80r/min</p><p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=1.73×106=4.9×1

88、06</p><p>　　Q——通風量（ml/min），設通風比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；</p><p>　　則Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p&g

89、t;<b>　?、芮箅姍C功率P電：</b></p><p>　　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：</p><p>　?。?）設備結(jié)構(gòu)的工藝計算 </p><p>　　①空氣分布器：本罐采用單管進風，風管直徑φ133×4mm。 </p>

90、<p>　?、趽醢澹罕竟抟蛴蟹鎏莺拓Q式冷卻蛇管，故不設擋板 </p><p>　?、勖芊夥绞剑罕竟薏捎秒p面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。</p><p>　　④冷卻管布置：采用豎式蛇管 </p><p>　?、?最高負荷下的耗水量W</p><p>　　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

91、積的乘積</p><p>　　cp——冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kg·K）</p><p>　　t2——冷卻水終溫，t2=27℃</p><p>　　t1——冷卻水初溫，t1=20℃</p><p><b>　　將各值代入上式</b></p><p>　　冷卻水體積流量為3.69&

92、#215;10-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1m/s，根據(jù)流體力學方程式，冷卻管總截面積S總為：</p><p>　　式中 W——冷卻水體積流量，W=3.69×10-2m3/s</p><p>　　V——冷卻水流速，v=1m/s</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p><

93、;b>　　進水總管直徑 ：</b></p><p>　　Ⅱ 冷卻管組數(shù)和管徑：設冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數(shù)為n，則：</p><p>　　取n=8，求管徑。由上式得：</p><p>　　查金屬材料表選取φ89×4mm無縫管[9]， ，，認為可滿足要求，。</p><p>　　現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管

94、曲徑為300mm，則兩直管距離為600mm，兩端彎管總長度為：</p><p>　　Ⅲ 冷卻管總長度L計算：由前知冷卻管總面積</p><p>　　現(xiàn)取無縫鋼管φ89×4mm，每米長冷卻面積為</p><p><b>　　則:</b></p><p><b>　　冷卻管占有體積：</b>&

95、lt;/p><p>　?、?每組管長L0和管組高度：</p><p><b>　　另需連接管8m：</b></p><p>　　可排豎式直蛇管的高度，設為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為</p><p><b>　　則筒體部分液深為：</b>&l

96、t;/p><p><b>　　豎式蛇管總高 </b></p><p>　　又兩端彎管總長，兩端彎管總高為600mm，</p><p><b>　　則直管部分高度：</b></p><p><b>　　則一圈管長：</b></p><p>　?、?每組管子圈數(shù)

97、n0：</p><p>　　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）。</p><p>　?、?校核布置后冷卻管的實際傳熱面積：</p><p>　　而前有F=232.5m2，，可滿足要求。</p><p>　?。?）設備材料的選擇[10]</p><p>

98、;　　選用A3鋼制作，以降低設備費用。</p><p>　?。?）發(fā)酵罐壁厚的計算</p><p>　?、儆嬎惴ù_定發(fā)酵罐的壁厚S</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P——設計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPa</p><p>　　D

99、——發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm</p><p>　　〔σ〕——A3鋼的應用應力，〔σ〕=127MPa</p><p>　　φ——焊接縫隙， φ=0.7</p><p>　　C——壁厚附加量（cm）</p><p>　　式中 C1——鋼板負偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm</p><p>　　C2——為腐蝕余量，現(xiàn)取C

100、2=2mm</p><p>　　C3——加工減薄量，現(xiàn)取C3=0</p><p>　　選用14mm厚A3鋼板制作。</p><p>　?、诜忸^壁厚計算：標準橢圓封頭的厚度計算公式[5]如下：</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P=0.4MPa</p&g

101、t;<p><b>　　D=500cm</b></p><p>　　〔σ〕=127MPa</p><p>　　C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）</p><p><b>　　φ=0.7</b></p><p><b>　?。?0）接管設計</b><

