課程設計---年產(chǎn)2萬噸味精廠設計

1、<p><b>　　食品科學課程設計</b></p><p><b>　　項目名稱：</b></p><p>　　年產(chǎn)2萬噸味精廠設計</p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　班級：食品0901</b></

2、p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p><b>　　1.1定義2</b></p><p>　　1.2理化性質要

3、2</p><p>　　1.3味精的發(fā)現(xiàn)2</p><p>　　1.4味精的發(fā)展3</p><p>　　1.4.1世界味精大致有三個階段：3</p><p>　　1.4.2我國味精工業(yè)發(fā)展史3</p><p>　　2.1味精生產(chǎn)工藝概述5</p><p>　　2.2 原料預處理及淀粉

4、水解糖制備7</p><p>　　2.2.1原料的預處理7</p><p>　　2.2.2淀粉水解糖制備7</p><p>　　2.3種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵7</p><p>　　2.4谷氨酸的提取8</p><p>　　2.5谷氨酸制取味精及味精成品加工8</p><p>　　第

5、3章 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算9</p><p>　　3.1工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù)9</p><p>　　3.2谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算10</p><p>　　3.3 20000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結果12</p><p>　　第4章 設備設計與選型13</p><p><b>　

6、　4.1發(fā)酵罐13</b></p><p><b>　　4.2種子罐23</b></p><p>　　4.3空氣分過濾器30</p><p>　　4.4味精廠發(fā)酵車間設備一覽表32</p><p>　　第5章 參考文獻33</p><p><b>　　第1章 緒論

7、</b></p><p><b>　　1.1定義</b></p><p>　　味精是調味料的一種，主要成分為谷氨酸鈉。味精是人們熟悉的鮮味劑，是L—谷氨酸單鈉鹽(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa·H20)，具有旋光性，有D—型和L—型兩種光學異構體。</p><

8、;p><b>　　1.2理化性質要</b></p><p>　　注意的是如果在100℃以上的高溫中使用味精，谷氨酸鈉會轉變成對人體有致癌性的焦谷氨酸鈉。由于炒菜時油溫在150--200℃，這會使味精變成有毒性的焦化谷氨酸鈉，所以，對于加入味精的半成品配菜的烹飪，應以蒸煮為妥。還有如果在堿性環(huán)境中，味精會起化學反應產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質，所以要適當?shù)氖褂煤痛娣拧?lt;/p>

9、<p><b>　　1.3味精的發(fā)現(xiàn)</b></p><p>　　盡管味精廣泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸對于增強食物鮮味的作用，在20世紀早期，才被人們科學地認識到。 1907年，日本東京帝國大學的研究員池田菊苗發(fā)現(xiàn)了一種，昆布（海帶）湯蒸發(fā)后留下的棕色晶體，即谷氨酸。這些晶體，嘗起來有一種難以描述但很不錯的味道。這種味道，池田在許多食物中都能找到蹤跡，尤其是在海帶

10、中。池田教授將這種味道稱為“鮮味”。繼而，他為大規(guī)模生產(chǎn)谷氨酸晶體的方法申請了專利。</p><p><b>　　1.4味精的發(fā)展</b></p><p>　　1.4.1世界味精大致有三個階段：</p><p>　　第一階段：1866年德國人H·Ritthasen(里德豪森)博士從面筋中分離到氨基酸，他們稱谷氨酸，根據(jù)原料定名為麩酸或

11、谷氨酸（因為面筋是從小麥里提取出來的）。1908年日本東京大學池田菊苗試驗，從海帶中分離到L—谷氨酸結晶體，這個結晶體和從蛋白質水解得到的L—谷氨酸是同樣的物質，而且都是有鮮味的。</p><p>　　第二階段：以面筋或大豆粕為原料通過用酸水解的方法生產(chǎn)味精，在1965年以前是用這種方法生產(chǎn)的。這個方法消耗大，成本高，勞動強度大，對設備要求高，需耐酸設備。</p><p>　　第三階段：隨

