味精工厂发酵车间设计资料

1、生物工程工厂设计课程设计报告目130000td味精工厂发酵车间设计系 别：专业班级：姓 名：学 号：指导教师：（课程设计时间：2012年6月4日2012年6月24 0）XXXXX学校摘要课程设讣是普通高校本科教育中非常重要的一个环节，同时也是理论知识与 实际应用相结合的重要环节。本设计为年产13万吨味精厂的生产车间设计，通 过双酶法谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取匸艺生产谷氨酸钠。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，

2、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。AbStraCtCOUrSe design is Very important IinkS to COmmOn COnege UndergradUate education , but also the COmbinatiOn Of theoretical knowledge and PraCtiCal application . The design is about Of the annual OUtPUt Of 130000 tons Of GOUrmet POWder Factory,s

3、 WOrkShOP design, through the two enzymes method Of fermentation and SUgar glutamic acid a SeCOnd-CIaSS electric POint extraction technology PrOdUCtiOn glutamic acid SodiUnL In this paper, it briefly introduced the nonosodiun glutamate fermentation PrOdUCtiOn PrOCeSS and the Inain equipment. In Orde

4、r to help US to UnderStand the fermentation PrOCeSS and the main equipment VentilatiOn Of relevant knowledge.The COntent Of design COnCkIde UnderStanding the monosodium glutamate PrOdUCtiOn Inaterial pretreatment, fermentation, the InethOdS Of extracting PrOduCtiOn and PrOdUCtiOn PrOCeSS TO SeIeCt S

5、Uitable fermentation PrOdUCtiOn PrOCeSS and COndUCt the material balance, heat balance CaICUlatiOnS and equipment ChOiCe according to actual COnditiOn.1课程设计目的12课程设计题目描述和要求22.1设计题目描述22. 2设计内容22. 3设计要求23 130000ta味精工厂发酵车间的物料衡算33. 1味精发酵法生产的总工艺流程33. 2工艺技术指标及基础数据43. 3谷氨酸发酵车间的物料衡算53.4 130000ta味精厂发酵车间的物料衡算结

6、果74味精发酵过程热量衡算84. 1液化工序热量衡算84. 1. 1液化加热蒸汽量84.1.2灭酶用蒸汽量94. 1.3液化冷却水用量94. 2糖化热量衡算94. 3连续灭菌和发酵工序热量衡算104.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量104. 3. 2培养液冷却用水量114. 3.3填充发酵罐空间所需的蒸汽量114. 3.4发酵过程产生的热量及冷却用水量115水平衡计算135.1糖化工序用水量135. 2连续灭菌工序用水量135. 3发酵工序用水136无菌压缩空气消耗量计算146. 1谷氨酸发酵无菌空气平衡示意图146.2发酵工艺指标及基础数据146. 3发酵过程无菌空气用量计算146. 4年产13

7、0000吨味精无菌空气衡算表：157设备设计与选型167. 1发酵耀设计167. 1. 1发酵罐选型与数量167.1.2发酵罐主要尺寸167.1.3冷却面积计算167.1.4搅拌器计算187.1.5搅拌轴功率的计算197.2设备结构的工艺计算 207.3设备材料的选择闾237.4发酵罐壁厚的计算237. 5接管设计247.6支座选择257. 7种子罐257. 7. 1种子罐容积和数量的确定257. 7.2主要尺寸的确定267. 7. 3冷却面积的计算277. 7.4设备材料的选择及设备工艺278工艺设计计算结果汇总及主要符号说明32附录一 130000ta味精厂发酵车间的物料衡算结果32附录二

8、热虽衡算33附录三 发酵过程无菌空气用虽34附录四设备参数349总结36参考文献361课程设计目的生物工程设备课程的课堂教学和课程设汁形成一个典型的综合性教学环节,课 程设讣是课堂课程教学的最后一个环节，这种教学安排对本课程的学习具有是十分重 要意义，主要表现在一下儿个方面：（1）本课程设计旨在让学生综合运用机械设计及其有关先修课程，如机械制图、 测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学等的理论和生产实际知识进行机械训 练，使理论和实际结合起来。针对设讣过程中所遇到的问题和困惑更深的巩固我们课 堂所学基本原理和理论，实现从点到面的广泛学习，再从面到点的总结归纳，使我们 能更好地掌握生产设备设

