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1、-年产 1.5 万吨味精工厂发酵车间设计说明书 引言 味精是人们熟悉的鲜味剂，是 L谷氨酸单钠盐(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONaH20)，具有旋光性，有 D型和 L型两种光学异构体。味精具有很强的鲜味(阈值为0.03%)，现已成为人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。1987 年 3 月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂1。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从 1956 年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法
2、生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业2。该生产工艺和设备具有很强的典型性，本文对味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。设计内容为，了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。整个设计内容大体分成三部分，第一部分主要是味精生产的工艺和设备选择；第二部分包括发酵罐、种子罐及空气分过滤器的设计与选型；第三部分
3、是工艺流程和平面布置图。由于我的水平有限，加之对先进设计的了解甚少，设计中有好多不足的地方敬请各位老师和同学批评指正。1 味精生产工艺 1.1 味精生产工艺概述 味精生产全过程可划分为四个工艺阶段:(1)原料的预处理及淀粉水-解糖的制备;(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵;(3)谷氨酸的提取;(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过
4、滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位4。味精发酵法生产的总工艺流程见图 1。-图 1 味精生产总工艺流程图 菌种 斜面培养 摇瓶扩大培养 种子罐扩大培养 原料 预处理 水解 过滤 淀粉水解糖 配料 发酵 空气 空气压缩机 冷却 气液分离 过滤除菌 等电点调节 沉淀 离心 粗谷氨酸 溶解 中和制味精 母液 离子交换处理 粗谷氨酸溶液 粗谷氨酸 除铁 过滤 脱色 浓缩结晶 离心 小结晶 干燥 拌盐粉碎 粉状味精 大结晶 干燥 过滤 成品味精-1.2 原料预处理及淀粉水解糖制备 1.2.1 原料的预处理 此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器
5、磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎3。1.2.2 淀粉水解糖制备 在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。1.3 种子扩大培养及谷氨酸发酵 种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，
6、发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器维持管真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大，流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高，因而应用较少。发酵设备，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在 50m3到 200m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，
7、因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空-气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备4。1.4 谷氨酸的提取 谷氨酸的提取一般采用等电点离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点锌盐法、盐酸水解等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在废水污染大，生产成本高，技术难度大等问题，应用上受到限制1。1.5
8、谷氨酸制取味精及味精成品加工 精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠，即味精。粗品经提纯、加工、包装，得到成品。味精中和液的脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产的要求。也有的厂家使用气流干燥技术，生产量大，干燥速度快，干燥时间短，但干燥过程对味精光泽和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这样均不如振动式干燥床应用效果好4。2 发酵罐及种子罐的设计与选型 2.1 味精工厂发酵车间的物料衡算 2.1.1 工艺技术指标及基础数据 （1）查发酵工厂工艺设计概论P3