12、著科學的進步及生物技術的發(fā)展，使味精生產(chǎn)發(fā)生了革命性的變化。自1965年以后我國味精廠都采用以糧食為原料（玉米淀粉、大米、小麥淀粉、甘薯淀粉）通過微生物發(fā)酵、提取、精制而得到符合國家標準的谷氨酸鈉，為市場上增加了一種安全又富有營養(yǎng)的調味品，用了它以后使菜肴更加鮮美可口。</p><p>　　1.4.2我國味精工業(yè)發(fā)展史</p><p>　　1925年，吳蘊初將自己的生產(chǎn)工藝公開，以做好向歐

13、美行銷的準備。1926～1927年吳蘊初還將“佛手牌”味精的配方、生產(chǎn)技術等，向英、美、法等化學工業(yè)發(fā)達國家申請專利，并獲批準。這也是中國歷史上，中國的化學產(chǎn)品第一次在國外申請專利。1926年，佛手牌味精獲得美國費城世界博覽會金獎。1930年，1933年，吳蘊初的味精繼續(xù)在世界博覽會上連續(xù)獲得獎項，佛手牌味精打入了歐洲等海外市場。日本“味之素”在東南亞的市場也被中國產(chǎn)品取代。</p><p>　　按照北洋政府的專

14、利法，吳蘊初的味精專利可以享有5年的專利保護。1926年，吳蘊初宣布，放棄味精的國內的專利，希望全國各地大量仿造生產(chǎn)。此后，國內各地先后出現(xiàn)了十幾個味精品牌，國貨味精市場極大繁榮，日本的“味之素”除了在日本關東軍占領的我國東北地區(qū)外，在中國的其他地區(qū)再也難見蹤影。</p><p>　　一九二五年，因有了聲勢浩大的五卅運動相助，日貨更受抵制，本來無力與味精競爭的味の素更趨頹萎，連南洋的華僑也棄日貨味の素，改用了國貨

15、味精，進入了“天廚”。佛手牌味精不但打入了南洋各國市場，而且很快就成了該市場的緊俏商品。</p><p>　　我國味精獲得多次世博會大獎</p><p>　　1926年，“佛手”味精由中國選送至美國費城和賓州世界博覽會參展，即以純正的中國制造和典型的東方藝術色彩的包裝贏得了參觀者的青睞。經(jīng)過評審，大會評審團“以天廚味精廠對食品改善的貢獻”授予中國調味品制造商以大獎證書。</p>

16、<p>　　1926年佛手牌味精參加在西班牙舉辦的國際博覽會上，獲得金獎。</p><p>　　1930年，“佛手”味精赴比利時列日產(chǎn)業(yè)科學世界博覽會，又獲大獎。</p><p>　　1933年，美國芝加哥世博會，主題為“一個世紀的進步”。吳蘊初緊扣主題制作了“百年中國調味品也之進步”的宣傳手冊，以及紅木的展示臺。由于產(chǎn)品品質優(yōu)異，加上宣傳到位，“佛手”味精再獲大獎。<

17、/p><p>　　第2章 味精生產(chǎn)工藝</p><p>　　2.1味精生產(chǎn)工藝概述</p><p>　　味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段:</p><p>　　(1)原料的預處理及淀粉水解糖的制備;</p><p>　　(2)種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵;</p><p>　　(3)谷氨酸的提取;&

18、lt;/p><p>　　(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。</p><p>　　與這四個工藝階段相對應味精生產(chǎn)廠家一般都設置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時還設置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需

19、求部位［4］。</p><p>　　味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖1。</p><p>　　圖1 味精生產(chǎn)總工藝流程圖</p><p>　　2.2 原料預處理及淀粉水解糖制備</p><p>　　2.2.1原料的預處理</p><p>　　此工藝操作的目的在于初步破壞原料結構，以便提高原料的利用率，同時去除固體雜質，