9、计的基本原则、基本程序和基本方法。（2）生工设备课程设计是以实际训练为主的课程，学生应在过程中收集设计数 据，在教师指导下完成一定的设备设计任务，以达到培养设计能力的LI的，学习和掌 握机械设计到的一般步骤和方法，培养设汁能力和解决实际问题的能力，也为毕业设 计乃至承担工业生产全程设计打下良好的基础。（3）要树立正确的设计思想和求是精神，本着严谨、负责、协调、创新的工作 作风，进行基本技能的训练，对准确地工程计算、制图、查阅资料（如手册、图册、 技术标准、规范等）、搜集数据以及进行经验估算等机械方面的基本技能得到一次综 合训练，提高技能水平，并能用简洁的文字、清晰的图表来表达设计意图，培养综合

10、 应用知识能力、全面思考问题和团队协作精神。2课程设计题目描述和要求2.1设计题目描述设计一个年产130000吨的味精发酵车间。已知条件为A釆用中糖发酵，等电点一离子交换提取的主产方法；B选用A3钢板，材料在设计温度下的许用应力, = HOMPa ;C钢板厚度负偏差G =0.8曲,腐蚀裕量取C? =2劝；D使用含淀粉86%的工业淀粉原料：试确定该发酵车间的各设备及其布置情况。2. 2设计内容根据所给的设计题Ll完成以下内容：(1) 设计方案确定；(2) 相关衡算；(3) 主要设备工艺计算；(4) 主要工艺流程设计；G)辅助(或周边)设备的计算或选择；(6)制图(包括带节点控制的工艺流程图和发酵

11、车间的设备平面布置图)、 编写设计说明书及其它。2. 3设计要求设计时间为两周。设计成果要求如下：1. 完成设计所需数据的收集与整理2. 完成发酵车间中各设备的各种计算3. 完成相关设施的设计计算4. 完成谷氨酸发酵流程图，完成车间设备布置平面图5. 完成设计说明书或计算书(手书或电子版打印均可)3 130000ta味精工厂发酵车间的物料衡算3.1味精发酵法生产的总工艺流程谷氨酸发酵采用淀粉原料，双酶法糖化，中初糖发酵流加高糖，等电点-离子 交换提取的工艺。其工艺流程示意图见图1。菌种原料斜面培养预处理空气压缩机I脱色浓缩结晶粗谷氨酸粗谷氨酸中和制味精离子交换处理粗谷氨酸溶液图1味精生产总工艺

12、流程图3. 2工艺技术指标及基础数据(1) 味精行业国家企业标准，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/a130000 （味精）生产方法中糖发酵,等电点-离子交换提取年生产天数d/a300产品日产量t/d433. 33产品质量纯度99%倒灌率%0.2发酵周期h48发酵初糖Kgm3150淀粉糖转化率%108流加高浓糖%500糖酸转化率%60隸酸谷氨酸含量%95谷氨酸提取率%95味精对谷氨酸产率%122(2) 主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为86陰 含水14%(3) 二级种子培养基(gL)水解糖50,糖蜜20,磷酸氢二钾1.0,硫酸镁0.6, 玉米浆510

13、,泡敌0.6,生物素0. 02mg,硫酸亚铁2mgL,硫酸镒2mgL°(4) 发酵初始培养基(gL)水解糖150,糖蜜4,硫酸镁0.6,氯化钾0.8, 磷酸0.2,生物素2ug,泡敌1.0,接种量为8%。3. 3谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产IOOOkg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VIVI=I(X)O ÷(220 ×60%×95%×99.8%×122%) = 6.55()式中220发酵培养基初糖浓度(kgm')60%糖酸转化率95%谷氨酸提取率99. 8%除去倒灌率0. 2%后的发酵

14、成功率122%味精对谷氨酸的精制产率(2) 发酵液配制需水解糖量Gl以纯糖算，GI=Vl × 220 =1441 ()(3) 二级种液量V2V2 = 8%½ =0.524 (n3)(4) 二级种子培养液所需水解糖量G2G2 =5OV2 =26.2()式中50二级种液含糖量(kgm')(5) 生产IOOOkg味精需水解糖总量G为:G = Gi+G2 =1467,2()(6) 耗用淀粉原料量理论上，Iookg淀粉转化生成葡萄糖量为Illkg,故理论上耗用的淀粉量G it粉为:G淀粉=1467 .2÷(80%×108%×lll %)= 152

