生产管理知识-年产5万吨味精工厂生产工艺设计任务书(doc 38页)

化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 I 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 XXXX 大学大学 课程设计任务书课程设计任务书 20xx20xx 学年第 x 学期 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 20082008 级生物工程级生物工程 指导教师：指导教师： 工作部门：工作部门： 化工与材料学院化工与材料学院 课程设计题目：课程设计题目： 年产年产 5 5 万吨味精工厂生产工艺设计万吨味精工厂生产工艺设计 课程名称：课程名称：生化工程设备生化工程设备 一、课程设计内容一、课程设计内容 1、通过查阅啤酒（味精）生产工艺的有关资料，熟悉目前啤酒（味精）生产的基本工艺流程。 2、进行糖化、发酵车间物料衡算和热量衡算等。 3、糖化车间设备设计及选型。 4、发酵种子罐、发酵罐的选型及大小尺寸的计算。 5、绘制糖化锅、发酵罐设计图。 6、撰写课程设计说明书 二、课程设计的要求二、课程设计的要求 （一） 、设计规模要求 全班按学号分为 10 组（其中末尾为 1、3、5、7、9，设计啤酒工厂；末尾为 0、2、4、6、8， 设计味精工厂） 。 学号末尾 0123456789 设计规模（万吨/年） 414518622726930 （二） 、 课程设计说明书要求 学生在课程设计过程中可相互讨论，但要求各自独立完成并撰写设计说明书，设计说明书一般要 求在 5000 字以上，具体内容如下： 1 前言 2 设计任务和设计基本依据 3 工艺设计 主要包括流程选择、生产工艺、物料衡算和热量衡算等。 4 设备设计或设备选型 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 II 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 主要包括设备选型和设备大小的计算等。 5 收获与体会 6 参考文献 三、课程设计应完成的工作三、课程设计应完成的工作 1课程设计说明书一份 2糖化锅(啤酒)或发酵罐（味精）设计图 1 张 四、课程设计进程安排四、课程设计进程安排 集中讲授实训及答疑 1设计动员、下达设计任 务书 2 课时（十一周周一第 1,2 节，HF104） 2查阅资料12 3设计计算2 课时（十一周周三第 1,2 节，HF104） 26 设计计算4 课时（十二周周二第 1,2,3,4 节，HF105） 4绘图2 课时（十二周周三第 1,2 节，HF105） 8 5整理、修改说明书、制 作 PPT 2 课时（十二周周四第 1,2 节，HH201） 10 6设计小结、考核4 课时（十二周周五第 1,2,3,4 节，HH501） 8 合计1664 五、主要参考资料五、主要参考资料 吴思方主编. 生物工程工厂设计概论. 中国轻工业出版社. 2009.7 教研室主任签名：教研室主任签名： 年年 月月 日日 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 III 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 年产 5 万吨味精厂生产工艺设计 摘摘 要要 味精，学名“谷氨酸钠（C5H8NO4Na） ” 。谷氨酸是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后 分解产物。我们每天吃的食盐用水冲淡 400 倍，已感觉不出咸味，普通蔗糖用水冲淡 200 倍，也感觉不出甜味了，但谷氨酸钠，用于水稀释 3000 倍，仍能感觉到鲜味，因而 得名“味精” 。 味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品。 本设计为年产 5 万吨味精厂的生产工艺，通过双酶法、谷氨酸中糖发酵以及一次等 电点提取工艺生产谷氨酸钠。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。 本设计的工艺流程为 发酵预处理（种子培养、原料预处理，制无菌空气）发酵等电点提取中和制 味精浓缩结晶精制分装。 该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活等特点。为味精生产的理想途径。具 有良好的经济效益、环境效益和社会效益。 关键词：谷氨酸钠、双酶法、糖发酵、等电点提取。 