20、防止機器磨損。用于除雜的設備為篩選機，常用的是振動篩和轉筒篩，其中振動篩結構較為簡單，使用方便。</p><p>　　用于原料粉碎的設備除盤磨機外，還有錘式粉碎機和輥式粉碎機。盤磨機廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機應用于薯干等脆性原料的中碎和細碎作用，輥式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細碎［3］。</p><p>　　2.2.2淀粉水解糖制備</p><

21、p>　　在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。目前，國內許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。</p><p>　　2.3種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵</p><p>　　種子擴大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內設置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)

22、任務。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。

23、

24、 </p><p>　　谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔—維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴射加熱器—維持管—真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應用較少。</p><p>　　發(fā)酵設備，國內味精廠大多采用機械

25、攪拌通風通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m3之間。對于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時反映罐內參數(shù)變化，因而發(fā)酵進程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。</p><p>　　由于谷氨酸發(fā)酵為通風發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機壓縮后導入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌

26、后，送至發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設備［4］。</p><p><b>　　2.4谷氨酸的提取</b></p><p>　　谷氨酸的提取一般采用等電點—離子交換法，國內有些味精廠還采用等電點—鋅鹽法、鹽酸水解—等電點法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術難度大等問題，應用上受

27、到限制［1］ 。</p><p>　　2.5谷氨酸制取味精及味精成品加工</p><p>　　精制車間加工的谷氨酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經(jīng)提純、加工、包裝，得到成品。</p><p>　　味精中和液的脫色過程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱，利用離子交換樹脂的吸附色素。味精的干燥過程，國內許多廠家還采用箱式烘房干燥，設備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率

28、低，不適應大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時廠房建筑要求較高，這樣均不如振動式干燥床應用效果好[4]。 </p><p>　　第3章 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算</p><p>　　3.1工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù) </p><p>　?。?）查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P326表3味

29、精行業(yè)國家企業(yè)標準［5］，選用主要指標如表1</p><p>　　表1 味精發(fā)酵工藝技術指標</p><p>　?。?）主要原材料質量指標 淀粉原料的淀粉含量為80%，含水14%。 </p><p>　?。?）二級種子培養(yǎng)基（g/L） 水解糖25，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氫二鉀1.0，硫酸鎂0.6，玉米漿5~10，泡敵0.6，硫酸鎂0.002，硫酸亞鐵0.00

30、2。</p><p>　?。?）發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L） 水解糖150，糖蜜4，硫酸鎂0.6，氯化鉀0.8，磷酸氫二鈉0.2，硫酸亞鐵0.002，硫酸錳0.002，尿素（總尿）40，泡敵0.6，植物油1.0。</p><p>　?。?）接種量為2% 。 </p><p>　　3.2谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 -------------------------------

31、-------（依照老師標準而非國家標準）</p><p>　　首先計算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。</p><p>　?。?）發(fā)酵液量V1 </p><p>　　式中 150——發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）</p><p>　　48%——糖酸轉化率</p><p>　　

32、85%——谷氨酸提取率</p><p>　　93%——谷氨酸精制提取率</p><p>　　99%——除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率</p><p>　　93%——味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率</p><p>　?。?）發(fā)酵液配制需水解糖量G1 </p><p>　　以純糖算， </p><

33、p>　?。?）二級種液量 V2 </p><p>　?。?）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 </p><p>　　式中 25——二級種液含糖量（kg/m3）</p><p>　?。?）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為： </p><p>　?。?）耗用淀粉原料量 </p><p>　　理論上，100k

34、g淀粉轉化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G淀粉為：</p><p>　　式中 80%——淀粉原料含純淀粉量</p><p>　　95%——淀粉糖轉化率</p><p>　?。?）尿素耗用量 </p><p>　　二級種液耗尿素量為V3</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4</p>