9、26表 3 味精行业国家企业标准5，选用主要指标如表 1 -表 1 味精发酵工艺技术指标 指标名称 单位 指标数 生产规模 t/a 15000（味精）生产方法 中糖发酵，一次等电点提取 年生产天数 d/a 300 产品日产量 t/a 50 产品质量 纯度%99 倒灌率%1.0 发酵周期 h 48 发酵初糖 Kg/m3 150 淀粉糖转化率%95 糖酸转化率%48 麸酸谷氨酸含量%90 谷氨酸提取率%80 味精对谷氨酸产率%112 （2）主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为 80%，含水 14%。（3）二级种子培养基（g/L）水解糖 25，糖蜜 20，尿素 3.5，磷酸氢二钾 1.0，硫酸镁
10、 0.6，玉米浆 510，泡敌 0.6，硫酸镁 0.002，硫酸亚铁 0.002。（4）发酵培养基（g/L）水解糖 150，糖蜜 4，硫酸镁 0.6，氯化钾 0.8，磷酸氢二钠 0.2，硫酸亚铁 0.002，硫酸锰 0.002，尿素（总尿）40，泡敌 0.6，植物油 1.0。（5）接种量为 2%。2.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产 1000kg 纯度为 100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。（1）发酵液量 V1 3166.15%112%99%80%481501000mV 式中 150发酵培养基初糖浓度（kg/m3）48%糖酸转化率-80%谷氨酸提取率 99%除去倒灌率 1
11、%后的发酵成功率 112%味精对谷氨酸的精制产率（2）发酵液配制需水解糖量 G1 以纯糖算，)(234915011kgVG（3）二级种液量 V2 312313.0%2mVV（4）二级种子培养液所需水解糖量 G2 32283.725mVG 式中 25二级种液含糖量（kg/m3）（5）生产 1000kg 味精需水解糖总量 G 为：kgGGG8.235621（6）耗用淀粉原料量 理论上，100kg 淀粉转化生成葡萄糖量为 111kg，故理论上耗用的淀粉量 G淀粉为：kg7.2793%111%95%808.2356淀粉G 式中 80%淀粉原料含纯淀粉量 95%淀粉糖转化率（7）尿素耗用量 二级种液耗尿
12、素量为 V3 kgVV1.15.323 发酵培养基耗尿素为 V4 kgVV4.6264014 故共耗尿素量为 627.5kg（8）甘蔗糖蜜耗用量 二级种液耗用糖蜜量 V5 kgVV26.62025 发酵培养基耗糖蜜量 V6 kgVV64.62416 合计耗糖蜜 69.9kg-（9）氯化钾耗量 GKCl kgVGKCl53.128.01（10）磷酸氢二钠（Na2HPO47H2O）耗量 G3 kgVG13.32.013（11）硫酸镁（MgSO47H2O）用量 G4 kgVVG58.96.0214（12）消泡剂（泡敌）耗用量 G5 kgVG4.96.015（13）植物油耗用量 G6 kgVG5.23
13、5.116（14）谷氨酸（麸酸）量 发酵液谷氨酸含量为：kgG2.1116%11%481 实际生产的谷氨酸（提取率 80%）为：kg893%802.1116 2.1.3 15000t/a 味精厂发酵车间的物料衡算结果 由上述生产 1000kg 味精（100%纯度）的物料衡算结果，可求得15000t/a 味精厂发酵车间的物料平衡计算。具体计算结果如表 2-表 2 15000t/a 味精厂发酵车间的物料衡算 2.2 设备设计与选型 2.2.1 发酵罐 （1）发酵罐的选型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐（2）生产能力、数量和容积的确定 发酵罐容积的确定：选用 200m3罐 生产能力的计算：现每天生产 9
14、9%纯度的味精 50t，谷氨酸的发酵周期为 48h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。则每天需糖液体积为 V糖。每天产纯度为 99%的味精 50t，每吨 100%的味精需糖液 15.66m3 物料名称 生 产1t味 精（100%）的物料量 15000t/a 味精生产的物料量 每日物料量 发酵液（m3）15.66 2.35105 783 二级种液（m3）0.313 4695 15.65 发酵水解用糖（kg）2349 3.52107 1.17105 二 级 种 培 养 用 糖（kg）7.83 1.18105 391.5 水解糖总量（kg）2356.8 3.53107 1.18105