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 IV 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 productive technology designed for the monosodium glutamate factory which produce 50,000 tons per year Abstract Monosodium glutamate (MSG) is the sodium salt of the non-essential amino acid glutamic acid，which is the final resolve product from protein. If we dilute the salt with 400 times water, we cant taste salty any more. If we dilute the sucrose with 200 times water, we cant taste sweetness too. But even if 3000 times water, Monosodium glutamate still taste flavor. Monosodium glutamate is a modern spice made of food by using microbial fermentation. This productive technology designed for the monosodium glutamate factory which produces 50,000 tons per year by Double Enzyme、Sugar fermentation in glutamic acid and an isoelectric point of extraction to produce glutamic acid. We know through pretreatment of raw material、fermentation、extraction to learn Monosodium glutamates production methods and production process. According to its situation, choose the way to fermentation which suit for production process. At the same time balance the material 、heat and choose the equipment . Finally draw out the fermentation process flow diagram and floor plan. The technological process of this design is: Fermentation pretreatment（Seed development；Pretreatment of raw materials；System sterile air）fermentationIsoelectric point of extractionneutralization to Production of MSGConcentration crystalprocessing and repacking. this productive technology designed has many traits. Such as, well-knit structure, pithy quick control, lasting attacked, less sledge capacity,and its running and management is uncomplicated. Key words: MSG; Double Enzyme; Sugar fermentation; Isoelectric point of extraction 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 目 录 课程设计任务书课程设计任务书 .I 摘摘 要要 .III AbstractAbstract IV 1 1 前言前言 .1 1.1 研究的意义及目的 .1 1.2 研究目标和关键问题 .1 1.3 研究现状和内容 .1 2 2 工艺流程选择及说明工艺流程选择及说明 .1 2.1 工程概况 .1 2.1.1 工厂概况1 2.1.2 设计依据1 2.1.3 设计范围1 2.1.4 设计原则2 2.2 味精发酵工艺流程 .2 2.2.1 建设规模2 2.2.2 处理工艺流程的选择2 2.2.3 处理工艺路线的确定2 2.3 主要处理构筑物设计及选型 .4 3 3 工艺流程计算工艺流程计算 .5 3.1 味精厂计算与构筑物设计 .5 3.1.1 谷氨酸发酵的物料衡算5 3.1.2 谷氨酸发酵的热量衡算9 3.1.3 谷氨酸发酵的水平衡计算.14 3.1.4 谷氨酸发酵的无菌氧气耗量衡算.15 3.1.3 设备设计与选型.16 4 4 主要参考文献主要参考文献 32 谢谢 辞辞 32 发酵罐附图发酵罐附图 33 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 0 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 1 1 前言前言 1.1 研究的意义及目的 为加强对味精发酵的理解。了解味精发酵的工艺流程，主要熟悉味精发酵过程中对 发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料的选取及物料平衡、热平衡、水平衡和无 菌空气平衡的计算。 