35、<p>　　故共耗尿素量為627.5kg</p><p>　?。?）甘蔗糖蜜耗用量 </p><p>　　二級種液耗用糖蜜量V5</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6</p><p>　　合計耗糖蜜69.9kg</p><p>　?。?）氯化鉀耗量GKCl </p><p&g

36、t;　?。?0）磷酸氫二鈉（Na2HPO4·7H2O）耗量G3 </p><p>　?。?1）硫酸鎂（MgSO4·7H2O）用量G4 </p><p>　?。?2）消泡劑（泡敵）耗用量G5 </p><p>　?。?3）植物油耗用量 G6 </p><p>　?。?4）谷氨酸（麩酸）量 </p>&l

37、t;p>　　發(fā)酵液谷氨酸含量為：</p><p>　　實際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率85%）為：</p><p>　　1116.2×85%=948.77(kg)</p><p>　　實際生產(chǎn)的精制谷氨酸（提取率93%）</p><p>　　948.77×93%=882.3561(kg)</p><p&g

38、t;　　味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率為93%</p><p>　　882.3561×93%=820.6（kg）</p><p>　　3.3 20000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結果 </p><p>　　由上述生產(chǎn)1000kg味精（100%純度）的物料衡算結果，可求得20000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計算。</p><p>　

39、　20000t/a=54795kg/d</p><p>　　所以此工廠的日谷氨酸產(chǎn)量應為74534kg才能滿足20000噸的年產(chǎn)量</p><p>　　第4章 設備設計與選型</p><p><b>　　4.1發(fā)酵罐 </b></p><p>　?。?）發(fā)酵罐的選型 </p><p>　　選

40、用機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐</p><p>　?。?）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 </p><p>　?、侔l(fā)酵罐容積的確定：選用200m3罐 </p><p>　?、谏a(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精120t，谷氨酸的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間)。則每天需糖液體積為V糖 。每天產(chǎn)純度為99%的味精120t，每噸100%的

41、味精需糖液15.66m3</p><p>　　設發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ=70%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為V0（發(fā)酵周期為48h）。</p><p>　?、郯l(fā)酵罐個數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230 m3 </p><p>　　取公稱體積200 m3 發(fā)酵罐17個，其中一個留作備用。</p><p><b>

42、;　　實際產(chǎn)量驗算：</b></p><p><b>　　富裕量 </b></p><p><b>　　能滿足產(chǎn)量要求</b></p><p>　?。?）主要尺寸的計算：取高徑比 H：D=2：1[6]</p><p><b>　　則有：</b></p>

43、<p><b>　　H=2D；</b></p><p><b>　　解方程得：</b></p><p><b>　　取D=5m</b></p><p><b>　　H=2D=10m；</b></p><p><b>　　封頭高：<

44、;/b></p><p><b>　　封頭容積 ：</b></p><p>　　V封=16.4（m3）</p><p><b>　　圓柱部分容積：</b></p><p><b>　　V筒=197m3</b></p><p><b>　　

45、驗算全容積V全：</b></p><p><b>　　V全=V’全</b></p><p>　　符合設計要求，可行。</p><p>　?。?）冷卻面積的計算 </p><p>　　對谷氨酸發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為4.18×6000kJ/(m3·h) [5]。&

46、lt;/p><p>　　采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗值K=4.18×500 kJ/(m3·h·℃) [8]。</p><p>　　平均溫差Δtm： </p><p>　　32℃ 32℃</p><p>　　20℃ 27℃</p><p>　　

47、12 5</p><p><b>　　代入 </b></p><p>　　對公稱容量200 m3的發(fā)酵罐，每天裝12罐，每罐實際裝液量為</p><p><b>　　換熱面積 </b></p><p>　?。?）攪拌器計算 選用六彎葉渦輪攪拌器[6]。 </p>

48、<p>　　該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關系</p><p><b>　　攪拌器葉徑</b></p><p><b>　　取d=1.7（m）</b></p><p><b>　　葉寬 ：</b></p><p><b>　　弧長：</b&