15、9,9(kg)式中80%淀粉原料含纯淀粉量108%淀粉糖转化率(7)液氨耗用量发酵过程中用液氨调PH和补充氮源，耗用260"280kg:此外，提取过程耗 用160"170kg,合计每吨味精消耗420"450kg(8) 甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量也V =20V2 =10.48()发酵培养基耗糖蜜量Vj1/ =4V1 =26.2()合计耗糖蜜36. 68kg(9) 氯化钾耗量GKlGm=O.8V1=5.24()(10) 磷酸氢二钾(K,HPOJ耗量G3G3 = IVI =0.524 (Rg)(11) 硫酸镁(MgSOI 7H20)用量&G4=0.6(V1

16、+V2)=4.24()(12) 消泡剂(泡敌)耗用量GG5 = 1.0V1 + 0.6V2 = 6.8644 (kg)(13) 玉米浆耗用量(8gL)G6=8V2=4.19()(14) 生物素耗用量G7 =0.002 V1 +0.02岭=0.0236(g)(15) 硫酸镭耗用量G8 =0.002 V2 =1.048()(16) 硫酸亚铁耗用量Q= 0.002 匕=1.048(g)(17) 磷酸耗用量GIo=O.2V1= 1.31 伙 g)(18) 谷氨酸(鉄酸)量发酵液谷氨酸含量为:Gl × 60%(l-0.2%) = 862.9()实际生产的谷氨酸(提取率95%)为：862.9 &

17、#215;95% = 819.8()3. 4. 130000ta味精厂发酵车间的物料衡算结果表2年产130000吨味精物料横算表物料名称生产It味精(100%)的物料量130000ta 味精生产的物料量每日物料量发酵液/m36. 55851. SxlO32838. 33二级种液/m30. 52468.12x103227. 07发酵水解用糖kg1441187.33×1O6624.433 × IO3二级种培养用糖kg26.23.406×10611.353×10水解糖总量kg1467. 2190.736×l O6635.787 ×103淀粉

18、kg1423. 13198.887×106662.957×103液氨kg42054.6 × IO6182×103糖蜜kg36. 694.768 × IO615.895x103氯化钾kg5. 24681.2×1032.27 × IO3磷酸氢二钾kg0. 52468.12x103227. 07硫酸镁kg4. 24551.2x103L837×103泡敌kg6. 86892.372×1032.97×10玉米浆kg4. 19544.7 × IO31815.7生物素kg0. 0236306810.

19、 23硫酸镭/g1.048136.24 × IO3454. 13硫酸亚铁/g1.048136.24 × IO3454.13磷酸/g1. 31170.3 × IO3567.7谷氨酸kg849. 8106.574×106355.25x10'4味精发酵过程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:Qi+Qc+Qs=Qi+Qs+Qe式中，Ql带入的热量（J）Q：一一蒸汽热量（J）Q3一一各种热效应，如发酵热，稀释热，溶解热等（J）QI物料带走热量（J）Q3一一消耗于设备上热量（J）Qe一一设备向外界散失热量（J）4. 1液化工序热

20、量衡算液化工序流程图如图2所示：1调浆罐2一喷射器3一维持罐4一一板式换热器5一一糖化罐图2液化工序流程图4.1.1液化加热蒸汽量加热蒸汽消耗量（D）,可按下式计算：D= G×C×（r2-rl）÷（/-A）式中G淀粉浆量（kgh）C-淀粉浆比热容（kJ/ （kg K）tl浆料初温（20+273二293K）t2液化温度（90+273二363K）I-加热蒸汽焙,2738kJkg （0. 3Mpa,表压）入一加热蒸汽凝结水的焙，在363K时为377kJkg（1）淀粉浆量G：根据物料衡算，日投工业淀粉616. 67t；连续液化，616. 67/24=25. 7 （th）o

21、 加水为 1： 2.5,粉浆量为:25700×3. 5=89950 （th）(2)粉浆干物质浓度:25700x86%89950=24.6%(3) 粉浆比热G可按下式计算:C = C0-100IOO-X100= 1.55× 24.6% + 4.18× 75.4% = 3.53O(kg K)式中CO-淀粉质比热容，取1. 55kJ (kg K)X粉浆干物质含量，24. 6%C木-水的比热容，4. 18kJ (kg K)(4)蒸汽用量= 941489950x3.53x(90-20)2738-3774. 1.2灭酶用蒸汽量灭酶时将液化液由90C加热至100oC,在IOOO