1.2 研究目标和关键问题 研究目标是理清味精发酵的流程工艺及生产工艺，关键问题是对味精发酵过程中涉及的 发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料的选取及物料平衡、热平衡、水平衡和无 菌空气平衡的计算。 1.3 研究现状和内容 本设计为年产5万吨味精厂的生产工艺，通过双酶法、谷氨酸中糖发酵以及一次等电 点提取工艺生产谷氨酸钠。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。 2 2 工艺流程选择及说明工艺流程选择及说明 2.1 工程概况 2.1.1 工厂概况 一般的味精厂年产味精 510 万吨，生产过程主要为：发酵预处理（种子培养、原 料预处理，制无菌空气）发酵等电点提取中和制味精浓缩结晶精制分装。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、过滤系统处理，供水管路输送到各个生产需求部位。 2.1.2 设计依据 1.生物工程工厂设计概论。 【1】 2.味精的相关资料。 2.1.3 设计范围 本工程的设计范围为：生产味精的量达到年产 5 万吨左右的要求 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 1 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 2.1.4 设计原则 1采用先进、合理、成熟可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经 济效益。 2.工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地、能适 应水质、水量的变化，确保出水稳定，达标排放。 3.在运行过程中，便于操作管理，便于维修，节省动力消耗和运行费用。 2.2 味精发酵工艺流程 2.2.1 建设规模 生产味精的量达到年产 5 万吨左右。 2.2.2 处理工艺流程的选择 1.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。 2.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、过滤系统处理，供水管路输送 到各个生产需求部位。 2.2.3 处理工艺路线的确定 通过上述分析比较，其工艺流程如图 2-1 所示。 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 2 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 图 2-1 味精厂生产工艺【2】 斜面培养 摇瓶扩大培养 种子罐扩大培养 预处理 水解 过滤 淀粉水解糖 配料 发酵 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 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 3 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 配料罐定容罐 二级种子罐 实消 降温 二级种子培养 消泡剂 水 无机盐 糖蜜 玉米浆 纯生物素 氮液 消泡剂 水 无机盐 糖蜜 玉米浆 纯生物素 一级种子斜面 无菌空气 发酵罐 葡萄糖 定容罐 连消器 维持罐 换热器 消泡剂 高浓度糖液 液氨 图 2-2 谷氨酸发酵的工艺流程【3】 2.3 主要处理构筑物设计及选型 主要设备见表 2-2。 表 2-2 主要设备一览表 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 4 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 3 3 工艺流程计算工艺流程计算 3.1 味精厂计算与构筑物设计 3.1.1 谷氨酸发酵的物料衡算 主要技术指标主要技术指标【4】 指标名称 单位指标数 指标名称 单位指标数 生产规模 t/a50000 发酵初糖 Kg/ 150 生产方法中糖发酵，等电点 -离子交换提取 淀粉糖化转化率 % 108 年生产天数 产品日产量 d/a t/a 300 167 流加高浓糖 糖酸转化率 Kg/ % 500 60 产品质量 纯度 99% 麸酸谷氨酸含量 % 95 倒罐率 % 0.2 谷氨酸提取率 % 95 发酵周期 h 40 味精对谷氨酸产率 % 122 主要原材料质量指标主要原材料质量指标 淀粉原料的含量为 80%，含水 14% 二级种子培养基（二级种子培养基（g/Lg/L） 水解糖 50，糖蜜 20，磷酸二氢钾 1.0，硫酸镁 0.6，玉米浆 510，泡敌 0.6， 生物素 0.02mg，硫酸锰 2mg/L，硫酸亚铁 2mg/L。 发酵初始培养基（发酵初始培养基（g/Lg/L） 水解糖 150，糖蜜 4，硫酸镁 0.6，氯化钾 0.8，磷酸 0.2，生物素 2，泡敌 1.0，接种量为 8% 谷氨酸发酵车间的物料衡算谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产 1000kg 纯度为 100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。 