产万吨味精发酵车间设计说明书

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-CH 2CH(NH 2>-COONa H20>，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

2、日本协和发酵公司用发酵法生 产以后，发酵法生产迅速发展，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

3、部分包括发酵罐、种子罐及空气分过滤器的设计与 选型；第三部分是工艺流程和平面布置图。因为我的水平有限，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

4、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 ：4 ： 0味精发酵法生产的总工艺流程见图10菌种原料空气斜面培养预处理空气压缩机摇瓶扩大培养水解冷却1 T种子罐扩大培养过滤气液分离4h1过滤除菌淀粉水解糖*发酵I等电点调节配料除铁1r过滤1f脱色1F浓缩结晶离心拌盐粉碎干燥：干燥小结晶大结晶粉状味精成品味精过滤离子交换处理粗谷氨酸母液图粗谷氨酸溶液、工艺流程图1.2原料预处理及淀粉水解糖制备原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，中和制味精以便提高原料的利用 率，同时去除

5、固体杂质，防止机器磨损。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 M 、玉 M 、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。因为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

6、大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，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。但因为糖液粘度较大，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

7、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，因而发酵进程表现出波动性，产酸率 不稳定。因为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。在北方地区因为空气湿度小、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

8、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 ： 01.5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402发酵罐及种子罐的设计与选型2.1味精工厂发酵车间

9、的物料衡算工艺技术指标及基础数据<1 ）查发酵工厂工艺设计概论P326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/a15000< 味精）生产方法中糖发酵，一次等电点提取年生产天数d/a300产品日产量t/a50产品质量纯度%99倒灌率%1.0发酵周期h48发酵初糖Kg/m 3150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

10、，磷酸氢 二钾1.0，硫酸镁 0.6，玉 M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%。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V1y =1000 斗（150 汽 48% 汉 80% 汉 99% "12%）-15.66 m3式中150 发酵培养基初糖浓度

11、 <kg/m 3）48% 糖酸转化率80% 谷氨酸提取率99% 除去倒灌率1%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，G 二乂 150 =2349（kg）<3）二级种液量V2V2 =2%y =0.313 m3<4 ）二级种子培养液所需水解糖量G2G2 =25V2 = 7.83 m3式中25 二级种液含糖量 <kg/m 3）<5）生产1000kg味精需水解糖总量 G为：G 9 G2 = 2356.8 kg<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：

12、G淀粉=2356.8 “ 80% 95% 111%=2793.7 kg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素量为 V3V3 =3射2 =1.1 kg发酵培养基耗尿素为 V4V4 =40V 626.4 kg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 V5V5 =20V2 =6.26 kg发酵培养基耗糖蜜量 V6V6 =4V, =62.64 kg 合计耗糖蜜69.9kg<9）氯化钾耗量GkciGkci =0.8/i12.53 kg<10）磷酸氢二钠 <Na2HPO4 7H2O）耗量 G3G3 =0.2

13、匕=3.13 kg<11）硫酸镁 <MgSO4 7H2O）用量 G4G4 =0.6V1 V2 =9.58 kg<12）消泡剂 <泡敌）耗用量 G5G5 P6V1 =9.4 kg<13）植物油耗用量G6G6 =1.51 =23.5 kg<14）谷氨酸 < 麸酸）量发酵液谷氨酸含量为：G148% 1-1% =1116.2 kg实际生产的谷氨酸 <提取率80%）为：1116.2 80% =893 kg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

14、算结果如表2物料名称生产 1t 味精15000t/a 味精生产每日物料量100% )的物料量的物料量发酵液m3)15.662.35 X 105783二级种液m3)0.313469515.65发酵水解用糖23493.52 X 1071.17 X 105<kg )二级种培养用糖7.831.18 X 105391.5<kg )水解糖总量kg )2356.83.53 X 10751.18 X 10淀粉(kg2793.74.19 X 1071.40 X 10°尿素 或液氨)627.59.41 X 1063.14 X 104糖蜜<kg )69.91.05 X 1063495氯化

15、钾kg )12.531.88 X 105626.5磷酸氢二钠kg )3.134.70 X 104156.5硫酸镁kg )9.581.44 X 105479泡敌kg9.41.40 X 105470植物油kg )23.53.53 X 1051175谷氨酸kg8931.34 X 107446502.2设备设计与选型发酵罐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99%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

16、精50t，每吨100%的味精需糖液 15.66m3V糖二 15.66 50 99%=775.17m3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)。V。二V糖/© = 77517 =1107.4 m30.7 发酵罐个数的确定：公称体积为200m3的发酵罐，总体积为230mVoTN10775.17 489.63 个V总©* 24230 0.7 24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：230 0.7 5 300 =15580.6 t/a15.66 99%富裕量15580.6 -150003.