102、;/p><p>　?、俳庸艿拈L度h設計：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。</p><p><b>　　②接管直徑的確定：</b></p><p>　　按排料管計算：該罐實裝醪量155m3，設4h之內(nèi)排空，則物料體積流量</p><p>　　發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。&l

103、t;/p><p><b>　　管徑：</b></p><p>　　取無縫管φ133×4mm，125.mm〉118mm，認為合適。</p><p>　　按通風管計算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為20~25m/s?，F(xiàn)通風比0.1~0.18vvm，為常溫下20℃，0.1MPa下的情況，要折算0.4MPa、30℃ 狀態(tài)。風量Q1取大值，。

104、</p><p>　　利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風量Qf[8]</p><p>　　取風速v=25m/s，則風管截面積Ff為</p><p><b>　　則氣管直徑d氣為：</b></p><p>　　因通風管也是排料管，故取兩者的大值。取φ133×4mm無縫管，可滿足工藝要求。</p>&l

105、t;p>　　排料時間復核：物料流量Q=0.0108m3/s，流速v=1m/s；</p><p><b>　　管道截面積：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計算結(jié)果大，則相應流速比為</p><p><b>　　排

106、料時間：</b></p><p>　　（11）支座選擇選用裙式支座</p><p>　　2.4.2 種子罐 </p><p>　　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。 </p><p>　　

107、（1）二級種子罐容積和數(shù)量的確定 </p><p>　?、俣壏N子罐容積的確定：接種量為10%計算，則種子罐容積V種2為：</p><p>　　式中 V總——發(fā)酵罐總?cè)莘e（m3）</p><p>　　② 二級種子罐個數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對應上料。發(fā)酵罐平均每天上5罐，需二級種子罐6個。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間8~10h，生產(chǎn)周期16~18h，因此，二級種

108、子罐6個已足夠，其中一個備用。</p><p>　　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發(fā)酵罐。</p><p>　　H：D=2：1，則種子罐總?cè)莘e量V'總為：</p><p><b>　　簡化方程如下：</b></p><p><b>　　整理后</b></p>

109、<p><b>　　解方程得</b></p><p><b>　　D=2.3m</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　H=2D=2×2.3=4.6（m）</p><p><b>　　查得封頭高H'封<

110、/b></p><p><b>　　罐體總高H'罐：</b></p><p><b>　　單個封頭容量：</b></p><p>　　V'封=4.125（m3）</p><p><b>　　封頭表面積： </b></p><p>

111、;<b>　　S封=2.23m2</b></p><p><b>　　圓筒容量 ： </b></p><p><b>　　不計上封頭容積 ：</b></p><p>　　校核種子罐總?cè)莘eV'總：</p><p>　　比需要的種子罐容積23m3大 ，可滿足設計要求。<

112、;/p><p>　?、芾鋮s面積的計算 采用夾套冷卻</p><p>　?、?發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量：</p><p><b>　　Ⅱ 夾套傳熱系數(shù)：</b></p><p>　　現(xiàn)取K=4.18×220kJ/（m2·h·℃）</p><p>　?、?平均溫差：發(fā)酵溫度32℃；水

113、初溫20~23℃，取23℃；水終溫27℃，則</p><p><b>　　平均溫差：</b></p><p><b>　?、?需冷卻面積F：</b></p><p>　?、?核算夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度：</p><p>　　靜止液體浸沒筒體高度 ：</p><p&g

114、t;<b>　　液深 ： </b></p><p>　　夾套可能實現(xiàn)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：</p><p>　　夾套高度應不高于動態(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。</p><p>　　綜上，傳熱需要的面積F=12.1(m2)</p><p>　　

115、該設計夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6 m2</p><p>　　S夾〉F，可滿足工藝要求。</p><p>　?、菰O備材料的選擇 采用A3鋼制作</p><p><b>　　⑥壁厚計算 </b></p><p><b>　?、?夾套內(nèi)罐的壁厚</b></p><p>　