发酵液量 设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为 220kg/，则发酵液量为： 式中 220发酵培养基终糖浓度（kg/） 60%糖酸转化率 95%谷氨酸转化率 99.8%除去倒罐率 0.2%后的发酵成功率 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 5 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 122%味精对谷氨酸的精制产率 发酵液配制需水解糖量 以纯糖计算： 二级种液量 二级种子培养液所需水解糖量 式中 50二级种液含糖量（kg/） 生产 1000kg 味精需水解糖总量 耗用淀粉原料量 理论上，100kg 淀粉转化生成葡萄糖量为 111kg，故耗用淀粉量为： 式中 80%淀粉原料含纯淀粉量 108%淀粉糖化转化率 液氨耗用量 发酵过程用液氨调 pH 和补充氮源，耗用 260280kg；此外，提取过程耗用 160170kg，合计每吨味精消耗 420450kg。 甘蔗糖蜜耗用量 二级种液耗用糖蜜量为： 发酵培养基耗糖蜜量为： 合计耗糖蜜 36.68kg 氯化钾耗量 磷酸二氢钾（）耗量 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 6 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 硫酸镁（）用量 消泡剂（泡敌）耗用量 玉米浆耗用量（8g/L） 生物素耗用量 硫酸锰耗用量 硫酸亚铁耗用量 磷酸耗用量 谷氨酸（麸酸）量 发酵液谷氨酸含量为： 实际生产的谷氨酸（提取率 95%）为： 50000t/a50000t/a 味精厂发酵车间的物料衡算表味精厂发酵车间的物料衡算表 物料名称 生产 1t 味精 （100%）的物料量 50000t/a 味精 生产的物料量 每日物料量 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 7 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 发酵液量/ 二级种液量/ 发酵水解用糖量/kg 二级种培养用糖量/kg 水解糖总量/kg 淀粉用量/kg 液氨用量/kg 糖蜜用量/kg 氯化钾用量/kg 磷酸二氢钾用量/kg 硫酸镁用量/kg 泡敌用量/kg 玉米浆用量/kg 生物素用量/g 硫酸锰用量/g 硫酸亚铁用量/g 磷酸用量/kg 谷氨酸用量/kg 6.55 0.524 1441 26.2 1467.2 1529.9 420 36.68 5.24 0.524 4.24 6.55 4.19 0.0236 1.048 1.048 1.31 819.8 327.5 26.2 720.5 1.31 733.6 764.95 21 1.834 262 26.2 212 327.5 209.5 1180 5.24 5.24 6.55 40.99 1093.85 87.51 240.65 4375.4 245.02 255.49 701.4 6125.56 875.08 87.51 708.08 1093.85 699.73 3.94 175.02 175.02 218.77 136.91 3.1.2 谷氨酸发酵的热量衡算 热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的，热平衡方程表示如下： Q入=Q出+Q损 式中 Q入输入的热量总和（kJ） Q出输出的热量总和（kJ） 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 8 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 Q损损失的热量总和（kJ） 通常， Q入=Q1+Q2+Q3 Q出=Q4+Q5+Q6+Q7 Q损=Q8 式中 Q1物料带入的热量（kJ） Q2由加热剂（或冷却剂）传给设备和所处理的物料的热量（kJ） Q3过程的热效应，包括生物反应热、搅拌热等（kJ） Q4物料带出的热量（kJ） Q5加热设备需要的热量（kJ） Q6加热物料需要的热量（kJ） Q7气体或蒸汽带出的热量（kJ） 把（4-5）（4-7）式代入（4-4）式，得 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8 值得注意的是，对具体的单元设备，上述的 Q1Q8各项热量不一定都存在，故进 行热量衡算时，必须根据具体情况进行具体分析。 连续灭菌和发酵工序热量衡算计算指标（以淀粉质为原料） 计算指标见表 3.1。 表 3.1 计算指标 项目指标 淀粉糖化转化率98.5% 发酵产酸率（浓度）11% 发酵对糖转化率60% 培养菌种耗糖为发酵耗糖的1.5% 谷氨酸提取收率95% 精制收率122% 商品淀粉中淀粉含量80% 发酵周期（含辅助时间）40h 全年工作日300d 培养液连续灭菌用蒸汽量：培养液连续灭菌用蒸汽量： 采用发酵罐体积为 200m3。 200m3发酵罐装料系数 0.80，每罐产 100%MSG 量： 2000.8011%95%122%1.272=25.94（t/d） 1.272 纯味精相对分子质量 纯谷氨酸相对分子质量 272 . 