17、9% 15000能满足产量要求<3）主要尺寸的计算：取高径比H : D=2 : 1V全 二 V筒 2V封二 230m3；则有:V全= 0.785D2 2D n D3 2 = 230 24H=2D ;解方程得：1.57D30.26D3 =230D =3 230 =5.004 m 1.83取 D=5mH=2D=10m ;封头高：H 封=ha hb = 1300 mm封头容积：V 封=16.4<m3 )圆柱部分容积：3V 筒=197m 3验算全容积V全:V全 二V筒 2V封 =197 2 16.4 = 229.8 m3符合设计要求，可行。<4 )冷却面积的计算对谷氨酸发酵，每1m3

18、发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为 4.18 x 6000kJ/(m 3 h>。采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18 x 500 kJ/(m 3 h T >8。平均温差 tm :代入 t 1 t 2 t m , t1In t232 °C 32 GCC °C C720 C 2 7 T125对公称容量 tm 二葺"CIn 5200 m 的发酵罐，母天装 5罐，母罐头际装液量为775.17 155m35换热面积L Q 4.186000 "55ccc“ 3 vF232.5 mK tm 4.18 500 8<5)搅拌器计算选用六弯叶涡轮搅

19、拌器。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D 5<、Di1.67 m33取 d=1.7<m )叶宽：B =0.2d 二 0.2 1.7 =0.34 m弧长:l =0.375d = 0.375 1.7 =0.64 m底距:D 5C1.7 m33盘踞：di =0.75Dj =0.75 1.7 =1.28 m叶弦长：L =0.25Dj =0.25 1.7 =0.43 m叶距：Y =D =5 m弯叶板厚：S =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为基准放大求得：，/'2/3N N

20、1 _!B丿一 c1.05 "|2/3. x一110 汇180(r/mi n)<1.7 丿<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RemRemD2N p式中 D 搅拌器直径，D=1.7mN搅拌器转速,P 醪液密度， 卩一一醪液粘度，1.33 r/s60p =1050 kg/m卩=1.3 x 10-3N s/m2将数代入上式:Re m1.72 1.33 1050-31.3 1064= 3.1 10 >10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Po:Po = NPN3D5p式中Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N

21、搅拌转速，N=80r/mi n=1.33r/sD 搅拌器直径，D=1.7m醪液密度，p =1050kg/m 3代入上式：'35Po -4.7 1.331.71050-88.2 1 03W =88.2kW两挡搅拌：P0 =2P0 =176.4kW 计算通风时的轴功率Pga' P02 ND3 x°39Pg =2.25"0九宀矿（kW）IQ.丿式中P0不通风时搅拌轴功率vkW ）P02 176.43.1 104N轴转速， N=80r/mi nD 搅拌器直径 <cm），D3=1.73X 106=4.9 X 106Q通风量 vml/min ），设通风比 VVm=

22、0.110.18，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取 0.11 ;则 Q=155 X 0.11 X 106=1.7 X 107<ml/min ）Q0.08 = 1.7 107 0.08 =3.79代入上式:f46 0.39Pg =2.25 10 "3.793.1"04 汇80 汇 4.9"06= 69.1 kWPgP电1.01123采用三角带传动n 1=0.92 ；滚动轴承n 2=0.99 ,滑动轴承n3=0.98 ;端面密封增加功率为1%；代入公式数值得：69.1 求电机功率 P电:P电1.01= 78.2 kW0.92 0.99 0.98<

23、;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© 133 x 4mm。 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I最高负荷下的耗水量 WW =CP t2 7式中 Q总一一每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积Q 总=4.18 6000 155 =3.89 106 kJ/hc p冷却水的比热容，4.18kJ/<kg K)t 2冷却水终温，t2=27 °Ct 1冷却水初温，t1=20 C将各值代入上式3.89 疋106W4.1827-20= 1.