49、gt;</p><p><b>　　底距：</b></p><p><b>　　盤踞 ：</b></p><p><b>　　葉弦長：</b></p><p><b>　　葉距 ：</b></p><p><b>　　彎葉

50、板厚：</b></p><p><b>　　δ=12（mm）</b></p><p>　　取兩擋攪拌，攪拌轉速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉速N1=110r/min。以等P0/V為基準[6]放大求得：</p><p>　?。?）攪拌軸功率的計算 </p><p>　　淀粉水解糖液低濃度細菌醪，

51、可視為牛頓流體。</p><p>　?、儆嬎鉘em[8] </p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=1.7m</p><p><b>　　N——攪拌器轉速，</b></p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　　μ——醪液粘度， μ=1.3

52、5;10-3N·s/m2</p><p><b>　　將數(shù)代入上式：</b></p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準數(shù)Np=4.7</p><p>　?、谟嬎悴煌鈺r的攪拌軸功率P0：</p><p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——

53、攪拌轉速，N=80r/min=1.33r/s</p><p>　　D——攪拌器直徑，D=1.7m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：</p><p><b>　　兩擋攪拌：</b></p><p>　?、塾嬎阃L時的軸功率Pg </p><p>　　式中

54、 P0——不通風時攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉速，N=80r/min</p><p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=1.73×106=4.9×106</p><p>　　Q——通風量（ml/min），設通風比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；</p>&

55、lt;p>　　則Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p><b>　?、芮箅姍C功率P電：</b></p><p>　　采用三角帶傳動η1=0.92；滾動軸承η2=0.99，滑動軸承η3=0.98；端面密封

56、增加功率為1%[7]；代入公式數(shù)值得：</p><p>　?。?）設備結構的工藝計算 </p><p>　?、倏諝夥植计鳎罕竟薏捎脝喂苓M風，風管直徑φ133×4mm。 </p><p>　?、趽醢澹罕竟抟蛴蟹鎏莺拓Q式冷卻蛇管，故不設擋板 </p><p>　?、勖芊夥绞剑罕竟薏捎秒p面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。</

57、p><p>　?、芾鋮s管布置：采用豎式蛇管[7] </p><p>　?、?最高負荷下的耗水量W</p><p>　　式中 Q總——每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時，1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積</p><p>　　cp——冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kg·K）</p><p>　　t2——冷卻水終溫，t2

58、=27℃</p><p>　　t1——冷卻水初溫，t1=20℃</p><p><b>　　將各值代入上式</b></p><p>　　冷卻水體積流量為3.69×10-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1m/s，根據(jù)流體力學方程式，冷卻管總截面積S總為：</p><p>　　式中 W——冷卻水體積流量，W

59、=3.69×10-2m3/s</p><p>　　V——冷卻水流速，v=1m/s</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p><b>　　進水總管直徑 ：</b></p><p>　?、?冷卻管組數(shù)和管徑：設冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數(shù)為n，則：</p&g

60、t;<p>　　取n=8，求管徑。由上式得：</p><p>　　查金屬材料表選取φ89×4mm無縫管[9]， ，，認為可滿足要求，。</p><p>　　現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為300mm，則兩直管距離為600mm，兩端彎管總長度為：</p><p>　?、?冷卻管總長度L計算：由前知冷卻管總面積</p><p

61、>　　現(xiàn)取無縫鋼管φ89×4mm，每米長冷卻面積為</p><p><b>　　則:</b></p><p><b>　　冷卻管占有體積：</b></p><p>　?、?每組管長L0和管組高度：</p><p><b>　　另需連接管8m：</b></

62、p><p>　　可排豎式直蛇管的高度，設為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設發(fā)酵罐內附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為</p><p><b>　　則筒體部分液深為：</b></p><p><b>　　豎式蛇管總高 </b></p><p>　　又兩端彎管總長，兩端彎管總高為600mm，