1 147 187 年产商品味精 5.0 万吨，日产 100%MSG167 吨.发酵操作时间 40h（其中发酵时间 32 h）需发酵罐台数： 取 11 台 7 . 1040 2494.25 167 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 9 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 由于装罐率，所以每罐初始体积 160m3糖浓度 15.0g/dl，灭菌前培养基含糖 20.0g/dl，其数量： ）（t12015 20 160 每日投（放）料罐次 （罐）取 7 罐次。）（t4 . 6 94.25 167 灭菌加热过程中用 0.4mPa（表压）I=2743 KJ/kg，使用板式换热器将物料由 20C 预热至 75C，再加热至 120C，冷却水由 20C 升到 45C。 消毒灭菌用蒸汽量（D）： D=3212 （kg/h）3.2 （t/h） 式中：3.97 为糖液的比热容， KJ/（kgC） 每天用蒸汽量： 3.233=28.8 （t/d） 高峰用蒸汽量： 3.27=12.8 （t/h） 平均用蒸汽量： 28.8/24=1.2（t/h） 发酵罐空罐灭菌蒸汽量：发酵罐空罐灭菌蒸汽量： 发酵罐体加热： 200m3，1Cr18Ni9 的发酵罐体重 34.3t，冷却排管重 6t，1Cr18Ni9 的比热容 0.5 KJ/（kgC）8，用 0.4mPa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在 0.15 mPa（表压）下由 20C 升至 127C，其蒸汽量为： (kg)98620-127 18 . 4 127-1743 5 . 01000)6 3 . 34( ）（ 填充发酵罐空间的蒸汽量： 因 200 m3发酵罐的全容积大于 200 m3，考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间 罐之自由空间仍按 500 m3计算，填充空间需蒸汽量： D空=V=2001.39=278 （kg/h） 式中 ： V发酵罐全容积（m3） 加热蒸汽的密度（kg/ m3）0.15mPa（表压）时为 1.39（kg/m3） 灭菌过程的热功当量损失： 辐射与对流联合给热系数 ，罐外壁温度 70C。 =33.90.19（7020）=43.4kg/（m3hC） 200m3发酵罐的表面积为 201，耗用蒸汽量： D损=(kg)19920-70 18 . 4 127-2743 94.25201 ）（ 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗： (kg)4120-127 18 . 4 127-2743 18 . 4 1000001 . 0 201 ）（ 式中： 0.001附壁水平均厚度（1mm） 1000水密度 （kg/m3） 灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的 5%，空罐灭菌蒸汽消耗量; 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 10 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 (kg/h) 6 . 1511 05 . 0 1 41199278986 每空罐灭菌 1.5 h，用蒸汽量： 1511.61.5=2267.4 （kg/罐） 每日用蒸汽量： 2267.4=6802.2（kg/d）=6.8（t/d） 平均用蒸汽量： 6802.2/24 =283.4（kg/h）=0.028（t/h） 高峰用蒸汽量： 2267.4 4= 9069.6（kg/h）=0.9（t/h） 液化工序热量衡算液化工序热量衡算 （1）液化加热蒸汽量 加热蒸汽消耗量可按下式计算 D=GC（T2-T1）（h-i） 式中：G-淀粉浆量（kg/h） G-淀粉浆比热容 kJ/（kg*K） T2-浆料初温（20+273=293K） T1-液化温度（90+273=363K） h-加热蒸汽焓 2738kJ/kg（0.3Mpa,表压） i-加热蒸汽凝结水焓，在 363K 时为 377kJ/kg 淀粉浆量 G：根据物料衡算，日投工业淀粉 255.49t；连续液化 255.49/24=10.6（t/h） 。加水量为 1:2.5，分浆量为 106003.5=37100（kg/h） 粉浆比热 C 可按下式计算： C=C0+C水 式中：C0-淀粉质比热容，取 1.55kJ/（kg*K） C水-水的比热容，4.18 kJ/（kg*K） C=1.55+4.18=3.53 蒸汽用量 D=（kg/h）=4.1（t/h） 2 . 4087293-363 %95377-2738 53 . 3 37100 ）（ ）（ （2）灭酶用蒸汽量 灭酶时将液化液由 90加热至 100，在 100时的 i 为 419kJ/kg D灭=（kg/h）=0.6（t/h） 5 . 59410 %95419-2738 53 . 