24、33 105 kg/h =36.9 kg/s冷却水体积流量为3.69 x 10-2m3/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：Ws总=v式中 W冷却水体积流量，W=3.69 x 10-2m3/sV冷却水流速，v=1m/s代入上式:3.69 10 工12 2-3.69 10 m进水总管直径：3.69 10,0.7850.785=0.217 mn冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为n,则:取n=8,求管径。由上式得：S总，管径d0，组数为d°S总n 0.7853.69 10, :8 0.785=0.077 m查金属材料表选取 © 8

25、9 x 4mm无缝管9小内=81mm g=5.12kg/md内 ad°d平均=80mm。现取竖蛇管圈端部 U型弯管曲径为600mm，两端弯管总长度为10:10 二二D =3.14 600 =1884 mm川冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积2F = 232.5m现取无缝钢管© 89 x 4mm，每M长冷却面积为认为可300mm，F0 =3.14 0.08 1 二 0.25 m2满足要求，则两直管距离为则：冷却管占有体积:FL 二F。232.50.25-930 m2耳 3V =0.785 0.089930 =5.8 mIV每组管长L0和管组高度：S 丄二空=77.5mn

26、12另需连接管8m :L实=L 8 = 9308 = 938 m可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头3250mm。设发酵罐内附件占有体积为0.5m，贝总占有体积为V总二v液 V管-V附件.rO= 155 5.8 0.5 =161.3m则筒体部分液深为:5 -V封空""4 m0.785 5竖式蛇管总高H 管二 7.40.25 =7.7 mh = H 管 - 600 =7700 - 600 =7100 mm又两端弯管总长 则直管部分高度:I0=1884mm，两端弯管总高为 600mm ,则一圈管长：丨=2h 10 =2 71001884 = 16084 mmV每

27、组管子圈数n°:n0=5 圈l 16.1现取管间距为2.5D外=2.5 0.089 = 0.22 m，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 ）。W .校核布置后冷却管的实际传热面积：卩实=二d平均* L实= 3.14 0.08 938= 235.6 m2而前有F=232.5m 2, F实 F ,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SPQ、SC <cm)2k # _ P式中 P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0

28、.4MPa D 发酵罐内经，D=500cm(T=127MPaA3钢的应用应力，© 焊接缝隙，© =0.7C壁厚附加量<cm)C =C1 C2 C3式中CCC1钢板负偏差，现取C1=0.8mm2为腐蚀余量，现取C2=2mm3加工减薄量，现取C3=0C =0.8 20 =2.8 mm1=0.28 cmS0.28 =1.4 cm2 127 0.7 -0.414mm厚A 3钢板制作。封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式PQ选用5如下:C <cm)0.4 500式中 P=0.4MPaD=500cm(T=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38<cm)&

29、#169; =0.704x 400S0.38 = 1.5 cm<10 ）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 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Q1550.0108 m3/s3600 4发酵醪流速取v=1m/s。则排料管截面积为F物。Q 0.01082F 物0.011 mv1F物二 0.785d2管径：/ F物0.011.一丫 0.785 ¥ 0.785 . m取无缝管© 133 x 4mm , 125.mm118mm，认为合适。按通风管计算，压缩空气在0.4

30、MPa下，支管气速为2025m/s。现通风比 0.10.18vvm，为常温下 20°C，0.1MPa下的情 况，要折算0.4MPa、30 C 状态。风量Q1取大值， Q1 =155 0.1 28 m3/min = 0.46 m3 / s。利用气态方程式计算工作状态下的风量QfQf二 0.460.10.35273 30273 200.14 m3/s取风速v=25m/s，则风管截面积 Ff为FfQf0.1425= 0.0056 m2Ff =0.785d 气则气管直径d气为:0.00560.785=0.084 m因通风管也是排料管，故取两者的大值。取© 133 x 4mm无缝管，

31、可满足工艺要求。排料时间复核：物料流量Q=0.0108m 3/s，流速v=1m/s ;管道截面积：2 2F =0.785 0.125 二 0.0123 m ,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.。108“88 倍Fv 0.0123 1排料时间：t=2 0.88 =1.8 h<11 ）支座选择选用裙式支座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2%计算，则种子罐容积 V种2二级种子罐