15、淀粉(kg)2793.7 4.19107 1.40105 尿素（或液氨）627.5 9.41106 3.14104 糖蜜（kg）69.9 1.05106 3495 氯化钾（kg）12.53 1.88105 626.5 磷酸氢二钠（kg）3.13 4.70104 156.5 硫酸镁（kg）9.58 1.44105 479 泡敌（kg）9.4 1.40105 470 植物油（kg）23.5 3.53105 1175 谷氨酸（kg）893 1.34107 44650-3m775.17%995066.15糖V 设发酵罐的填充系数=70%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为 V0（发酵周期为 48h）。
16、30m4.11077.017.775/糖VV 发酵罐个数的确定：公称体积为 200m3的发酵罐，总体积为 230 m3 个总63.9247.023048775.1724V01VN 取公称体积 200 m3 发酵罐 11 个，其中一个留作备用。实际产量验算：at/6.15580300%9966.1557.0230 富裕量%9.315000150006.15580 能满足产量要求（3）主要尺寸的计算：取高径比 H：D=2：16；封筒全3230m2VVV 则有：2302242785.032DDDV全 H=2D；解方程得：23026.057.133DD mD004.583.12303 取 D=5m H
17、=2D=10m；封头高：mmhhHba1300封-封头容积：V封=16.4（m3）圆柱部分容积：V筒=197m3 验算全容积 V全：3m8.2294.1621972封筒全VVV V全=V全 符合设计要求，可行。（4）冷却面积的计算 对谷氨酸发酵，每 1m3发酵液、每 1h 传给冷却器的最大热量约为4.186000kJ/(m3h)5。采用竖式蛇管换热器，取经验值 K=4.18500 kJ/(m3h)8。平均温差tm：2121mttlnttt 32 32 20 27 12 5 代入 8512ln512tm 对公称容量 200 m3的发酵罐，每天装 5 罐，每罐实际装液量为 3155517.775m
18、 换热面积 35.232850018.4155600018.4mtKQFm（5）搅拌器计算 选用六弯叶涡轮搅拌器6。-该搅拌器的各部分尺寸与罐径 D 有一定比例关系 搅拌器叶径 mDDi67.1353 取 d=1.7（m）叶宽：mdB34.07.12.02.0 弧长：mdl64.07.1375.0375.0 底距：mDC7.1353 盘踞：mDdii28.17.175.075.0 叶弦长：mDLi43.07.125.025.0 叶距：mDY5 弯叶板厚：=12（mm）取两挡搅拌，搅拌转速 N2可根据 50m3罐，搅拌直径 1.05m，转速N1=110r/min。以等 P0/V 为基准6放大求得
19、：min/807.105.11103/23/22112rDDNN（6）搅拌轴功率的计算 淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。计算 Rem8 NDm2Re-式中 D搅拌器直径，D=1.7m N搅拌器转速，srN/33.16080 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度，=1.310-3Ns/m2 将数代入上式：463210101.3103.1105033.17.1Rem 视为湍流，则搅拌功率准数 Np=4.7 计算不通气时的搅拌轴功率 P0：530DNNPP 式中 Np在湍流搅拌状态时其值为常数 4.7 N搅拌转速，N=80r/min=1.33r/s D搅拌器直径，D=1.7m 醪液密
20、度，=1050kg/m3 代入上式：kWWP2.88102.8810507.133.17.43530 两挡搅拌：kWPP4.176200 计算通风时的轴功率 Pg kWQNDPPg39.008.032031025.2 式中 P0不通风时搅拌轴功率（kW），4220101.34.176P N轴转速，N=80r/min D搅拌器直径（cm），D3=1.73106=4.9106 Q通风量（ml/min），设通风比 VVm=0.110.18，取低限，如通风量变大，Pg 会小，为安全。现取 0.11；则 Q=1550.11106=1.7107（ml/min）-79.3107.108.0708.0Q 代入
21、上式：kWPg1.6979.3109.480101.31025.239.0643 求电机功率 P 电：01.1P321g电P 采用三角带传动1=0.92；滚动轴承2=0.99，滑动轴承3=0.98；端面密封增加功率为 1%7；代入公式数值得：kWP78.201.198.099.092.069.1电（7）设备结构的工艺计算 空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径1334mm。挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板 密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。冷却管布置：采用竖式蛇管7 最高负荷下的耗水量 W 12ttcQWP总 式中 Q总每 1m3醪液在发酵最旺盛时，1h 的