3 37100 ）（ 要求在 20min 内使液化液由 90升至 100，则蒸汽高峰值为： 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 11 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 0.64=2.4（t/h） 以上两项合计，平均量 4.1+0.6=4.7（t/h） ；每日用量 4.724=112.8（t/d） 谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算 年产 5 万吨商品味精，日产 100%MSG167t，选用 25m3 强制内循环结晶罐，浓缩 结晶操作周期 24h，其中辅助时间 4h。每罐产 100%MSG 25.94t，需结晶罐台 7 台。每罐 投入 40g/dl 的中和脱色液（俗称原液）23m3，流加 30g/dl 母液 32m3，过程中加水 6m3， 在 70下真空蒸发结晶，浓缩 3h，育晶 17h。放料数量 20m3 （1） 热量衡算 来料带入热量：进料温度 35，比热为 3.5kJ/（kgoK） Q 来料=（231.16+321.13）3.535103=7.7106（kJ） 加水带入热量： Q 来水=64.1835103=8.8105（kJ） 晶种带入热量：MSG 比热容 1.67（kJ/（kgoK） ） Q 来晶=16001.6720=5.3104（kJ） 结晶放热：MSG 结晶热为 12.7kJ/mol Q 晶热= =5.7105（kJ） 母液带走热量：分离母液 12m3，折算为相对密度 1.26 时 15t，比热容为 2.83（kJ/（kgoK） ） Q=151032.8370=3.0106（KJ） 随二次蒸汽带走热量： Q 二蒸=（23+32+6-20）2626106=1.077108（kJ） 随结晶 MSG 带走热量： Q 出晶=101031.6770=1.17106（kJ） 需外界供给热量： Q=（Q 母+Q 二蒸+Q 出晶）-（Q 来料+Q 来水+Q 来晶+Q 晶热） =（3.0106+1.077108+1.17106）-（7.7106+8.8105+5.3104+5.7105） =9.5107（kJ） （2）计算蒸汽用量 每罐次用汽量：热损按 5%折算。 D= =45830（kg/罐） 每罐浓缩结晶时间 20h，每小时耗蒸汽高峰量：45830/20=2292（kg/h） 7 台罐（实际是 6.5 台）同时运转，高峰用蒸汽量： 6.52292=148898（kg/h） 每日用蒸汽量： 6.545830=297895（kg/d）=297.9（t/d） 每小时平均用蒸汽量：297.9/24=12.4（t/h） 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算 分离后之湿 MSG 含水 2%，干燥后达到 0.2%，进加热之空气为 18，相对湿度 =70%，通过加热器使空气升至 80，从干燥器出来的空气为 60。 年产万吨商品味精，日产湿味精 30.4t，二班生产，即 30.4/16=1.9（t/h） 。干燥水分量 34（kg/h） 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 12 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 18空气湿含量 =70%，X0=0.009（kg/kg 干空气） ，I0=41.8kJ/kg 干空气；加热 80， I1=104.5kJ/kg 干空气 用公式： =（I2-I1）/（X2-X1）=Q 物料+Q 损失-Q 初温 式中 -空气经过干燥后的热量变化（kJ/kg） Q 损失-损失热量，通常为有效热量的 10% Q 物料=1.9103（60-18）0.44.18/34=3924（kJ/kg 水） Q 损失=0.1（5954.18+0.47604.18+3924-184.18）=645（kJ/kg 水） =184.18-3924-645= -4494（kJ/kg 水） 设 X2=0.0108 I2=I1+（X2-X1）=104.5+（-4494） （0.0108-0.009）=96.4（kJ/kg 空气） 空气耗量为： 34/0.0108-0.009=18888（kg/h） 80时空气的比容 0.83m3/kg 实际消耗空气量为： 188880.83=15677（m3/h） 耗用蒸汽量（D）：使用 0.1Mpa（表压）蒸汽加热，热损失按 15%计： D=618（kg/h） 每日用蒸汽量：61816=9888（kg/d）=0.99（t/d） 平均每小时用蒸汽量：9888/24=412（kg/h）=0.04（t/h） 生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果： 每日用蒸汽量为 447.3t/d，每小时平均量为 14.1t/h，高峰量为 19.2t/h。100%MSG 单耗蒸汽量：447.3/25.94=17.2（t/t） 。 