32、容积的确定：接种量为为：V种2 二V总 2% =230 2% = 4.6 m3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，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：- Vw ' 2Va简化方程如下：二 323V总=2 D30.785D2 2D =4.6 m324整理后1.57D30.26D3 二 4.6解方程得D=1.4m则H=2

33、D=2 X 1.4=2.8<m )查得封头高H'封H 封 二 35025 二 375 mm罐体总高H'罐:日罐=2H 封十 H筒=2 汉375+ 2800 = 3550(mm)单个封头容量：3V'封=0.398<m 3)封头表面积：2S 封=2.23m圆筒容量：23V筒 =0.785D2D = 4.31 m不计上封头容积：'3V有效=V封 + V = 4.13+0.398 = 4.53(m )校核种子罐总容积 V'总：总=2V封 + 筒=2 汇 0.398+ 4.13 = 4.93m3 )比需要的种子罐容积 4.6 m3大，可满足设计要求。

34、冷却面积的计算采用夹套冷却I发酵产生的总热量:Q总=4.18 6000 155 2%= 7.78 104 kJ/hn夹套传热系数：2K =4.18 150 250 kJ / mJC现取 K=4.18 x 220kJ/<m 2 h C)IH平均温差：发酵温度32 C；水初温 2023 C,取23 C；水终温27 C,则平均温差：W需冷却面积F:7.78 1044.18 220 7=12.1m2V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:SI-0.39： =76mS 罐 0.785 1.4液深：Hl =H 封 Ho =375 1760 =2135 mm夹套可能实现的冷却

35、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：S = Sw 気=dH 0 S 封= 3.14 1.4 1.76 2.23 =13.6 m2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(m 2>该设计夹套能提供的冷却面积为S夹=13.6 m2S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I夹套内罐的壁厚2.6ED式中D设备的公称直径，140cmm 外压容器的稳定系数，与设备的起始椭圆度有关，在我 国，m=3P 设计压力，与水压有关， P=0.4MPaE 金属材料的弹性模量9，对A3钢E

36、=2 X 105MPaC 壁厚附加量，C=Ci+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18L 筒体长度，L=110cm将数值代入公式：S =1403 0.4 11026X2X105 "40丿=0.89 cm0.40.18取9mmn封头的厚度s封：查发酵工厂工艺设计概论 圆封头最大需用内部压力P317表16碳钢椭i对于上封头，取 S 封 =6mmii对于下封头，取 S 封 =8mm川冷却外套壁厚：查发酵工厂工艺设计概论 低钢制内压圆筒壁厚，确定 S套=5mmIV外套封头壁厚：查发酵工厂工艺设计概论P314表13碳钢与普P316表15椭圆形封头 VJBH54 73)，确定 S 套封=6m

37、m 设备结构的工艺设计I挡板：根据全挡板条件， 式中 B挡板宽度旦 -0.5DB = <0.1-0.12 ) D=0.1X 1400=140mmD罐径 D = 1400mmZ 挡板数:60.5- 0.5 1400 =5B140取Z = 6块搅拌器：采用六弯叶涡轮搅拌器直径：Di = 0.30.35D现取：Dj =0.35D =0.35 1400 =490m叶片宽度：h =0.2Dj = 0.2 1400 = 280mm弧长：r = 0.375Di =0.375 1400 = 525mm盘径：= 0.75Di =0.75 1400 = 1050mm叶弦长：丨=0.25Dj =0.25 14

38、0 350mm搅拌器间距:Y 二 Dj = 490mm底距：b = 490mm搅拌器转速N2，根据 50L 罐，470r/min，使用为基准放大,50L 罐搅拌器直径Ni = 470r/min ,Di=112mmN2 二 N1-22/3= 470(490 丿两挡搅拌。川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RemD2N pRe m =(i式中 D搅拌器直径，D=0.49m176N = = 2.93（r / s）N 搅拌器转速，60醪液密度，p =1050 kg/m 32醪液粘度，卩=1.3 x 10-3N s/m将数代入上式：2Re m0.492.93 105054

