酵母工厂设计说明书

1 设 计 文 件 年产 10000 吨鲜面包酵母 项目 设 计 说 明 书 山山 东东 轻轻 工工 业业 学学 院院 2 设 计 文 件 年产 10000 吨鲜面包酵母 项目 工程编号 2003 6 设设 计计 说说 明明 书书 山 东 轻 工 业 学 院 二 OO 三年八月 3 目 录 第一章 总 论 1 第二章 设计基本理论依据 14 第三章 基本工艺计算 26 第四章 总图布置及运输 33 第五章 工 艺 38 第六章 自动控制测量仪表 46 第七章 建筑结构 52 第八章 供 电 57 第九章 给水排水 66 第十章 电 信 69 第十一章 供 热 70 第十二章 采暖通风 71 第十三章 制冷空压 73 第十四章 检测中心 75 第十五章 环境保护与综合利用 77 第十六章 节约能源 81 第十七章 消 防 82 第十八章 职业卫生 83 设备清单 88 4 第一章 酵母的营养要求 1 1 营养物质的供应 糖液 氮源 NH4 2SO4 磷源 KH2PO4 及调节 pH 所用的 碱液均采用流加的方法分别加入 为了获得较高的产率 糖的供应 速率必须严格控制 发酵过程中可发酵性糖的浓度一般控制在 0 1 左右 如果培养液中的含氮量太低 则生长速率缓慢 且容易产生较 多的酒精 影响细胞收得率 若培养液中氮含量丰富 则成品细胞 的含氮量随之升高 不利于干燥和贮存 为了解决这一矛盾 在商 品酵母的流加培养过程中在发酵后期采用氮饥饿培养 氮源提前流 加 在整个发酵周期的 60 左右时间内 氮源 磷源都流加完毕 随后 40 左右时间只流加糖和 Na2CO3 含氮量较高的酵母 P2O5含量也高 在细胞生长过程中 培养 液中丰富的磷含量 有利于细胞利用培养液中的氮素 因此在控制 氮源流加时 同时控制磷的流加量 2 流加培养过程 酵母的流加培养过程分 3 个周期 即适应期 积累期和成熟期 适应期内 细胞原生质内发生复杂的生物化学过程 细胞数目并不 增加 但每个细胞体积增大 原生质更加均匀 贮藏物质逐渐消失 代谢机能非常活跃 然后开始出芽繁殖 一代酵母的培养 所接种 子为扩大培养种子 对数期接种时 适应期较短 较高的糖浓度 5 会促进这个过程 适应期内耗氧不多 因此采用很小的通风量 二 代酵母的培养 所接种子为经离心分离的冷冻后的种子 酵母细胞 完全处于休眠状态 直接进入流加培养时 适应期延长 因此在正 式流加培养前进行活化 活化时 培养基采用较低的 pH 4 2 4 5 较高的糖浓度 4Bx 不通风 同时补加磷源和无机盐积累和激活 细胞合成酶系所需的营养物质 培养液中开始产生酒精味时 活化 即结束 活化时间一般为 30 60min 活化后的细胞个大 体壮 有 利于抑制发酵初期的杂菌污染 适应期结束后 酵母细胞即进入迅速生长繁殖的对数生长期 糖液和营养盐连续流加 同时通入大量空气 对数生长期开始时 由于培养液中细胞浓度较低 因而糖液和营养盐的流加速度也较低 通风量亦较小 随着流加培养过程的进行 细胞迅速繁殖 3hr 左右 可增殖一倍 培养液中的细胞浓度及培养液体积增加 发酵罐内单 位体积细胞增加越来越快 因而糖液和营养盐的流加速率也应不断 增加 至发酵中期 通风量已达最大 随之进入比较稳定的高速生 长期 此时 培养液中细胞浓度保持较高的速率稳定增长 但比生 长速率开始下降 细胞的倍增时间逐渐从 4hr 下降至 6hr 进入氮饥 饿培养阶段倍增时间为 7 8 小时 积累期的后期 营养盐一般不再 流加 酵母的增加速率可能逐渐有所减小 因而糖液的流加速率也 应适当的逐渐减小 整个酵母积累期 酵母细胞繁殖 3 5 代 即扩 大 8 32 倍 一般一代流加培养的扩大倍数 20 40 倍 二代 10 20 倍 积累期时间 10 30 hr 依培养条件和繁殖倍数而定 6 积累期结束后 由于积累了好几代的细胞 细胞大小不尽均匀 有的个体小 有的未同母细胞分离 而有的刚出芽的细胞 细胞内 贮藏物质很小 容易在其后的冷藏 干燥和贮存中死亡 最终的商 品酵母必须是相当成熟的细胞 要求细胞内贮藏物质多 而出芽细 胞的数量相当低 为了实现 需要有一个适当的酵母成熟期 在此 期间 不流加营养物质 且减少通风量 在营养缺乏的情况下 通 