年产 30000 吨味精热量衡算表 名称每日用量 （t） 每小时均量 （t） 高峰量（t）单耗（t） 蒸汽447.318.624.817.2 3.1.3 谷氨酸发酵的水平衡计算 培养液冷却用水量：培养液冷却用水量： 由 120C 热料通过与生料热交换，降至 80C，再用水冷却至 35C，冷却水由 20 C 升至 45C，计算冷却水量（W）： W=68896（kg/h）=69（t/h） 40280 3.97 (8035) (4520) 4.18 全天用水量： 6934=828（t/d） 发酵过程产生的热量及冷却用水量： 发酵过程的热量计算有下列几种方法： 通过计算生化反应来计算发酵热 Q总 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 13 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 Q总=生物合成热+搅拌热-汽化热 生物合成热可通过下列方程计算： C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2813KJ C6H12O6+NH3+1.5O2C5H9O4N+CO2+1.5H2O+890KJ 搅拌器=8604.18P（P搅拌功率，KW） 汽化热=空气流量（m3/h）（I出I进） 式中：I出，I进进出之空气热焓（KJ/Kg 赶空气） 空气密度 通过燃烧热进行计算：通过燃烧热进行计算： Q总= 产物燃烧作用物燃烧 QQ 有关物料的燃烧热： 葡萄糖：15633KJ/Kg 谷氨酸：15424KJ/Kg 玉米浆：12289KJ/Kg 菌 体：20900KJ/Kg 以发酵 612 小时耗糖速率最快，为放热高峰。 通过冷却水带走的热量进行计算： 在最热季节，发酵放热高峰期，测定冷却水量及进出口温度，然后即可算出最大 发热量 Q最大， KJ/（m3h） Q最大= )( )/(18. 4 3 m thKg 发酵液总体积 冷却水 进出 通过发酵液温度升高进行计算：通过发酵液温度升高进行计算： 关闭冷却水观察罐内发酵液温度升高，用下式计算 Q最大 Q最大=KJ/（m3h） V tCGGCt)(18 . 4 1 11 式中： G发酵液重量（kg） C发酵液比热容KJ/（kgC） t1h 内发酵液温度升高数（C） G1设备筒体的重量（kg） C1设备筒体的比热容KJ/（m3h） V发酵液体积（m3） 以上四种方法，以（3）比较简单实用。根据部分味精厂的实测和经验数，谷氨酸 的发酵热高峰值约 3.0104 KJ/（m3h） 200 m3发酵罐，装料量 160 m3使用新鲜水，冷却水进口温度 10C，出口温度 20 C，冷却水用量（W）： W=114832.5 （kg/h） 114.8 （t/h） 18 . 4 10-20 160100003 ）（ 日运转 7 台，高峰用水量： 114.8 7=803.6（t/h） 日用水量： 803.60.824=15429.12（t/h） 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 14 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 平均用水量： 15429.12/24=642.88 （t/h） 式中： 0.8各罐发热状况均衡系数 3.1.4 谷氨酸发酵的无菌氧气耗量衡算 单罐无菌空气耗用量单罐无菌空气耗用量 230m3 规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为 0.20-0.45vvn，取 0.45 计算 单罐发酵过程用气量： （m3/h）46586045. 075 . 0 230V 单罐年用气量： （m3/a）2682720018032 1 VV 种子培养等其他无菌空气耗量种子培养等其他无菌空气耗量 有经验去耗气量为发酵过程的 20% 故： （m3/h） 5 . 931%20 VV 单罐年用气量： （m3/a1 VV 高峰无菌空气耗量：高峰无菌空气耗量： （m3/h）52164610 VVVman 车间无菌空气年耗量：车间无菌空气年耗量： （m3/a）52164610 11 VVVt 单耗：单耗： （m3/h）9211 0 GVV t 年产年产 30000 吨味精无菌空气衡算表：吨味精无菌空气衡算表： 发酵罐公称 容积 （m3） 单罐通气量 （m3/h） 种子罐耗气 量 （m3/h） 高峰空气耗 量 （m3/h） 年空气耗量 （m3/h） 空气单耗 （m3/h） 2004658931.552164 8 1076 . 2 9211 3.1.3 设备设计与选型 发酵罐发酵罐 （一）发酵罐类型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 （二）发酵罐容积的确定 随着科技的发展，现有的发酵罐容量系列有： 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 15 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 5，10，20，50，60，75，100，120，150，200，250，500m3等等。一般说来单罐 容量越大，经济性能越好，但风险也越大，要求技术管理水平也越高，根据生产的规模 和实用性，可以先选择公称容积为 200 m3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐。 （三）生产能力的计算 现每天产 99%纯度的味精 167 吨，谷氨酸生产周期为 40h（包括发酵、发酵罐清 洗、灭菌进出物料等辅助操作时间） 。则每天需发酵液体积为 V发酵。