22、发热量与醪液总体积的乘积 hkJQ/1089.3155600018.46总 cp冷却水的比热容，4.18kJ/（kgK）t2冷却水终温，t2=27 t1冷却水初温，t1=20 将各值代入上式-skghkgW/9.36/1033.1202718.41089.356 冷却水体积流量为 3.6910-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为 1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积 S总为：vWS总 式中 W冷却水体积流量，W=3.6910-2m3/s V冷却水流速，v=1m/s 代入上式：222m1069.311069.3总S 进水总管直径：m217.0785.01069.3785.02总总S
23、d 冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为 S总，管径 d0，组数为 n，则：取 n=8，求管径。由上式得：mnSd077.0785.081069.3785.020总 查金属材料表选取894mm 无缝管9，mmd81内mkgg/12.5，0dd内，认为可满足要求，80mm平均d。现取竖蛇管圈端部 U 型弯管曲径为 300mm，则两直管距离为600mm，两端弯管总长度为0l：mmDl188460014.30 冷却管总长度 L 计算：由前知冷却管总面积-25.232 mF 现取无缝钢管894mm，每米长冷却面积为 2025.0108.014.3mF 则:mFFL93025.05.2320 冷却管占有
24、体积：328.5930089.0785.0mV 每组管长 L0和管组高度：mnLL5.77129300 另需连接管 8m：mLL93889308实 可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头 250mm。设发酵罐内附件占有体积为 0.5m3，则：总占有体积为 3m161.35.08.5155附件管液总VVVV 则筒体部分液深为：mSVV4.75785.04.163.1612封总 竖式蛇管总高 m7.725.04.7管H 又两端弯管总长mml18840，两端弯管总高为 600mm，则直管部分高度：mmHh71006007700600管 则一圈管长：mmlhl16084188471002
25、20-每组管子圈数 n0：圈51.165.7700lLn 现取管间距为 mD22.0089.05.25.2外，竖蛇管与罐壁的最小距离为 0.15m，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于 200mm）。.校核布置后冷却管的实际传热面积：26.23593808.014.3mLdF实平均实 而前有 F=232.5m2，FF实，可满足要求。（8）设备材料的选择10 选用 A3钢制作，以降低设备费用。（9）发酵罐壁厚的计算 计算法确定发酵罐的壁厚 S CPPQS2 （cm）式中 P设计压力，取最高工作压力的 1.05 倍，现取P=0.4MPa D发酵罐内经，D=500cm A3 钢的应用应力，=1
26、27MPa 焊接缝隙，=0.7 C壁厚附加量（cm）321CCCC 式中 C1钢板负偏差，现取 C1=0.8mm C2为腐蚀余量，现取 C2=2mm C3加工减薄量，现取 C3=0 cmmmC28.08.2028.0 cmS4.128.04.07.012725004.0 选用 14mm 厚 A3钢板制作。封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式5如下：-CPPQS2 （cm）式中 P=0.4MPa D=500cm=127MPa C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）=0.7 cmS5.138.04.07.012724004.0（10）接管设计 接管的长度 h 设计：各接管的长度 h 根
27、据直径大小和有无保温层，一般取 100200mm。接管直径的确定：按排料管计算：该罐实装醪量 155m3，设 4h 之内排空，则物料体积流量 smQ/0108.0436001553 发酵醪流速取 v=1m/s;则排料管截面积为 F物。2011.010108.0mvQF物 2785.0dF物 管径：mFd118.0785.0011.0785.0物 取无缝管1334mm，125.mm118mm，认为合适。按通风管计算，压缩空气在 0.4MPa 下，支管气速为 2025m/s。现通风比 0.10.18vvm，为常温下 20，0.1MPa 下的情况，要折算 0.4MPa、30 状态。风量 Q1取大值，
28、smmQ/46.0min/2818.0155331。利用气态方程式计算工作状态下的风量 Qf8 smQf/14.0202733027335.01.046.03-取风速 v=25m/s，则风管截面积 Ff为 20056.02514.0mvQFff 2785.0气dFf 则气管直径 d气为：md084.0785.00056.0气 因通风管也是排料管，故取两者的大值。取1334mm 无缝管，可满足工艺要求。排料时间复核：物料流量 Q=0.0108m3/s，流速 v=1m/s；管道截面积：220123.0125.0785.0mF，在相同的流速下，流过物料因管径较原来计算结果大，则相应流速比为 倍88.