风过量会加强细胞成份的分解过程 影响成品质量 若培养液中氮 源等营养物质还未利用完 而含糖量已接近零 则应在小量通风的 同时 适当补充一定的糖液 使氮素耗尽并使芽孢脱落 成熟期的 时间一般为 0 5 2 小时 视细胞状况和培养基中残存营养物质的情况 而定 在成熟期 酵母细胞数增加很少 但细胞重量有所增加 3 温度和 pH 一般酵母菌能在 28 36 温度下正常的生长繁殖 但一般认为最 适的生长温度为 30 温度与生长速率的关系 每一酵母菌种 都有其最适生长的温度 范围 超出最适温度培养 酵母的生长速率随温度的上升或下降而 降低 温度与收得率的关系 许多研究表明 酵母的生长得率随温度的 升高而下降 因此 尽管一般酵母的最适生长的范围在 28 36 之间 但在发酵生产中选择的培养温度并不是有利于冷却传热的 35 36 而是 30 左右 在高于最适温度条件下培养时 有部分活的细胞不 能繁殖 但仍消耗一定的基质 以维持生命活动 这部分不增殖细 7 胞的比例随温度上升而增大 基质中碳源用于维持这部分细胞的比 例上升 因而细胞对基质的得率随之下降 温度对产品特性的影响 较高的培养温度可使菌体内干物质增加 特别是对碳水化合物中的海藻糖积累有利 使酵母的耐糖性和耐贮 存性增加 因此对商品酵母的培养一般在发酵前期采用较低的培养 温度 30 32 耐高温 34 36 以利于获得较高的生长得率 在发 酵后期逐渐提高至 34 36 耐高温酵母 38 40 这样结合氮源的 控制有利于海藻糖的积累 同时在较高温度下培养时 酵母细胞内 水分较低 便于分离压榨后使酵母细胞干固物浓度达到 32 34 有 利于鲜酵母的保藏 pH 对酵母的生命活动有显著的影响 当培养液中 pH 不同时 细胞原生质膜所带电荷也不同 原生质膜具有胶体性质 在一定 pH 值内带正电荷 而在另一种 pH 值带负电荷 这种电荷的变化引 起原生质膜对某些离子的渗透性变化 从而影响酵母细胞对营养物 质的吸收 酶的形成及其活力 代谢途径和细胞膜透性的变化 过 高或过低的 pH 则会使酵母蛋白变性 细胞死亡和分解 不同的酵 母菌种对 pH 要求有所不同 酿酒酵母所适应的 pH 范围为 3 6 6 0 最适生长的 pH 范围为 pH4 5 5 0 在酵母生产中 为把杂菌污染减 小到最低程度 在生产中 长采用较低的 pH 一般在发酵的开始阶 段采用 pH4 2 4 5 有时甚至采用 4 0 4 2 只是当酵母浓度较高和 生长旺盛时 才采用最适的 pH4 5 5 0 4 氧和二氧化碳 8 当培养液中溶解氧浓度较低时 酵母菌的比生长速率与氧浓度 的关系用 Monod 方程来表示 max ck c 0 由方程知 当氧浓度很低时 比生长速率 随氧浓度的上升正 比的增大 随后增长速率逐渐减慢 当氧浓度达一定值时 即达临 界溶氧浓度时 比生长速度不再增加 当酵母菌在培养液中充分分 散时 其临界溶氧浓度的大致范围为 0 1 1 0ppm 即 0 1 1 0g m3 发酵生产中 为了不影响酵母细胞的呼吸 使细胞的生长不受 氧浓度的限制 应使溶氧浓度维持在其临界溶氧浓度之上 发酵罐 中 实际的饱和溶氧浓度一般为 7 10ppm 罐中控制的溶氧浓度一 般为 0 5 1 5ppm 约为饱和溶氧浓度的 5 20 发酵中期供氧速率 以达最大 这是发酵后期比生长速率下降的主要原因之一 溶氧效 果较好的发酵罐可延缓酵母比生长速率的下降和提高最终发酵液的 酵母浓度 提高设备的生产能力 代谢产物 CO 2对酵母生长有抑制作用 对细胞的形态也有影响 CO 250 以上时 抑制作用明显 当发酵排气中的 CO 2含量上升时 葡萄糖中的碳转化为细胞中的碳的比例下降 也即酵母的得率下降 在耗氧发酵中 排气中的 CO 2 浓度上升 是由于进行了耗氧发酵产 生了大量乙醇所引起的 因而酵母产率下降 造成排气中 CO 2含量 上升的原因有二 一是由于供氧不足促使酵母酒精发酵 二是由于 糖浓度较高促使酵母进行有氧发酵 5 乙醇 乙醇的生成损失了糖分 是酵母得率下降 发酵液中乙醇 含量在 0 05 以内时 表明通风发酵性能令人满意 当 0 1 以上时 9 酵母得率会有所下降 对于分批式流加培养 在发酵开始时的适应期 有意加入过量 糖液 且小量通风 