63、</p><p><b>　　則直管部分高度：</b></p><p><b>　　則一圈管長：</b></p><p>　?、?每組管子圈數(shù)n0：</p><p>　　現(xiàn)取管間距為，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，則可計算出攪拌器的距離在允許范圍內（不小于200mm）。</p>

64、<p>　?、?校核布置后冷卻管的實際傳熱面積：</p><p>　　而前有F=232.5m2，，可滿足要求。</p><p>　?。?）設備材料的選擇[10]</p><p>　　選用A3鋼制作，以降低設備費用。</p><p>　?。?）發(fā)酵罐壁厚的計算</p><p>　?、儆嬎惴ù_定發(fā)酵罐的壁厚S&l

65、t;/p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P——設計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPa</p><p>　　D——發(fā)酵罐內經(jīng)，D=500cm</p><p>　　〔σ〕——A3鋼的應用應力，〔σ〕=127MPa</p><p>　　φ——焊接縫

66、隙， φ=0.7</p><p>　　C——壁厚附加量（cm）</p><p>　　式中 C1——鋼板負偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm</p><p>　　C2——為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mm</p><p>　　C3——加工減薄量，現(xiàn)取C3=0</p><p>　　選用14mm厚A3鋼板制作。</p>

67、<p>　?、诜忸^壁厚計算：標準橢圓封頭的厚度計算公式[5]如下：</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P=0.4MPa</p><p><b>　　D=500cm</b></p><p>　　〔σ〕=127MPa</p><p

68、>　　C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）</p><p><b>　　φ=0.7</b></p><p><b>　?。?0）接管設計</b></p><p>　?、俳庸艿拈L度h設計：各接管的長度h根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取100~200mm。</p><p><b&g

69、t;　?、诮庸苤睆降拇_定：</b></p><p>　　按排料管計算：該罐實裝醪量155m3，設4h之內排空，則物料體積流量</p><p>　　發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。</p><p><b>　　管徑：</b></p><p>　　取無縫管φ133×4mm，125.mm〉

70、118mm，認為合適。</p><p>　　按通風管計算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為20~25m/s?，F(xiàn)通風比0.1~0.18vvm，為常溫下20℃，0.1MPa下的情況，要折算0.4MPa、30℃ 狀態(tài)。風量Q1取大值，。</p><p>　　利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風量Qf[8]</p><p>　　取風速v=25m/s，則風管截面積Ff為<

71、;/p><p><b>　　則氣管直徑d氣為：</b></p><p>　　因通風管也是排料管，故取兩者的大值。取φ133×4mm無縫管，可滿足工藝要求。</p><p>　　排料時間復核：物料流量Q=0.0108m3/s，流速v=1m/s；</p><p><b>　　管道截面積：</b>&

72、lt;/p><p><b>　　，</b></p><p>　　在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計算結果大，則相應流速比為</p><p><b>　　排料時間：</b></p><p>　?。?1）支座選擇選用裙式支座</p><p><b>　　4.2種子罐 &

73、lt;/b></p><p>　　發(fā)酵所需的種子從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。種子罐冷卻方式采用夾套冷卻。 </p><p>　?。?）二級種子罐容積和數(shù)量的確定 </p><p>　?、俣壏N子罐容積的確定：接種量為2%計算，則種子罐容積V種2為：<

74、/p><p>　　式中 V總——發(fā)酵罐總容積（m3）</p><p>　?、?二級種子罐個數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對應上料。發(fā)酵罐平均每天上5罐，需二級種子罐6個。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間8~10h，生產(chǎn)周期16~18h，因此，二級種子罐6個已足夠，其中一個備用。</p><p>　?、壑饕叽绲拇_定 種子罐仍采用幾何相似的機械攪拌通風發(fā)酵罐。</p>

75、;<p>　　H：D=2：1，則種子罐總容積量V'總為：</p><p><b>　　簡化方程如下：</b></p><p><b>　　整理后</b></p><p><b>　　解方程得</b></p><p><b>　　D=1.4m<