29、010123.00108.0FvQP 排料时间：ht8.188.02（11）支座选择选用裙式支座 2.2.2 种子罐 发酵所需的种子从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。种子罐冷却方式采用夹套冷却。（1）二级种子罐容积和数量的确定 二级种子罐容积的确定：接种量为 2%计算，则种子罐容积 V种2为：32m6.4%2230%2总种VV 式中 V总发酵罐总容积（m3）二级种子罐个数的确定：种子罐与发酵罐对应上料。发酵罐平均每天上 5 罐，需二级种子罐 6 个。种子罐培养 8h，辅助操作时间 810h，生产周期 1618h，因此，
30、二级种子罐 6 个已足够，其中一个备用。-主要尺寸的确定种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。H：D=2：1，则种子罐总容积量 V总为：封筒总VVV2 简化方程如下：3236.42785.0242mDDDV总 整理后 6.426.057.133DD 解方程得 D=1.4m 则 H=2D=21.4=2.8（m）查得封头高 H封 mmH37525350封 罐体总高 H罐：mmHHH3550280037522筒封罐 单个封头容量：V封=0.398（m3）封头表面积：S封=2.23m2 圆筒容量：32m31.42785.0DDV筒 不计上封头容积：353.4398.013.4mVVV筒封有效 校核
31、种子罐总容积 V总：393.413.4398.022mVVV筒封总-比需要的种子罐容积 4.6 m3大，可满足设计要求。冷却面积的计算采用夹套冷却 发酵产生的总热量：hkJQ/1078.7%2155600018.44总 夹套传热系数：hmkJK2/25015018.4 现取 K=4.18220kJ/（m2h）平均温差：发酵温度 32；水初温 2023，取 23；水终温 27，则 平均温差：7259mt 需冷却面积 F：241.12722018.41078.7mtKQFm总 核算夹套冷却面积：按静止液深确定夹套高度：静止液体浸没筒体高度：m76.11.40.7850.398-3.120罐封醪SV
32、VH 液深：mm213517603750HHHL封 夹套可能实现的冷却面积为封头表标面积 S封与圆筒被液体浸没的筒体为表面积 S筒之和：20m6.1323.276.14.114.3封封筒夹SDHSSS 夹套高度应不高于动态时的液面高度，因高于液面的传热面积，并没有起多少冷却作用。综上，传热需要的面积 F=12.1(m2)-该设计夹套能提供的冷却面积为 S夹=13.6 m2 S夹F，可满足工艺要求。设备材料的选择 采用 A3钢制作 壁厚计算 夹套内罐的壁厚 CEDmPLDS4.06.2 式中 D设备的公称直径，140cm m外压容器的稳定系数，与设备的起始椭圆度有关，在我国，m=3 P设计压力，
33、与水压有关，P=0.4MPa E金属材料的弹性模量9，对 A3钢 E=2105MPa C壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18 L筒体长度，L=110cm 将数值代入公式：cmS89.018.01401026.21104.031404.05 取 9mm 封头的厚度封：查发酵工厂工艺设计概论P317表 16 碳钢椭圆封头最大需用内部压力 i 对于上封头，取封=6mm ii 对于下封头，取封=8mm 冷却外套壁厚：查发酵工厂工艺设计概论P314表 13 碳钢与普低钢制内压圆筒壁厚，确定套=5mm 外套封头壁厚：查发酵工厂工艺设计概论P316表 15 椭圆形封头（JBH54
34、73），确定套封=6mm 设备结构的工艺设计 挡板：根据全挡板条件，5.0 ZDB 式中 B挡板宽度 B（0.1-0.12）D=0.11400=140mm-D罐径 D1400mm Z挡板数：514014005.05.0BDZ 取 Z6 块 搅拌器：采用六弯叶涡轮搅拌器 直径：Di0.30.35D 现取：mmDDi490140035.035.0 叶片宽度：mmDhi28014002.02.0 弧长：mmDri5251400375.0375.0 盘径：mmDi1050140075.075.0 叶弦长：mmDli350140025.025.0 搅拌器间距：mmDYi490 底距：mmb490 搅拌器