39、35.68 10 >101.3 10视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7ii计算不通气时的搅拌轴功率P0:P。二 NpN3D5p式中Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N 搅拌转速， N=176r/mi n=2.93r/sD搅拌器直径，D=0.49m醪液密度，p =1050kg/m 3代入上式：P0 = 4.7 2.933 0.495 1 050 = 3.5 103W =3.5kW两挡搅拌P0 =2P0 =7kWiii计算通风时的轴功率PgPg =2.25 10°/23Po ND0.39Q0.08kW式中P0不通风时搅拌轴功率 <kW ）， P。=7 = 49N 轴转速，

40、 N=176r/mi nD 搅拌器直径 <cm ），D3=0.493 x 106=1.12 x 105，取低Q通风量 vml/min ），设通风比VVm=0.110.18限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取 0.11 ;Q=3.1 x 0.11 x 106=3.41 x 105<ml/min )o oac50.08Q=(3.4仆105 0 = 2.77代入上式:Pg= 2.25 10”49 076 0.12 如05 32.77= 4.83 kWiv求电机功率P电:Pg1.01采用三角带传动n 1=0.92 ；滚动轴承n 2=0.99 ,滑动轴承n3=0.98 ;端面密封增加功率

41、为 1%;代入公式数值得:4.830.92 0.99 0.981.01 =5.47 kWIV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 C,风速v=20m/s，通风量为 0.18VVm ,常压下t0=20 C,送风量 V为：V =3.1 0.18 =0.56 m3/min将通风换算成工作状态，求通风管直径d1v 站 273 “P 273+100.785 v 600.560.13050.785 20 600.4293 丸.012 m = 12 mm圆整，查发酵工厂工艺设计概论，P313表12，无缝钢管(YB231-70，管

42、径采用 25 x 3mm ,内径 25-2 x 3=19 mm 大于 12 mm，可满足生产要求。W进出物料管：该管为物料进口，管底距罐底2560mm之间，现取20min送完3.1m3物料30mm向下单管。按输送物料算:则物料流量为3 13V物0.0026m3/s20侦管道截面为F,物料流速为 v=0.51m/s，现取v=0.5m/s，贝V物0.0026/ 2 、F -0.0052 mv 0.500052 "08 m设管径为:"飞 0.785 一 0.785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 108 x 4mm ,内径 108

43、-2 X 4=100 mm 大于 80 mm，可满足生产要求。4VD冷却水管：由前知需冷却热量Qmax =7.78 10 kJ/h，冷却水温变化23 C 27°C,，水比热容 Cw =1 4.18kJ / kg7.78 104则耗水量W为：W Q4653 kg / h129250.64 mCwlJ4.18 27 -23d =取水流速v=4m/s ;则冷却管直径为 4 °.785 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V种4 =V种2 2%

44、=4.6 2% =0.092 m3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，圭寸头高 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。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。223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：013051*

45、 3* 3V =3.1 0.180.0024 m3/s = 0.144 m3/min0.4 293 60查生物项目设备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0.25m 3/min，外型尺寸© 75 x 520mm,重量5kg，进出口管径© 20 X 20，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/min大于 0.144m 3/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：V =0.092 0.18 01 305 丄 0.0

46、00071 m3/s = 0.0043 m3 / min0.4293 60查生物项目设备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0.01m 3/min，外型尺寸© 22x 150mm,重量0.2kg，进出口管径 © 6X 1,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 0.0043m 3/min，能满足生产要求。数量与一级种子罐数量一致，共6只。<3 ）发酵罐分过滤器分过滤器滤层直径计算:D滤层式中V通过发酵罐分过滤器的空气流量<0.4MPa下）V =155 0.18 0

47、.1 305-0.12 m3/s0.4293 60Vs 通过分过滤器的气速，现取0.2m/s则分过滤器直径：D滤层4 0.123.14 0.2=0.874 mD过滤器=1.11.3D滤层O现取：D过滤器-1.3D滤层=30.874 - 1.136 m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=0.5MPa0.5 90.00.28 二 0.53 cm取 S=6mm。 进出气管：进出气管直径可取与设备通风管一致，即© 133 X 4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：h筒=1.5 D过滤器=1.5 1200 =1800 mmh锥=1.5 D过滤器=1.5 1200 =1800 mm