结果在发酵前期产生较多酒精 酒精含量最 1 0 1 5 这样做的目的一是有利于防止杂菌污染 二是有利于积累 海藻糖 在供氧较好的条件下 乙醇的产生是由于供糖速率过快 发酵 液中的含糖量较高的结果 五 半成品的技术标准 最终酵母干物质浓度达 40 50g L 即鲜酵母浓度 140 175g L 发酵过程中 比生长速率逐渐下降 最终导致酵母固性物的浓 度极限只能达 5 左右 生产工艺基本计算 设计依据 1 产品 鲜酵母 活性干酵母 2 主要生产原料 葡萄糖废糖蜜 含总糖量 51 3 厂址 邹平 4 规模 鲜酵母 10000 吨 年 其中 2000 吨干酵母 主要工艺参数的选择和计算 二代商品酵母发酵周期 15 小时接种量 10 一代酵母接种量 10 二级种子罐接种量 5 一级种子罐接种量 2 10 商品鲜酵母含水量 68 发酵液鲜酵母含量 190g L 发酵周期 16 小时 活性干酵母含水量 6 发酵罐容积 10000 330 0 19 160m3 d 发酵罐的填充系数为 0 6 初步设定罐内冷却水盘管体积为 15 总容积 V 1 0 15 160 0 6 V总容积 313 7m3 设计每 24 小时出一罐料 考虑到应有一个罐与之轮流工作 以 便该罐进行出料 刷洗 消毒等 故设计三个个发酵罐 则每个发酵罐的体积是 313 7 3 104 6m3 取每个发酵罐体积 110m3 二代商品酵母接种量 10 故每十一次发酵周期有十次为二代 商品酵母 年工作 330 天 每天产量为 33 3 吨 330 10000 10 11 3 生产过程主要环节的物料衡算 热量衡算 一 物料衡算 生产过程如下 二代表示二代商品酵母 一代为一带商品酵母 11 以及为一级种子培养 依此类推 一代 一代 二代 共十次 二代二代二代 卡氏罐 一级 二级 由图知 对原料处理车间糖液需求量最大时为二代商品酵母与 二级种子同时培养之时 下面分别计算其耗糖量 耗氮量 耗磷 量 耗玉米浆量 耗碱液量 并得出各物料需求量最大时一天需求 量 1 发酵罐耗糖 以每天消耗的葡萄糖计算 量 公式 Wg Cx 98 Y SX FP 其中 Wg 培养酵母所需糖量 P 酵母每天产量 33 3 吨 产量 F 接种量 Cx 酵母产品干固物含量 YX S 酵母干固物对糖得率 98 糖原料损耗率 Y X S 0 38 Cx 1 68 32 F 10 33 3 3 33 因此 Wg 0 32 098 25 75t 38 0 33 3 3 33 废糖蜜的消耗量 W糖蜜 25 75 51 80 63 2t 糖蜜中可利用糖比例 80 12 2 发酵罐耗氮 NH4 2SO4 量 公式 W N P C N 1 0 0 07 F F N C X W m M n 式中 W N 培养酵母每天所需氮量 C N 酵母干固物含氮量 C N 7 5 F N 种子酵母干固物含氮量 F N 8 5 W m 玉米浆量 由下面的计算知 W m 0 632t 因此 WN 33 3 32 0 075 1 0 0 07 3 32 0 085 0 773t 硫酸铵的消耗量 W NH4 2SO4 W N M 3 65t 214 132773 0 3 发酵罐耗玉米浆量 取玉米浆用量 1 以葡萄糖废糖蜜计算 则 W m 63 2 1 0 632 t 4 发酵罐耗碱液量 酵母发酵过程中总酸度增酸 1 0 取发酵终了时鲜酵母浓度 190g L 则最终发酵醪体积 33 3 0 19 175 3m3 100mL 发酵醪消耗 NaOH 量 1N 0 001L 0 001mol 175 3 m3发酵醪消耗 Na2CO3摩尔数 0 001 1753mol 1 0 1000 3 175 其质量为 106 1753 185818g 185 8Kg 5 发酵罐耗磷量 KH2PO4以 P2O5计 13 公式 W p P C p C X 1 0 0 3 F F p C X 式中 W p 每天培养酵母所需的 P2O5量 C p 酵母干固物 P2O5含量 C p 3 F p 种子酵母干固物 P2O5含量 F p 3 2 则 W p 33 3 0 03 0 32 1 0 0 3 3 3 0 032 0 32 0 382t W KH2PO4 0 731t 142 2136382 