味精发酵课程设计

1、 课程名称:生物工程设备课程设计 题目名称:100m³味精发酵学生学院：武汉纺织大学外经贸学院 专业班级:生物工程 学 号：0914151030 0914151008 0914151024 同组成员:陈卓 丁静 朱志敏 指导教师： 一、课程设计的内容 1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。2、进行工艺计算 3、主要设备工作部件尺寸的设计 4、绘制装配图 5、撰写课程设计说明书 二、 设计要求与数据1.设备结构及主要尺寸的确定（D、H、HL、V、VL、Di等）；2.通风量的计算；3.搅拌功率计算与电机的选择；4.传热面积及冷却水用量的计算。 三、发酵生产工艺

2、及流程（发酵菌株、生产条件、原料、工艺流程等）4.1味精生产工艺4.1.1 发酵菌株3现有谷氨酸生产菌分属于棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属。目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。目前国内各味精厂所使用的谷氨酸生产菌主要有（1）纯齿棒状杆菌AS1.542及其诱变株B9、B9-17-36、F-263等菌株；（2）天津短杆菌T613、及其诱变株FM-415、CMTC6282、S9114等菌株；（3）北京棒杆菌AS1.229及其诱变株D110等菌株。4.1.2 生产原料谷氨酸生产时发酵原料的选择原则4：首先考虑菌体生长繁殖的营养；

3、考虑到有利于谷氨酸的大量积累；还要考虑原料丰富，价格便宜；发酵周期短，产品易提取等因素。目前谷氨酸生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，以生物素为生长因子。国内大多数厂家用淀粉为发酵原料，主要有玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最为常用。少数厂家用糖蜜为发酵原料，主要有甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。4.1.3 培养基制备5斜面培养基：葡萄糖0.1%、牛肉膏0.5%、蛋白胨1.0%、氯化钠0.5%、琼脂2.0%、PH7.07.2。 一级种子培养基：葡萄糖2.5%、尿素0.6%、KH2PO4 0.1%、MgSO47H2O 0.04%、玉米.33.0ml、pH7.0。二级种子培养基：水解糖1214%、尿

4、素0.50.8%、玉米浆0.50.6ml、KH2PO4 0.10.2%、MgSO47H2O 0.04%、pH7.0。发酵培养基：水解糖1214、尿素0.50.8%、玉米浆0.6ml、MgSO47H2O 0.06%、KCl 0.05%、Na2HPO4 0.17%、pH7.0。4.1.4 味精发酵生产影响条件（1）氧，谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。（2）温度，菌种生长的最适温度为3032。当菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到3437。（3

5、）pH，谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.08.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。（4）磷酸盐，它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。发酵结束后，常用离子交换树脂法等进行提取。（5）生物素，当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。4.1.5 味精生产工艺概述6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；

6、(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、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。味精发酵法生产的总工艺流程5、发酵罐主要设计条件（发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果）5、罐体几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算5.1发酵罐主要设计条件及主要技术指标根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：结构严密

7、，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；有良好的气-液-固接触和混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能；在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；有良好的热量交换性能，以维持生物反应最是温度；有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。5.2罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸、生产能力的设计计算5.2.2.1发酵罐容积的确定： 初步选用公称容积为100m3的发酵罐。 公称体积 V罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全 体 积V0公称体积和上封头体积之和。 封头体积近似公式：假设，根据设计条件发酵罐的公称体积艺根据工参数和高径

8、比确定各部几何尺寸，高径比H/D=2.5，则H=2.5D罐体直径=3885.238675mm故，罐体总高度为H=2.5x3885.238675=9716.096686mm取整H=9800mm D=3900mm圆筒高H0=2D=2x3900=7800mm封头高h1=0.25D=0.25x3900=975mm封头质边hb取50mm故，发酵罐的容积;（取椭圆形封头） =0.785x3900x3900x7800+（3.14x3900x3900x3900/24+（3.14x3900x3900/4）x0.02)x2 =93.13083+16.71579 =109.84662m3此时，H0/D=7800/3