每天产纯度为 99% 的味精 167 吨，每吨 100%的味精需发酵糖液 6.55m3： V发酵= =6.5516799%=1082.9（m3） 发酵罐填充系数为 =80%，则每天需要发酵罐的总容积为 V0（生产周期为 40h） 。 V0= V发酵/=1082.9115/0.8=1353.6（m3） （四）发酵罐个数的确定 以公称容积为 200 m3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为基础，则需要发酵罐的个数 为 N N= V发酵/（V总.24）=1082.940/（2000.824）=11.2（个） 则需要取公称容积为 200 m3的发酵罐 12 个； 现以单灌公称容量为 200 m3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为例，每天需要 200m3N0个： N0=1353.6200=6.8 约为 7 个 实际产量为： ）（t 7 . 51297300 55 . 6 78 . 0200 富裕量：（51297.7 -50000）/50000=2.6%，满足产量要求。 （五）主要尺寸的计算：取高径比 H：D=2：1【5】 ； 封筒全 3 230m2VVV 则有： 2302 24 2785 . 0 32 DDDV 全 H=2D； 解方程得： 23026 . 0 57. 1 33 DD mD004 . 5 83. 1 230 3 取 D=5m 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 16 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 H=2D=10m； 封头高： mmhhH ba 1300 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： 3 m 8 . 2294 .1621972 封筒 全 VVV V全=V全 符合设计要求，可行。 （六）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） 。 采用竖式蛇管换热器，取经验值 K=4.18500 kJ/（m3h） 。 平均温差 tm： 2 1 21 m t t ln tt t 32 32 20 27 12 5 代入 8 5 12 ln 512 tm 对公称容量 200 m3的发酵罐，每天装 5 罐，每罐实际装液量为 3 7 . 110 7 17.775 m 换热面积 3 . 1 .166 850018 . 4 7 . 110600018 . 4 m tK Q F m （七）搅拌器计算 选用六弯叶涡轮搅拌器。 该搅拌器的各部分尺寸与罐径 D 有一定比例关系 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 17 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 搅拌器叶径 m D Di67 . 1 3 5 3 取 Di=1.7（m） 叶宽 ： mDiB34 . 0 7 . 12 . 02 . 0 弧长： mDil64. 07 . 1375 . 0 375 . 0 底距： m D C7 . 1 3 5 3 盘踞 ： mDd ii 28 . 1 7 . 175 . 0 75 . 0 叶弦长： mDL i 43 . 0 7 . 125 . 0 25 . 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： min/80 7 . 1 05 . 1 110 3/2 3/2 2 1 12 r D D NN （八）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 Rem【6】 ND m 2 Re 式中 D搅拌器直径，D=1.7m N搅拌器转速， srN/33 . 1 60 80 醪液密度，=1050 kg/m3 化工与材料学院课程设计说明书化工与材料学院课程设计说明书 18 北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 醪液粘度， =1.310-3Ns/m2 将数代入上式： 46 3 2 10101 . 3 103 . 1 105033 . 1 7 . 1 Re m 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： 53 0 DNNP P 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 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式： kWW P 2 . 8810 2 . 88 10507 . 133 . 1 7 . 4 3 53 0 两挡搅拌： kWPP 4 . 1762 00 计算通风时的轴功率 Pg kW Q NDP Pg 39 . 0 08 . 0 32 03 1025 . 2 式中 P0不通风时搅拌轴功率（kW） ， 422 0 101 . 3 4 . 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