0 6 硫酸镁用量 以不含水硫酸镁计算 发酵液中硫酸镁用量为 0 02 60t 3 个 0 02 0 0378t 38kg 7 二级种子罐耗糖量 二级种子罐产量 P 33 3 3 5 0 555t 555 糖蜜用量 555 51 1 09t 8 种子培养消耗的硫酸铵 玉米浆 硫酸镁 磷酸二氢钾 碳酸钠 等均按酵母生产消耗的 1 计算 即 硫酸铵 3 65 1 0 0365t 37 玉米浆 0 632 1 0 00635t 6 碳酸钠 0 243 1 0 00243t 2 4 磷酸二氢钾 0 731 1 0 00731t 7 3 硫酸镁 0 038 1 0 00038 0 38 二 热量衡算 蒸汽 14 水蒸气主要用在糖液加热灭菌和种子罐实罐灭菌 发酵罐空罐 灭菌 酵母干燥 营养盐灭菌等 1 糖液灭菌耗汽量 蒸汽压力 0 2MPa 温度 126 查表知 此时冷凝热 2195KJ Kg 每小时加热的糖浆的质量为 4 47t 其比热按水的比热计 由 20 加热至 110 查表知 Cp 4 187KJ Kg K m蒸汽 M糖液 Cp t2 t1 m蒸汽 1 0 77t h 2195 20110 187 4 47 4 2 空罐灭菌 查表知 水蒸气密度 1 296Kg m3 水蒸气充满二级种子罐 发酵罐时的用量为 m蒸汽 2 V 1 296 100 3 10 401 8Kg d 3 酵母干燥 酵母干燥设备厂提供的经验数据 2000t 年活性酵母的干燥流 化床需要蒸汽量 W干燥 3 0 55t h 4 营养盐配料 非连续生产最大用汽量 0 2t h 因此水蒸气用量为 0 77 0 55 0 41 24 0 2 1 57t h 设计生产蒸汽用量 m设计 2t h 三 用水量计算 1 发酵罐总容量 300m3 填充系数 60 发酵液总体积 180m3 15 1 拌料用水 180 63糖蜜 0 77 24蒸汽 98 5m3 无菌水 2 冷却用水 酵母生产中最大放热量取 58 6 103kJ m3 h 冷却水由 20 上 升至 30 则酵母高速生长期每立方米发酵液的需水量为 1 7m3 则 每天的冷却水用水量为 m冷却水 1 7 180 16 4896m3 糖液冷却每天需要冷却水 50m3 3 酵母洗涤用水 洗涤用水为酵母乳的二倍 每天生产酵母乳为 70m3 洗涤用水 量为 70 2 140m3 d 无菌水 4 设备 地面等冲洗用水量 16m3 d 冷却水 设计冷却水为循环用水 损耗量为 10 冷却水补充量为 10 4896 490m3 每天的生产用水量 140 98 5 490 728 5m3 d 下面计算污水量最大时一天污水量 污水包括分离 压榨出水和刷罐用水 分离 压榨污水量 发酵量 压榨酵母量 27 4 23 吨 天 刷罐用水按罐容积 20 计算 各罐用水如下 二级种子罐最终种子浓度 25g L 种子产量 200 Kg 装料系数 80 其用水 20 2000Kg 2 吨 8025 1000200 16 发酵罐 装料系数 70 用水 20 7 7 吨 天 7 0 27 由以上计算知 每天污水量 23 2 7 7 32 7 吨 设计污水处理量 32 7 1 2 40 吨 天 水冷却主要用在中和罐将酸解液由 126 冷却至 30 在 种子罐和发酵罐中将醪液保持在 30 左右 中和罐冷却由 20 上升至 70 查表知 35 时 水的比热为 Cp 4 174KJ Kg m水 Cp t2 t1 M糖 Cp t2 t1 冷却水量 m水 53 吨 天 2070 174 4 30126 187 4 27700 第三章 菌种及发酵车间设计 1 车间物料衡算和热量衡算 论证流程的选择和主要工艺参数的 确定 一 菌种扩大培养流程 卡氏罐级种子罐二级种子罐发酵罐 种子罐培养基 葡萄糖液 培养基同时补充 N P Mg 等无机盐及 生物素 其中可发酵性糖含量为 50 70g L 氮含量为 1 5 g L 左右 P2O5含量为 0 5g L 左右 培养条件 33 左右 pH4 2 5 4 通风情况 开始时不通风 当发酵罐开始自然升温时 微量通风 培养时间 18 小时左右 级间接种量 一级 2 二级 5 3 酵母收获量 17 车间纯种培养 由于采用了微量通风 