9、900=2，与前面的假设接近故可认为D=3900mm最合适。搅拌叶的直径取Di=1200mm，其中Di/D=1200/3900=0.3符合（Di/D在0.3-0.5间）搅拌叶间距S=2Di=2x1200=2400mm搅拌叶至封头高度C=Di=1200mm 100发酵罐的几何尺寸项目及代号参数及结果备注公称体积100设计条件全体积110计算罐体直径3900计算发酵罐总高9800计算发酵罐筒体高度7800计算搅拌叶直径1200计算椭圆封头短半轴长1200计算椭圆封头直边高度50计算底搅拌叶至封头高度2400计算搅拌叶间距2400计算5.2.3 罐体主要部件尺寸的设计计算5.2.3.1 罐体考虑压力

10、，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式。因糖化酶是偏酸性（pH值为4.5），对罐体不会有太大腐蚀，所以罐体和封头都使用16MnR钢为材料，封头设计为标准椭圆封头，因D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。5.2.3.2 罐体壁厚8.7，取9mmD罐体直径（mm）p耐受压强 (取0.4MPa) 焊缝系数，双面焊取0.8 设计温度下的许用应力（kgf/c）（16MnR钢焊接压力容器许用应力为150，170MPa）C 腐蚀裕度，当 C<10mm时，C3mm5.2.3.2 罐体壁厚8.7mm，取9mmD罐体直径（mm）p耐受压强 (取0.4MPa)

11、焊缝系数，双面焊取0.8 设计温度下的许用应力（kgf/c）（16MnR钢焊接压力容器许用应力为150，170MPa）C 腐蚀裕度，当 C<10mm时，C3mm5.2.3.4 搅拌器8 采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅拌器层数，根据d确定h和b的值尺寸：六平叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大；查阅文献9可知100发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶叶径d=1200mm，则可以计算出盘径di=0.65d=0.65x1200780mm，叶高h=0.3d=360mm 叶长b=0.25d=300mm5.2.3. 5 仪表接口温度计：装配式热电阻温度传感

12、器Pt100型，开在罐身上；压力表：弹簧管压力表（径向型），精度2.5，型号：，开在封头上；液位计：采用标准： 型号： ，开在罐身上；溶氧探头：；pH探头：型；5.2.3.6挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。5.2.3.7 人孔和视镜10人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了1个人孔，标准号为： 人孔RF（R·G）450-0.6 HG21522-1995，公称直径450，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴750mm处视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2视镜，直径为DN80，开在顶封头上，位于前后轴线离中心轴750mm处，标记为视

13、镜 PN1.0 DN80 HGJ501-86-175.2.3.8管道接口 （采用法兰接口）进料口：直径，开在封头上，排料口：，开在罐底；进气口：，开在封头上；排气口：，开在封头上；冷却水进、出口：，开在罐身；补料口：，开在封头上；取样口：，开在封头上；5.2.3.9 其他接管设计5.2.3.9.1 接管的长度h设计各接管的长度h根据直径大小和有无保温层，一般取100200mm。5.2.3.9.3 气管直径的确定按通风管计算，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。利用气

14、态方程式计算工作状态下的风量Qf取风速v=20m/s，则风管截面积Ff为则气管直径d气为：取45×4.5mm无缝管，45mm36mm,可满足工艺要求。5.2.3.9.4 排料时间复核物料流量Q=0.0068m3/s，流速v=1m/s；管道截面积：在相同的流速下，流过物料因管径较原来计算结果大，则相应流速比为排料时间：6、冷却装置设计6.1 冷却方式发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用蛇管冷却，综合比较列管的冷却效果好，在使用水作冷却介质时，选用列管。6.3冷却水耗量由实际情况选用进出口水温为 、，则Q单位时间传热量Cp冷却水的平均比热，取4.186 kJ/ (k

15、g · ) t2-t1冷却水进出口温度差 对数平均温度差 ，由工艺条件知道=， t1冷却水进口温度t2冷却水出口温度 发酵温度 设计心得 搅拌通风发酵罐的设计需要综合各种参数，是有计划、有目的，由所需设计的发酵罐的体积，一步一步计算而来。需要根据要求设计的年产量及罐的容积填充系数，发酵周期计算所需罐数。我们通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点，进行工艺计算、主要设备工作部件（如罐体、罐体壁厚、封头壁厚计算、搅拌器、仪表接口、人孔和视镜、管道接口等）尺寸的设计。为了我们的设计能满足工艺要求，我们都经过多次反复计算及资料核查。尽管如此，由于本人知识有限，实践经验尚缺，时间限制，我想本设计中仍会不可避免地出一些问题，限于所学知识及实践能力的缺乏，或许我现在还无法觉察，愿意