116、　式中 D——設備的公稱直徑，140cm</p><p>　　m——外壓容器的穩(wěn)定系數(shù)，與設備的起始橢圓度有關，在我國，m=3</p><p>　　P——設計壓力，與水壓有關，P=0.4MPa</p><p>　　E——金屬材料的彈性模量[9]，對A3鋼E=2×105MPa</p><p>　　C——壁厚附加量，C=C1+C2+C

117、3=0.08+0.1+0=0.18</p><p>　　L——筒體長度，L=110cm</p><p><b>　　將數(shù)值代入公式：</b></p><p><b>　　取9mm</b></p><p>　?、?封頭的厚度δ封：查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P317表16 碳鋼橢圓封頭最大需用內(nèi)部壓力&

118、lt;/p><p>　　i 對于上封頭，取δ封=6mm</p><p>　　ii 對于下封頭，取δ封=8mm</p><p>　?、?冷卻外套壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P314表13 碳鋼與普低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定δ套=5mm</p><p>　?、?外套封頭壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P316表15 橢圓形封頭（JBH54—73）

119、，確定δ套封=6mm</p><p>　　⑦設備結(jié)構(gòu)的工藝設計</p><p>　?、?擋板：根據(jù)全擋板條件，</p><p>　　式中　B——擋板寬度B＝（0.1-0.12）D=0.1×1400=140mm</p><p>　　D——罐徑　D＝1400mm</p><p><b>　　Z——擋板數(shù)

120、：</b></p><p><b>　　取Z＝6塊</b></p><p>　?、?攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器</p><p><b>　　直徑：</b></p><p>　　Di＝0.3~0.35D</p><p><b>　　現(xiàn)?。?lt;/b&g

121、t;</p><p><b>　　葉片寬度：</b></p><p><b>　　弧長：</b></p><p><b>　　盤徑：</b></p><p><b>　　葉弦長：</b></p><p><b>　　攪拌器

122、間距：</b></p><p><b>　　底距：</b></p><p>　　攪拌器轉(zhuǎn)速N2，根據(jù)50L罐，470r/min，使用P0/V為基準放大[6]，50L罐N1＝470r/min，</p><p>　　攪拌器直徑Di=112mm</p><p><b>　　兩擋攪拌。</b>

123、</p><p>　　Ⅲ 攪拌軸功率的計算 </p><p>　　淀粉水解糖液低濃度細菌醪，可視為牛頓流體。</p><p>　　i 計算Rem[8]</p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=0.49m</p><p><b>　　N——攪拌器轉(zhuǎn)速，</b></p>&

124、lt;p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　　μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N·s/m2</p><p><b>　　將數(shù)代入上式：</b></p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準數(shù)Np=4.7</p><p>　　ii 計算不通氣時的攪拌軸功率P0：&

125、lt;/p><p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=176r/min=2.93r/s</p><p>　　D——攪拌器直徑，D=0.49m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：</p><p><b>　　兩擋攪拌&

126、lt;/b></p><p>　　iii 計算通風時的軸功率Pg</p><p>　　式中 P0——不通風時攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉(zhuǎn)速，N=176r/min</p><p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=0.493×106=1.12×105</p><p>

127、;　　Q——通風量（ml/min），設通風比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；</p><p><b>　　則</b></p><p>　　Q=3.1×0.11×106=3.41×105（ml/min）</p><p><b>　　代入上式：</b&g

128、t;</p><p>　　iv 求電機功率P電：</p><p>　　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：</p><p>　　Ⅳ 進風管：該管距罐底25~60mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。</p><p>　　通風管管徑計算：設罐壓0.4MPa，發(fā)酵溫度t=

129、32℃，風速v=20m/s，通風量為0.18VVm，</p><p>　　常壓下t0=20℃，送風量V為：</p><p>　　將通風換算成工作狀態(tài)，求通風管直徑d1</p><p>　　圓整，查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》，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