76、;/b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　H=2D=2×1.4=2.8（m）</p><p><b>　　查得封頭高H'封</b></p><p><b>　　罐體總高H'罐：</b></p><p

77、><b>　　單個封頭容量：</b></p><p>　　V'封=0.398（m3）</p><p><b>　　封頭表面積： </b></p><p><b>　　S封=2.23m2</b></p><p><b>　　圓筒容量 ： </b&

78、gt;</p><p><b>　　不計上封頭容積 ：</b></p><p>　　校核種子罐總容積V'總：</p><p>　　比需要的種子罐容積4.6 m3大 ，可滿足設計要求。</p><p>　?、芾鋮s面積的計算 采用夾套冷卻</p><p>　?、?發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量：</p

79、><p><b>　?、?夾套傳熱系數(shù)：</b></p><p>　　現(xiàn)取K=4.18×220kJ/（m2·h·℃）</p><p>　?、?平均溫差：發(fā)酵溫度32℃；水初溫20~23℃，取23℃；水終溫27℃，則</p><p><b>　　平均溫差：</b></p

80、><p><b>　　Ⅳ 需冷卻面積F：</b></p><p>　?、?核算夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度：</p><p>　　靜止液體浸沒筒體高度 ：</p><p><b>　　液深 ： </b></p><p>　　夾套可能實現(xiàn)的冷卻面積為封頭表標面積S封與圓筒

81、被液體浸沒的筒體為表面積S筒之和：</p><p>　　夾套高度應不高于動態(tài)時的液面高度，因高于液面的傳熱面積，并沒有起多少冷卻作用。</p><p>　　綜上，傳熱需要的面積F=12.1(m2)</p><p>　　該設計夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6 m2</p><p>　　S夾〉F，可滿足工藝要求。</p><

82、;p>　?、菰O備材料的選擇 采用A3鋼制作</p><p><b>　?、薇诤裼嬎?</b></p><p><b>　?、?夾套內罐的壁厚</b></p><p>　　式中 D——設備的公稱直徑，140cm</p><p>　　m——外壓容器的穩(wěn)定系數(shù)，與設備的起始橢圓度有關，在我國，m=

83、3</p><p>　　P——設計壓力，與水壓有關，P=0.4MPa</p><p>　　E——金屬材料的彈性模量[9]，對A3鋼E=2×105MPa</p><p>　　C——壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18</p><p>　　L——筒體長度，L=110cm</p><p>

84、;<b>　　將數(shù)值代入公式：</b></p><p><b>　　取9mm</b></p><p>　?、?封頭的厚度δ封：查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P317表16 碳鋼橢圓封頭最大需用內部壓力</p><p>　　i 對于上封頭，取δ封=6mm</p><p>　　ii 對于下封頭，取δ封=8

85、mm</p><p>　?、?冷卻外套壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P314表13 碳鋼與普低鋼制內壓圓筒壁厚，確定δ套=5mm</p><p>　?、?外套封頭壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》P316表15 橢圓形封頭（JBH54—73），確定δ套封=6mm</p><p>　?、咴O備結構的工藝設計</p><p>　?、?擋板：根據(jù)全擋

86、板條件，</p><p>　　式中 B——擋板寬度B＝（0.1-0.12）D=0.1×1400=140mm</p><p>　　D——罐徑D＝1400mm</p><p><b>　　Z——擋板數(shù)：</b></p><p><b>　　取Z＝6塊</b></p><

87、;p>　?、?攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器</p><p><b>　　直徑：</b></p><p>　　Di＝0.3~0.35D</p><p><b>　　現(xiàn)?。?lt;/b></p><p><b>　　葉片寬度：</b></p><p><

88、;b>　　弧長：</b></p><p><b>　　盤徑：</b></p><p><b>　　葉弦長：</b></p><p><b>　　攪拌器間距：</b></p><p><b>　　底距：</b></p><