其酵母产率比静止培养时高 考虑到在对数生长期接种 一般当酵母种子达 25 g L 左右时 即接 入下一级发酵培养 二 流加培养流程 间歇培养种子 一代酵母 分离洗涤 商品酵母 二代 该流程每十罐进行一次纯种培养 种子仅冷藏几天 污染机会少 产品质量较高 1 接种量 一代酵母接种量 5 二代 10 2 培养时间 一代 18 小时 二代 15 小时 3 发酵温度 33 4 发酵 pH 4 5 5 0 5 压力 常压 三无菌风供应流程 CH4 CH4 CH4 高空采风高空的微生物和尘土的含量均较少 有利于保护设备 不受损坏 四 物料和热量衡算 本发酵罐一天出一罐料 因此其物料进出与本说明书 P14所述 18 冷却水按放热量最快时计算 主发酵罐冷却水量 37900Kg h 38 m3 h 1626 174 4 2710 6 58 3 二级种子罐冷却水量 14 m3 h 1626 174 4 1010 6 58 3 2 主要设备的设计和非主要设备的选型 一 主发酵罐设计 1 结构设计 发酵终了时鲜酵母浓度应为 150 g L 左右 单罐发酵产品 4000Kg 则发酵液体积 27 m3 取装料系数 70 则发酵罐体积 38 m3 最终发酵醪 2 7m3中 糖液体积 3150 0 13 24 m3 NH4 2SO4体积 1 5 m3 则贮液罐内其浓度为 470 1500 31 KH2PO4体 积 0 5 m3 贮液罐内浓度为 80 500 16 玉米浆体积 0 5 m3其贮液 罐内浓度 16 500 3 2 Na2CO3体积 0 5 m3 其贮液罐内浓度 29 500 6 设计气升式压力循环发酵罐 外部为升液管 内部为降液管 顶部进料 底部接种 底部环形进气 蛇管冷却 升液管直径 D 降液管直径 d 升液管当量直径 D上升 取发酵罐 H D 10 4 D2 H 38 则 D 1 60m 取上升管截面积为下降管的三倍 则 3 2 22 d dD d 0 8m D上升 1 38m 22 dD 22 8 06 1 2 水冷却计算 19 放热量按每克酵母固性物的放热量为 14 65KJ 计算 流加培养过程中 酵母固性物的最大增长速率为 5 0Kg m3 h 则 酵母生产过程中的最大发热量为 58 6 KJ m3 h 冷却管管壁较薄 3 10 对冷却水进行强制循环时 总传热系数 K 4 186 800KJ m3 h K 取 冷却水进口 16 出口 26 发酵液前期温度较低 34 36 取 T 34 则 tm 12 3 2 1 21 tT tTm tTtT 2634 1634 2634 1634 m 主发酵期发酵液每小时放出最大热量 58 6 1000 27 1582200KJ h 传 热面积 A 38 4m2冷却水量 W tmK Q 总 3 12800186 4 1582200 12 ttC Q p 总 37851Kg h 0 010514 m3 s 取冷却水流速 3m s 则冷却 1626 18 4 2710 6 58 管截面积 S 0 00355 m2 冷却管内径 d 6cm 选无缝 V W 3 010514 0 钢管 65 2 冷却管长度 L 188m d A 065 0 4 38 冷却管在发酵罐内的安置 蛇形冷却管形状如下图所示 在罐内用 L65 6 支架三个支撑 用 U 型螺栓固定 蛇行管在罐的顶部且浸于液面以下 低于降液管 3 通风量的计算 取通风比 2vvm 即通风量为 27 2 54 m3空气 min 圆形布气管上取 8 个喷嘴 每个喷嘴喷出风量应为 0 12 m3 s 通风量 V空气查 发酵设备 图 6 3 得 发酵醪上升线速度 w 1 26m s 发酵罐空气提升力 A V醪 V空气 w醪 w空气 2 1 20 V醪液 D2上升 W 1 382 1 26 1 9 m3 s 4 4 以下寻找 喷嘴喷出的气泡分裂细碎的条件 公式 Re醪液 醪液上升 醪液 D V 式中 Re醪液 醪液的雷诺准数 V醪液 醪液的体积循环量 1 9 m3 s D上升上升管当量直径 醪液 醪液的运动黏度 0 603 10 6 m2 s Re醪液 1 71 10 6 6 10803 0 38 1 9 1 公式 Re空气 空气 嘴 Vd V 1 式中 