35、转速 N2，根据 50L 罐，470r/min，使用 P0/V 为基准放大6，50L 罐 N1470r/min，搅拌器直径 Di=112mm min/1764901124703/23/22112rDDNN 两挡搅拌。搅拌轴功率的计算 -淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。i 计算 Rem8 NDm2Re 式中 D搅拌器直径，D=0.49m N搅拌器转速，srN/93.260176 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度，=1.310-3Ns/m2 将数代入上式：4532101068.5103.1105093.249.0Rem 视为湍流，则搅拌功率准数 Np=4.7 ii 计算不通气时
36、的搅拌轴功率 P0：530DNNPP 式中 Np在湍流搅拌状态时其值为常数 4.7 N搅拌转速，N=176r/min=2.93r/s D搅拌器直径，D=0.49m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：kWWP5.3105.3105049.093.27.43530 两挡搅拌kWPP7200 iii 计算通风时的轴功率 Pg kWQNDPPg39.008.032031025.2 式中 P0不通风时搅拌轴功率（kW），497220P N轴转速，N=176r/min D搅拌器直径（cm），D3=0.493106=1.12105-Q通风量（ml/min），设通风比 VVm=0.110.18，取低限
37、，如通风量变大，Pg 会小，为安全。现取 0.11；则 Q=3.10.11106=3.41105（ml/min）77.21041.308.0508.0Q 代入上式：kWPg83.477.21012.1176491025.239.053 iv 求电机功率 P 电：01.1P321g电P 采用三角带传动1=0.92；滚动轴承2=0.99，滑动轴承3=0.98；端面密封增加功率为 1%；代入公式数值得：kWP5.4701.198.099.092.04.83电 进风管：该管距罐底 2560mm 之间，现取 30mm 向下单管。通风管管径计算：设罐压 0.4MPa，发酵温度 t=32，风速 v=20m/
38、s，通风量为 0.18VVm，常压下 t0=20，送风量 V 为：min/56.018.01.33mV 将通风换算成工作状态，求通风管直径 d1 mmmvttPVd12012.06020785.02933054.01.056.060785.02732731.001 圆整，查 发酵工厂工艺设计概论，P313表 12，无缝钢管(YB231-70)，管径采用 253mm,内径 25-23=19 mm 大于 12 mm，可满足生产要求。-进出物料管：该管为物料进口，管底距罐底 2560mm 之间，现取30mm 向下单管。按输送物料算：20min 送完 3.1m3物料 则物料流量为 s/0026m.06
39、0201.33物V 管道截面为 F，物料流速为 v=0.51m/s，现取 v=0.5m/s，则：2m0052.05.00026.0vVF物 设管径为：mFd08.0785.00052.0785.02 圆整，查 发酵工厂工艺设计概论，P313表 12，无缝钢管(YB231-70)，管径采用 1084mm,内径 108-24=100 mm 大于 80 mm，可满足生产要求。冷却水管：由前知需冷却热量hkJQ/1078.74max，冷却水温变化 23 27，水比热容kgkJcw/18.41 则耗水量 W 为：hkgttcQWw/4653232718.41078.7421 取水流速 v=4m/s；则冷
40、却管直径为 md64.0785.042925.1 支座选型 选用支撑式支座（2）一级种子罐 一级种子罐的选型 选用机械搅拌通风发酵罐 一级种子罐容积和数量的确定 -种子罐容积的确定：接种量按 2%计算，则种子罐容积 V种1为 321092.0%26.4%2mVV种种 故选用公称体积为 100L 的发酵罐，发酵罐的主要尺寸为：罐内径400mm，圆柱高 800mm，封头高 125mm，罐体总高 1050mm，封头容积 11.5L，圆柱部分容积 100L，不计上封头的容积 112L，全容积 123L，搅拌桨直径 135mm。冷却选用夹套冷却10。一级种子罐个数的确定：一级种子罐与二级种子罐对应上料。