22、C时的为419kJkgo=136923灯/力_ 89950x3.53x(100-90)2738-419要求在20min内使液化液山90°Cfl-至10(C,则蒸汽高峰量为:1369. 23×60÷20=4107. 69 (kgh)以上两项合计,平均量 9414+1369.23=10783.23 (kg/h)；每日用量 10783. 23×24=258.8 (td)o高峰量:9414+4107. 69=13521.69 (kg/h)4.1.3液化冷却水用量使用板式换热器，将物料III IOOOC降至65°C,使用二次水，冷却水进口温度20

23、6;C,岀口温度58.7oC,需要冷却水量：VV =(89950 +10783 .23)×3.53 ×(1-65)(58.7-20)x4.18= 76935 .76kgh ,即 1846. 5tdo4. 2糖化热量衡算由物料衡算只日需水解糖635.787 XlO咲g,折算为24%的糖液为2649td,2649÷1. 09=2430. 3m3,糖化操作周期30h,其中糖化时间25h,糖化罐500m3, 装料400m3,则需糖化罐：兰2丄22 = 7.6台，取8台。40024使用板式换热器，使糖化液(经灭酶后)由85°C降至60°C,用二次水冷却，

24、冷 却水进口温度20oC,出口温度45°C,平均用水量为：(89950 +10783 .23)×3.53×(85 - 60) Crs ,=850o9 KQ/h(45-20)x4.18要求在2h把400?糖液冷却至40°C, ,峰用水量为:85069400000x1.09Zr×= 1841 OOkg / h 100733.23C225每日糖化罐同时运转：7.6×-= 6.33 （罐） 30每投（放）料罐次：兰兰=6 （罐次）400每日冷却水用量：2x184.1x6.33 = 2331/4. 3连续灭菌和发酵工序热量衡算4.3.1培养液连

25、续灭菌用蒸汽量发酵罐IOOOm3装料系数0. 8,每罐产100%MSG量:1000X0. 8×8%×86%×95%×1. 22=63. 8 (t)年产量13万吨商品味精，日产100%MSG433. 33td发酵操作时间48h （其中发酵时间38h）,需发酵罐台数:433 33 48 土二X竺= 13.58 （台），取 14 台。63.824每日投（放）料罐次：= 6.863.8o日运转：13.58×-= 10.75 罐48每罐初始体积800m3,糖浓度22gdb灭菌前培养基含糖19%,其数量:8×=9263r19%灭菌加热过程中用0.

26、 4Mpa蒸汽（表压）I二2743kJkg,使用板式换热器将物料山20C预热至750 再加热至120OCo冷却水由20°C升至45°Co流程图如下所示,1板式换热器（冷却段）2板式换热器（预热段）3连消塔4维持罐图3应用板式换热器灭菌流程每罐灭菌时间3h,输料流量罟呵诙 消毒灭菌用蒸汽量（D）：308800×3.7×(120-75)2743-120×4.18= 22939 = 23r式中，3. 7为糖液的比热容（kJ/ （kgoK）每日用蒸汽量:23×3×3=207 (td)高峰量： 23th平均量：207÷24=

27、8. 625 (th)4. 3. 2培养液冷却用水量参照图3, 120°C热料通过与生料热交换，降至80oC,再用水冷却至35°C。冷却水由20°C升45C,计算冷却水量（W）：308800 ×3.97×(80-35)(45-20)x4.18= 645229 = 645r/全天用水量：645x3x3 = 58054. 3. 3填充发酵罐空间所需的蒸汽量因IOOOnl3发酵罐的全容积大于IOOOm3,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IOOOm3计算。填充空间需蒸汽量：D 孑VP 二200X 1.622二324. 4 （kg

28、）式中V发酵罐自由空间即全容积（m'）P 加热蒸汽的密度（kgm3）, 0. 2Mpa表压时为1. 6224. 3. 4发酵过程产生的热量及冷却用水量发酵过程热量计算有以下儿种方法：（1）通过计算生化反应热来讣算总发酵热Q©Q沪生物合成热+搅拌热一汽化热（2）通过燃烧热计算Q总=工Q反呎捞燃烧+ L Q产詢燃烧（3）通过冷却水带走的热量计算_ 4.18×冷却水流量X(L-f进)&=发酵液总体积'(4) 通过发酵液的温度升高进行讣算关闭冷却水，观察罐内发酵液温度升高，用下式计算Q = 'I%。；+GQ)上丿伽3./?)式中，G发酵液重量(kg)