V嘴每个喷嘴喷出的空气量 0 12 m3 s d1喷嘴直径 V空气 空气运动黏度 P1 喷嘴前的空气绝对压力 大气压 Re空气 7273 1 5 11065 1 12 0 P d P1 d1 喷嘴喷出气泡分裂破裂的条件 Re空气 Re醪液 250 即 7273 P1 d1 1 71 106 即 P1 d1 235 下面求喷嘴直径 公式 V嘴 1 8 105 d1 P0 6 P0 32 P P1 P2 H0 10 21 式中 P 喷嘴前后压力差 大气压 P1 喷嘴前的空气绝对压力 H0 液面到空气喷嘴缩孔垂直高度 13 米 P2 罐内绝对压力 大气压 P2 1 由 式得 1 P1 1 13 10 P1 3 3 大气压 绝压 代入 式则 d1 2 31 代入 式得 d1 0 0098m 取 d1 9mm 代入 式得 P 0 0017 代入 式得 P1 2 32 代入 式得 d1 0 0098 取 d1 0 009m 9mm 故喷嘴直径 d1 9mm 故喷前绝压 P1 2 317 大气压 求气管直径 取气速 u 25m s 气管内气体压缩状态下体积流量 V压 P0 P1 V空气 0 900 2 317 0 388 m3 s 气管内径 d U V4压 0 14m 取热轧无缝钢管 146 5 重 17 39Kg m 共重 25 4388 0 70Kg 4 附属构件 22 罐体 材料 A3钢耐受灭菌压力查表知 取壁厚 8 mm 钢板采用双 面对焊 焊缝系数 0 9 封头 底盖选椭圆型封头 材料 A3钢 设计温度 120 查表知 1270 Kg cm2 钢板最大宽度 3m Dg 1 6m 可用单块钢板冲压制成 1 单面腐蚀 C2 1mm C1 0 5mm C3 0 5mm 封头壁厚 s C1 C2 C3 P P 2 1 0 5 0 5 6 2112702 16006 2 3 6 取 s 8mm 垫片宽度 20mm 石棉橡胶板材料 重量 185Kg 容积 0 587 m3 二 二级种子罐 一级种子罐工艺设计计培养基组成 变径段 取罐上部 D内 2 2m 变径段锥角 45 度 无折边 焊接 处采用双面对接焊 s c 2 4 5 取 s 8mm P DP 2 内 cos 1 6 29 012702 22006 2 顶部采用平板封头 公式 S D内 C K 0 25 垫片宽度 17 5 材料 A3钢 120 时 PK 1270 Kg cm2 C1 0 8 C2 1 C3 2 S 2200 0 8 1 2 8mm S2 6mm 取 S 10mm 重量约为 1270 2 225 0 P V 7 8 23 进料管口径 糖液平均流量 0 000444 m3 s 601515 24 最大体积流量取平均数的 2 5 倍 0 0011 m3 s 取进料管内糖液最流速 0 5m s 则 管内径 d 0 053m 取无缝钢管 60 40 其余进料管接量最大的 NH4 2SO4计算 其平均流量 0 000046296 m3 s 60606 015 5 1 最大值为其 2 5 倍 0 00011574 m3 s 取进料管内流速 0 2m s 则 d 0 0172m 取 32 2 5 菌种量最大时为 2 4 m3 其体积流量 0 001333 m3 s 2 605 0 4 2 取流速 v 1m s 则 d 0 041m 取 60 4 排气管 取通风比 2vvm 即 V空气 27 2 54 m3 min 因通入的空气绝大部分排出 故可认为从罐顶排出的废气为 54 m3 min 取排气管气速 V排气 4m s 240m min 则排气管内径 d 0 5m 选 530 5 视镜 标准 JB594 64 2 24 双头螺柱 D2 bDD1b1b2 H 数量 直径 长度 重量 95 151451202514828M10 323 6Kg 人孔 选水平吊盖人孔 Pg 2 4Kg cm2 标准图号 JB583 64 1 螺栓 DgDD1 H Abb1S数 量 直径 长度 总重 5006155754703352022624M16 6091 5Kg 法兰 DgDD1D2bd规格数量重量 220023302290 22555023M2076155Kg 支座 选裙式支座 下面计算自震动周期按无限自由度体系的公式 