41、二级种子罐平均每天上 5 罐，需一级种子罐 6 个。种子罐培养 8h，辅助操作时间 810h，生产周期 1618h，因此，一级种子罐 6 个已足够，其中一个备用。2.2.3 空气分过滤器（1）二级种子罐分过滤器：二级分过滤器风量的计算：min/144.0/0024.06012933054.01.018.01.333msmV 查生物工程设备P389 表 3-1-9 JLS-D 型空气过滤器技术特性，选用 JLS-D-025 型空气过滤器，过滤能力 0.25m3/min，外型尺寸75520mm,重量 5kg，进出口管径2020，与种子罐进风口不一致，可采用法兰变径即可。过滤能力 0.25m3/mi
42、n 大于 0.144m3/min，能满足生产要求。数量与二级种子罐数量一致，共 6 只。（2）一级种子罐分过滤器：一级分过滤器风量的计算：min/0043.0/000071.06012933054.01.018.0092.033msmV 查生物工程设备P389 表 3-1-9 JLS-D 型空气过滤器技术特性，选用 JLS-D-001 型空气过滤器，过滤能力 0.01m3/min，外型尺寸22150mm,重量 0.2kg，进出口管径61，与种子罐进风口不一致，可采用法兰变径即可。过滤能力 0.01m3/min 大于 0.0043m3/min，能满足生产要求。数量与一级种子罐数量一致，共 6 只
43、。（3）发酵罐分过滤器 分过滤器滤层直径计算：-sv4VD滤层 式中 V通过发酵罐分过滤器的空气流量（0.4MPa 下）smV/12.06012933054.01.018.01553 Vs通过分过滤器的气速，现取 0.2m/s 则 m874.02.014.312.04滤层D 分过滤器直径：滤层过滤器D3.11.1D。现取：m1.136874.03.13.1滤层过滤器DD 查金属材料表，选无缝钢管，或用钢板卷制。圆整倒推荐值：D过滤器=1200mm 分过滤器的壁厚：设计压力 P=0.5MPa cmS53.028.05.07.012720.905.0 取 S=6mm。进出气管：进出气管直径可取与设
44、备通风管一致，即1334 无缝管 数量：分过滤器与发酵罐相配合，每罐一个，共需 11 台。滤层厚度：同种子罐，分过滤器 56 层超细玻璃纤维滤纸，经树脂处理过使用。分过滤器高度：mm180012005.15.1过滤器筒Dh mm180012005.15.1过滤器锥Dh -2.2.4 味精厂发酵车间设备一览表 味精发酵车间设备见表 3 表 3 15000t/a 味精厂发酵车间设备一览表 位号 设备名称 台数 规格与型号 材料 备注 F301-311 发酵罐 11 500010000mm A3钢 专业设备 F321-326 二级种子罐 6 14002800mm A3钢 专业设备 F331-336
45、一级种子罐 6 400800mm A3钢 专业设备 R301-311 发酵罐分过滤器 11 12001800mm A3钢 专业设备 R321-326 种子罐分过滤器 6 75520mm A3钢 专业设备 R331-336 种子罐分过滤器 6 22150mm A3钢 专业设备 -参考文献 1张克旭 氨基酸发酵工艺学，中国轻工业出版社，1992：279-280。2张启先我国发酵工业发展现伏与对策科技导报，1992（2）：44-45。3高孔荣发酵设备，中国轻工业出版社，1991：1-5。4王旭 禹郑超味精发酵生产工艺及其主要设备，高等函授学报（自然科学版），1995（4）：45-48。5吴思方发酵工
46、厂工艺设计概论，中国轻工业出版，1995。6梁世中生物工程设备，中国轻工业出版社，2002。7黎润钟发酵工厂设备，中国轻工业出版社，1991。8姚玉英化工原理，天津大学出版社，1999。9国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，1996。10华南工学院，发酵工程与设备，北京轻工业出版社，1981。11何铭新等机械制图，高等教育出版社，1997。12何铭新等建筑制图 高等教育出版社，1994。13华东理工大学 浙江大学，生物工程(技术)专业英语，化学工业出版社，1999。14许赣荣发酵生物技术专业英语，中国轻工业出版社，2004。15英汉生物化学词典，科学出版社，1983。16Chemical Engineering progress March，1976。17Lydersen B.K,Delia Nelson K.L Bioprocess Engineering:Systems,equipment and facilities,ed.john Wiley&Sons,INC.1994.New York.。18W.L.McCabeand J.C.Smith Unit Operations of Chemical Engineering,3rd ed.New York:GcGraw-Hill，1976,Section 4。