29、C发酵液比热容kJ(kg-K)tIh内发酵液升高温度数(K)GI设备筒体重(kg)CI设备筒体比热容kJ(kgK)V发酵液体积m3根据部分味精工厂的实例和经验数，谷氨酸的发酵热高峰值约为3.Q×1Q4 kJ/(m3h)用IOOOm3发酵罐，装料量SOOm3,使用新鲜水，冷却水进口温度10°C,出口温度 20oC,冷却水用量(W)：3.0×104× 800SVV = 5.74× 10 kg!h = 574Z(20-10)×4.18日运转10. 75台，高峰用水量574×10.75 = 6170.5r/?日用水量：6170.5&

30、#215;0.8×24 = 118473.6r/d平均用水量：6170.5x0.8 = 4936.40. 8各罐发热状况均衡系数5水平衡计算5. 1糖化工序用水量 配料用水量：日投工业淀粉662.957t,加水比1:2.5,用水量为:662.957x2.5 = 1657.4/1/,因连续生产，平均水量二高峰水量=1657. 4÷24=69th液化液冷却用水量：平均量二高峰量=77th, 1848td 糖液冷却用水量(使用二次水)：每日用冷却水量2331td,平均量2331÷24=97th,高峰量 184. lt/h5. 2连续灭工序用水量(1)配料用水量：糖液含糖

31、24%,加水配成19%糖液926. 3t,则每罐需加水926.3×fl- = 193,24%)每日投料按7罐计算,需水量7x193 = 135"/平均量：1351÷24=56. 3 (th),要求在O. 5h内加入193t水，故高峰量:193x-= 386r/?0.5(2)冷却用水量(使用二次水)：前面以计算出,高峰量645th,每日805td, 平均 5805 ÷ 24=242t/h5. 3发酵工序用水前面已计算，日用量118473. 6td,平均量4936. 4td6无菌压缩空气消耗量计算6.1谷氨酸发酵无空气平衡示意图图4谷氨酸发酵无菌空气示意图6

32、. 2发酵工艺指标及基础数据根据前面130000ta味精厂发酵工艺技术指标及物料平衡讣算结果，列出与空气消耗有关的基本数据：每日发酵液量为2838. 33m3每日的二级种液量为227 07m3发酵时间：38h发酵周期:48h发酵罐全容积：IOOOin3发酵罐装料系数：80%6. 3发酵过程无空气用量计算发酵车间无菌空气消耗量主要用于谷氨酸发酵过程通风供氧，其次为种子培 养的通气以及培养基压料输送也需要压缩空气。此外，因设备和管路、管件等的 消毒吹干以及其他损耗构成无菌空气的耗用量。(1) 单罐无菌空气耗用量查得IOOOm3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0. 20vvn, 单罐发酵过程用气量：

33、V = IOOOX 80% X 0.2 X 60 = 9600 F Ih 单罐年用气量：½7=V×32×15O =54720000式中，150每年单罐发酵批次(150 = 3×24÷48)(2) 种子培养等其他无菌空气耗量二级种培养是在种子罐中进行的，可根据接种量、通气速率、培养时间等 进行计算。但通常的设汁习惯，是把种子培养用气。培养基压送及管路损失等算 作一次，一般取这些无菌空气消耗量之和约等于发酵过程空气耗量的20%。故这 项无菌空气耗量为：V = V×20% = 1920z7单罐年用气量:½7x = Vr×

34、8× 150 =1920×8×150 = 2764800 m' /a式中，8种子罐培养时间(3) 高峰无菌空气耗量：VZmaX = 14V÷7r = 14 x 9600 + 7x1920 = 147840 "Ih(4) 车间无菌空气年耗量：匕=14匕+7* = 14 X 54270000 ÷7× 2764800 = 7.9x10Sr/“(5) 车间无菌空气单耗：根据设讣，实际味精年产量G=130000ta 故其单耗为VO=比=6077h3 /16. 4年产130000吨味精无菌空气衡算表：根据上述计算结果，可得出13

35、0000ta味精厂无菌空气用量衡算表，如下表所示:表3发酵车间无菌空气衡算表发酵罐全容积(m3)单罐通气量(m3h)种子罐耗气量(m3h)100096001920高峰空气耗量(m3h)年空气耗量(m3h)空气单耗(m3h)1478407.9x10'60777设备设计与选型7.1发酵罐设计7.1.1发酵罐选型与数量选用机械涡轮搅拌通风发酵罐，现每天生产100%纯度的味精63. 8t,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），山前 面已计算得出所需发酵罐数14个。7.1.2发酵罐主要尺寸取高径比H： D=2： I（Sl匕、=VH + 2 匕寸=230m3；