计算 发酵罐的惯性矩 I 8 3 SSDn 8 3 SDn 式中 Dn 塔体内径 不计入腐蚀裕度的塔体壁厚 S g 重力加速速 25 I 1286796cm4 8 8 01603 自振的基本周期公式 T1 1 79H EIg QH 式中 H 塔体高度 Q 塔设备总重量 N E 塔体材料的弹性模量 Pa I 塔体界面的惯性矩 查表知 A3钢弹性模量 E 210Gpa 经设计 塔体连支座高 H 1770cm 发酵罐各组成部分重量如下 Kg 人 孔 视镜 法 兰 排气 孔 顶 盖 封 头 变径 段 布气 管 蛇 管 冷却管支 架 91 5 3 6 515562 33001851137058070 降 液 管 上部 罐体 罐体 水压试验 时水重 各种进料管 32 2 5 糖液进料 菌种进料 管 出料管 125cm 12810903804368000 36 61 1 225 总重 44720Kg 发酵罐净重 7920Kg 故 T1 1 79 1770 0 054S 128679610210 177044720 9 26 罐体的拉应力最大处为罐底圆筒底部的周向拉应力 料满罐时 gH D S 2 1000 9 8 14 8 1 6 0 016 1 45 107Pa 12 7Kg mm2 12 4 107Pa 可见 罐壁足够 根据经验 取裙式支座壁厚 15mm 三 二级种子罐的分过滤器计算 1 取发酵罐一代酵母接种量 5 则二级种子管鲜种子产量 4000 5 200Kg 考虑到接入下一级发酵培养时 种子浓度 25g L 则种子罐体积为 8000L 8m3 25 10200 3 取填充系数为 80 则种子罐容积 8 0 8 10 m3 培养基组成如本说明书 P16 17 所述 取 10 4 2 2H D DH 8 1 4 d mH 2 一级种子罐产量 10Kg 接入下一级种子罐时 种子浓度 25g L 则培养液体积在接入二级种子罐时为 V 400L 0 4m3 25 1010 3 取装料系数为 80 则容积 0 4 0 8 0 5m3 500L 取 5 0 4 2 2H D DH mH mD 1 1 60 0 培养基组成如下 27 碳源 Cx 0 35 22 8Kg SX Y FP 15 0 2 010 玉米浆 23 0 5 0 12Kg 氮源 wN PCNCX 1 0 0 07 FFNCX WMMn 10 0 085 0 35 1 07 0 2 0 085 0 35 0 12 0 4 0 26Kg 换算为硫酸铵 1 22Kg 214 13226 0 磷源 Wp PCpCX 1 0 0 3 FFpCX 10 0 028 0 35 1 3 0 2 0 28 0 35 0 125Kg 换算为磷酸二氢钾 0 239Kg 142 2136125 0 2 卡氏罐培养基组成 碳源 Cx 0 35 0 457Kg SX Y FP 15 0 22 02 0 玉米浆 0 457 0 5 0 0028Kg 2 3g 氮源 WN PCNCX 1 0 0 07 FFNCX WmMn 0 2 0 085 0 35 1 07 0 2 0 085 0 35 0 00228 0 06 0 不用添加 磷源 wp PCpCX 1 0 0 3 FFpCX 0 2 0 028 0 35 1 3 0 2 0 028 0 35 0 000588Kg 0 6g 三 二级种子罐分过滤器计算 选超细玻璃纤维过滤器 工作温度 30 df 14 m K 0 252 通风半小时一次 一次 15min 通风比 2V V m 则通风量 V风 2 8 16 m3空气 min 0 27m3 s 28 培养周期按 2 5h 计算 过滤效果按 107罐倒一罐计算 求滤层厚度 N1 10 3 N2 10 6 L 23 8cm lg 1 2 K N N 252 0 10 10 lg 6 3 取 L 25cm 求压力降 P 空气在过滤器中速度 Vs 0 15m s 填充系数 8 m 1 45 C V 0 16 Re 52 Vd f 52 1 s V 18 0 1 15 0 P LC L f m d V 2 2 Vd f 52 f m d V 2 2 2 104 f m d VL 3225Pa 26 45 1 6 1014 08 0 16 0 10 6 1825 0 104 经过分过滤器后的空气压力为 gH 1000 9 8 4 4 104Pa 进入分过滤器的空气压力 gH P 40000 3225 43225Pa 表压 进入分过滤器的空气压力 进入主发酵罐的空气压力 因此进入分滤 器的压力应等于进入主发酵罐的压力即为 2 317 大气压 3 求分滤器的直径 分滤器中空气体积流量 V滤 V空气 0 27 0 0 TP TP 滤 滤 0 12 m3 s 20273 1001 1 317 2 30273 98070 5 d2 Vs V滤 d2 0 15 0 12 4 4 d 1m 四总过滤器工艺设计 选超细玻璃纤维过滤器 工作温度 30 29 公式 P LC lg L f m d V 2 2 1 2 N N K 其中 8 df 14 m 查表得 20 时 空气密度 1 205Kg m3 30 时 空气粘度 18 6 10 6 取过滤器中空气流速 Vs 0 15m s 查表得 Vs 0 15m s 时 0 252cm 1 K 1 求滤层厚度 发酵周期按一代种子周期 18 小时计算 济南地区污染较严重 空气中微生物多 取 8000 m3 N1 8000 54 60 18 4 67 108个 N2 10 3个 过滤层厚度 L 46 3 K N N lg 1 2 2 8 3 25 0 1067 4 10 lg 取 L 50cm 2 求压力损失 c 52 Re V 0 16 Vd f 52 1 s V 81 15 0 m 1 45 P LC L f m d V 2 2 Vd f 52 f m d V 2 2 2 104 f m d VL 6450Pa 26 45 1 6 1014 08 0 16 0 10 6 185 0104 3过滤器直径 30 进入过滤器中的空气压力为 P滤 2 317 1 01 105 6450 240467Pa 2 41 大气压 绝压 滤气中空气体积流量 V滤 V空气 0 9 0 27 0 0 TP TP 滤 滤 0 49 m3 s 20273 1001 1 317 2 30273 98070 5 d2 Vs V滤 d2 0 15 0 49 4 4 d 2m 对风机要求 风量 70 m3 min 风压 2 41 10339 24917mmH2O 3 13Kg cm2 选 IEP100 3 7 型离心压缩机 性能规范如下 输送介质空气 进口流量 100 m3 min 需用功率 380Kw 进口压力 Kg cm2绝 出口压力 Kg cm2绝 主轴转速 14096r min 外形尺寸 长 宽 高 1600 1750 1140 重量 3500Kg 电动机 型号 JK134 2 功率 440Kw 电压 6000V 重量 4300Kg 3 车间的布置安排 一 车间设置工艺流程如下 31 二 各设备尺寸如下 名称数量尺寸 型号 备注 发酵罐217 7 2 2包括裙座 计量罐51 28 0 68 二级种子罐14 1 8 10m3 一级种子罐11 28 0 68 500L 空气总过滤 器 13 2 内填充超细玻璃纤维 滤层 厚 500mm 空气分过滤 器 12 1滤层厚 250mm 空气压缩机1 1600 1750 114 0 380KW 空气贮存罐12 3 1 空气冷却器11 5 0 8 电机1JK134 2 32 三本车间设计根据以下原则 1 车间布置应符合生产工艺的要求 物料流向顺序进行加工处理 保证水平方向和垂直方向的连续性 不使物料有交叉和往复的运动 尽可能利用工艺位差 2 车间布置应符合生产操作的要求 考虑设备与设备 设备与建筑 物的安全距离 考虑为工人创造同时管理多台设备的条件 同类设 备集中放置 便于维修 设备布置不宜过挤或过松 3 车间布置应符合设备安装检修的要求 为设备安装检修及拆卸提 供必要的空间和面积 满足设备能顺利进出车间的要求 考虑设备 的检修和拆卸以及运送物料所需的起重运输设备 4 应符合厂房建筑的要求 笨重或震动很大的设备应置底层 剧烈 震动的设备其操作台合基础不得与建筑物的柱墙连在一起 5 应符合节约建设投资的要求 工艺管道集中布置 尽量采用一般 的土建结构 6 应符合安全卫生和防腐蚀的要求