36、则有:= 0.785×2Z>÷-×2 = 1000解方程得:1.57ZT+026ZT = 1000H=2D=16. 4m；封头容积:V H=72 (m3)圆柱部分容积:V 尚二866m验算全容积V； = V,1 + 2V1,. =866 + 2 ×72 = IOlOrn 3 1000/n符合设计要求，可行。取=80%,实际装液量为：IoooX 80% = 800F7.1.3冷却面积计算5影响发酵罐冷却面积的因素很多，诸如：不同的菌种系统、基质浓度、材质、 冷却水温、水质、冷却水流速等。确定发酵罐冷却面积的方法有经验值计算法和 传热公式计算法：(I)

37、经验值讣算法：不同容量发酵罐的冷却面积如下：发酵产品装料体积l3冷却面积?冷却面积mr7发酵液体积InJ巾酵母50400.8谷氨酸40601. 5柠檬酸4016-200. 4-0. 5谷氨酸发酵罐冷却面积取1. 5m7m3:山上知填充系数=80%,则每个IOOOm3的发酵罐换热面积：A = V. = IOOO ×0.8×1.5 = 1200Irr(2) 传热公式计算法：为了保证发酵在最旺盛、微生物消耗基质最多以及环境 温度最高时也能冷却下来发酵热，必须按发酵生成热量高峰、一年中最热的那半 个月的气温下，而冷却水可能达到的最高温度的恶劣条件下，计算冷却面积。对谷氨酸发酵，每I

38、n?发酵液、每Ih传给冷却器的最大热量约为4. 18× 6000kJ (m3 h) ：1。采用竖式蛇管换热器，取经验值K二4. 18X500 kj(m3h°C)叭平均温差At11:t = AtI At232° 32oC20°k27oC125代入t12-5 S对公称容量IOOO ?的发酵罐，每罐实际装液量为800,换热面积= 12(w2)Q _ 4.18× 6000 ×800K tm4.18×500×87.1.4搅拌器计算山于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡 轮搅拌器。该搅拌器的各部分尺

39、寸与罐径D有一定比例关系搅拌器叶径DI-D- 8,2 - 2.73(?)133叶宽：B = 0.2Di = 0.2 × 2.73 = 0.546 ()弧长：/ = 0.375 Dl = 0.375 X 2.73 = 1()底距：C-D-S2 - 2.73(n)盘踞：U1 = 0.75 Dr= 0.75 × 2.73 = 2.O5(m)叶弦长：L = 0.25 D1- = 0.25 X 2.73 = 0.68(/H)叶距：Y = Z) = 8.2(加)弯叶板厚： =14 (mm)取两扌当搅拌,搅拌转速N：可根据50?罐，搅拌直径1.05b转速Ni=IIOrmio 以等P。/V

40、为基准匕：放大求得：高径比2： 1半径82m换热面积1200m2TV2=TV= 110×1.0573= 58(rmin)式中Po不通风时搅拌轴功率(kW),£2 =13662=18659567.1.5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Ren：3：60P醪液密度，P =1050 kgm3醪液粘度,=1.3×10'3N sm2式中D搅拌器直径，D二273mCQN搅拌器转速，N = - = 0.97(s)将数代入上式:视为湍流，则搅拌功率准数XpM. 7 计算不通气时的搅拌轴功率Po:PO=NPN3 D5 P式中NP在湍流搅拌状态时

41、其值为常数4. 7N搅拌转速，N=58rInin=O- 97rs D搅拌器直径，D二2. 73mP一一醪液密度，P =1050kgm3代入上式:R； = 4.7 ×0.973× 2.735 × 1050 = 683 × IO3VV = 683RW两挡搅拌:4 = 2死=1366 RW 计算通风时的轴功率PgPR =2.25 ×10"3 XPjND'UVV)N轴转速，N=58rIninD搅拌器直径(cm), D 733×106=20. 35× IO6Q通风量(mlmin),设通风比Wm=O. 11、0. 18

42、,取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0. 11：则 Q=800×0. ll×106=8. 8×107 (mlmin)Qoo8 =(2.73 XlOv(Wi =4代入上式：ns-31865956×58×20.35×106 Xy) “/皿八P =2.25×10 X =1262(kW)I°丿 求电机功率P电：PR =一 ×1.01Zw73采用三角带传动IlLo92；滚动轴承IlPO99,滑动轴承rs=O. 98；端面密封增加功率为1%叫 代入公式数值得:0.92×0.99x(×LO

43、I = I428(W)7. 2设备结构的工艺计算空气分布器：对通风量较小（Q二0.020.5mLs）的设备，应加环型或直管 型空气分布器；而对通气量大的发酵罐，则使用单管通风，山于进风速度高，乂 有涡轮板阻挡，叶轮打碎、洛氧是没有问题的。本罐采用单管进风，风管直径"325×Smmc 挡板：挡板的作用是加强搅拌速度，促进液体上下翻动和控制流型，防止 产生涡旋而降低混合与溶氧效果。如罐内有相当于挡板作用的竖式冷却蛇管，扶 梯等也可不设挡板。为减少泡潔，可将挡板上沿略低于正常液面，利用搅拌在液 面上形成的涡旋消泡。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

44、密封方式，处理轴与罐的动静问题。 冷却管布置：小罐多使用夹套冷却装置，大罐冷却中，蛇管因易沉积污垢 且不易清洗而不采用；列管式冷却装置虽然冷却效果好，但耗水量过多；因此本 罐采用竖式蛇管冷却装置:门为了保证发酵罐的冷却，单是讣算出冷却面积是不够的，还要有足够的管道截面积，以供足够的冷却水通过。管道截面太大，管径太粗不易弯制，冷却水没有充分利用；太细则冷却水流经管路一半不到，水温已与料温相等。1最高负荷下的耗水量恥W = 严C P (f2 -G)式中 Q总一每Im'醪液在发酵最旺盛时，Ih的发热量与醪液总体积的乘积QiI=4.18× 6000 ×800 =2×

45、;1O7(V)CP冷却水的比热容，4. 18kJ (kgK)t2冷却水终温，t2=27Ct1一一冷却水初温，t1=20C将各值代入上式W=6.8x105()=189(5)4.18×(27 - 20)v 7冷却水体积流量为0. 189m7s,取冷却水在竖直蛇管中的流速为lms,根据 流体力学方程式，冷却管总截面积Sg为：S总=历式中W冷却水体积流量，W=0. 189m7sV冷却水流速，V=Iin/s代入上式：进水总管直径:0.189= 0.189(m2)0.1890.7850.785=0.5 (m)II冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为SS管径d”组数为m则:取n二16,求管径。由上

46、式得:()=0.785I1 0.189V 16 × 0.785= 0.123(加)查金属材料表选取 133 × 4无缝管叭d内=125"，g=12. 72kgm,内o ,认为可满足要求，平均=129mm。现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为300,则两直管距离为60Omm,两端弯 管总长度为o = 34 X 600 = 1884 (Inm)IH冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积F = 12002现取无缝钢管133× 4,每米长冷却面积为=3.14×0.129 ×1 = 0.4(m2)贝J:L = = 3000 (”?)%0.4冷却管占有

47、体积：V =0.785 ×0.1332 ×30 =41.660?F)IV每组管长L。和管组高度：Zl)=Z = I 87.5(,«)H 16列需连接管8m：Q =厶 + 8 = 187.5 + 8 = 195 .5(W)可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头50OmnlO设发酵罐内附件占有体积为2. Om3,贝9：总占有体积为Vd =Vjf+V-i.+½r.t. = 800+41.66+2.0=843.66(m3)则筒体部分液深为：UL=843.66-72 十62伽)S 0.785×8.227竖式蛇管总高H . =14.62 +1

48、.0 = 15.62 (m)；取管间距为0.5m。乂两端弯管总长/(= 1884/WH ,两端弯管总高为1. 384m,则一圈管长为：I = 2H +0=2×15.62 + 1.884 = 33.124 (IrI)V每组管子圈数WH = = JlLl = 5.66 (圈)；取 6 圈。I 33.124L» = 33.124 ×6×16 + (8×16) = 3308m现取管间距为2.5D外=2.5x0.133 =0.3325(?)，竖蛇管与罐壁的最小距离为0. Iom,则最内层竖蛇管与罐壁的最小距离：0.3325×5+0.15+0.0

49、65 = 1.8775 与搅拌器的距离：8.2-2.73-1.8775 = 3.6w,在允许范围内(不小于20OnInI)OVI.校核布置后冷却管的实际传热面积： =如V均 =3.14×0.129×33O8=134O>12O(w2)而前有F=1200m3, F. > F ,可满足要求。7. 3设备材料的选择谷氨酸发酵时用碳钢制作发酵设备，精制时用除铁树脂除去铁离子。如企业实力雄厚，也可以用不锈钢制作发酵设备。选用腺钢制作，以降低设备费用。7. 4发酵離壁厚的计算计算法确定发酵罐的壁厚SS=2P + c (Cm)式中P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P二

50、0.4MPdD发酵罐内经，D=820cm(O ) A3钢的应用应力，(O ) =127MPa焊接缝隙，=0. 7C壁厚附加量(Cin)C = Cl + Cl +式中CI钢板负偏差，现取C1=O. SmmC2为腐蚀余量，现取CHmmC3加工减薄量，现取Cs=OC = 0.8 + 2 + 0 = 2.8(/WH) = 0.28 (tv?)0,4x8202×127×0.7-0.4+ 0.28 = 2.13(CM)选用22mn?：厚腺钢板制作。封头壁厚讣算：标准椭圆封头的厚度计算公式加如下：S =C (Cm)2p - P式中 P=O. IMPaD=820cm(O ) =127MPa

51、C=O. 08+0. 2+0. 1=0. 38 (Cm)=0. 70.4×820 n c S =+ 0.38 = 2.23(Cm)2×127×0.7-0.4选用25mn?：厚As钢板制作。7. 5接管设计 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Ioo'20Ommo 接管直径的确定：按排料管(也是通风管)计算：该罐实装醪量SOOm3,设4h之内排空，则物 料体积流量Q = = 0.056(/?r' / s)3600×4V >发酵醪流速取V=Im/s;则排料管截面积为F机你=纟=气件DOS如2)坷=0.785/

52、管径:I y =II 0.785S=O-267W取无缝管325×8, 309) 267mm,认为合适。按通风管计算，压缩空气在0.4MPa下，支管气速为2(25ms°现通风比0. . 18VVn1,为常温下20oC, 0. IMPa下的情况,要折算0. 4MP&、30°C状态。 风量 QI取大值,Qi =800 x 0.18 = 144防/nin )= 2.4(m3/s)。利用气态方程式计算工作状态下的风量Q严Qf =2.4×0.1273 + 30X0.4 273+20= 0.62(nrs)取风速v=25ms,则风管截面积F三为Fz4=o-()F

53、f = 0.785盃C则气管直径d气为:因通风管也是排料管，故取两者的大值。取 325 ×8mm无缝管，可满足工 艺要求。排料时间复核：物料流量Q=O. 056m7s,流速V=Ini/s；管道截面积：F = 0.785 × 0.3092 = 0.075 (n2),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 p _ Q _ 0.056 _ 0 747（倍）FV 0.075x1排料时间：r = 2x0.747 =1.494(/7)7. 6支座选择对于IoOm3以上的发酵罐，由于设备总质量较大，应选用裙式支座。本设计选用裙式支座。7. 7种子罐发酵所需的种子从

54、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。7. 7. 1种子罐容积和数量的确定种子罐容积的确定：接种量为8%计算，则种子罐容积V肌为：vl,2 = Vtl ×8% = IoOO ×8% = 8（m3）式中 V发酵罐总容积（m'）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7罐，需 种子罐7个。种子罐培养8h,辅助操作时间810h,生产周期1618h, 一般的 厂是1个种子罐对一个发酵罐，因此，种子罐数确定为7个。7. 7. 2主要尺寸的确定种子罐仍采用儿何

55、相似的机械搅拌通风发酵罐。取H： D二2： 1,则种子罐总容积量V'©为：U总=唏+2%简化方程如下：V； =2×-D3+ 0.785, ×2D = 8(zt3)整理后1.57D3÷0.26Z)3=80解方程得D-3. 52m则H=2D=2×3. 52=7. 04 (m)查得封头高H=H 封=850 + 50 = 900 伽?)罐体总咼H' «：Hb =2H,lt +7,. =2 x 900 + 7000 = 8800(M)二8. Sm单个封头容量：V'沪5. 71 (m3)圆筒容量：Vn = 0.785 D2 × 2D = 68.5(m3)不计上封头容积：Vf=V +V筒=5.71 + 68.5 = 74.21(R)校核种子罐总容积V'总：V, = 2V1' +V； =2× 5.71+68.5 = 79 .92(w3)儿乎与需要的种子罐容积8O相等，可满足设计要求。7. 7. 3冷却面积的计算采用夹套冷却(1) 发酵产生的总热量：QV=4.18×60 ×800&