89、;p>　　攪拌器轉速N2，根據(jù)50L罐，470r/min，使用P0/V為基準放大[6]，50L罐N1＝470r/min，</p><p>　　攪拌器直徑Di=112mm</p><p><b>　　兩擋攪拌。</b></p><p>　?、?攪拌軸功率的計算 </p><p>　　淀粉水解糖液低濃度細菌醪，可視

90、為牛頓流體。</p><p>　　i 計算Rem[8]</p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=0.49m</p><p><b>　　N——攪拌器轉速，</b></p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　　μ——醪液粘度， μ=1.3×

91、10-3N·s/m2</p><p><b>　　將數(shù)代入上式：</b></p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準數(shù)Np=4.7</p><p>　　ii 計算不通氣時的攪拌軸功率P0：</p><p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——攪

92、拌轉速，N=176r/min=2.93r/s</p><p>　　D——攪拌器直徑，D=0.49m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：</p><p><b>　　兩擋攪拌</b></p><p>　　iii 計算通風時的軸功率Pg</p><p>　　式中

93、 P0——不通風時攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉速，N=176r/min</p><p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=0.493×106=1.12×105</p><p>　　Q——通風量（ml/min），設通風比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；</p>

94、<p><b>　　則</b></p><p>　　Q=3.1×0.11×106=3.41×105（ml/min）</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　iv 求電機功率P電：</p><p>　　采用三角帶傳動η1=0.92

95、；滾動軸承η2=0.99，滑動軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得：</p><p>　?、?進風管：該管距罐底25~60mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。</p><p>　　通風管管徑計算：設罐壓0.4MPa，發(fā)酵溫度t=32℃，風速v=20m/s，通風量為0.18VVm，</p><p>　　常壓下t0=20℃，送風量V為：</p&g

96、t;<p>　　將通風換算成工作狀態(tài)，求通風管直徑d1</p><p>　　圓整，查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用25×3mm ,內徑25-2×3=19 mm大于12 mm，可滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　　Ⅵ 進出物料管：該管為物料進口，管底距罐底25~60mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。</p

97、><p>　　按輸送物料算：20min送完3.1m3物料</p><p><b>　　則物料流量為</b></p><p>　　管道截面為F，物料流速為v=0.5~1m/s，現(xiàn)取v=0.5m/s，則：</p><p><b>　　設管徑為：</b></p><p>　　圓整，查《

98、發(fā)酵工廠工藝設計概論》，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用108×4mm ,內徑108-2×4=100 mm大于80 mm，可滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　?、?冷卻水管：由前知需冷卻熱量，冷卻水溫變化</p><p>　　23℃ 27℃，</p><p><b>　　水比熱容</b>&l

99、t;/p><p><b>　　則耗水量W為：</b></p><p>　　取水流速v=4m/s；則冷卻管直徑為</p><p>　?、嘀ёx型 選用支撐式支座</p><p><b>　?。?）一級種子罐 </b></p><p>　?、?一級種子罐的選型 </p>

100、<p>　　選用機械攪拌通風發(fā)酵罐</p><p>　?、?一級種子罐容積和數(shù)量的確定 </p><p>　　種子罐容積的確定：接種量按2%計算，則種子罐容積V種1為</p><p>　　故選用公稱體積為100L的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的主要尺寸為：罐內徑400mm，圓柱高800mm，封頭高125mm，罐體總高1050mm，封頭容積11.5L，圓柱部分容積100

101、L，不計上封頭的容積112L，全容積123L，攪拌槳直徑135mm。冷卻選用夾套冷卻[10]。</p><p>　　一級種子罐個數(shù)的確定：一級種子罐與二級種子罐對應上料。二級種子罐平均每天上5罐，需一級種子罐6個。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間8~10h，生產(chǎn)周期16~18h，因此，一級種子罐6個已足夠，其中一個備用。</p><p><b>　　4.3空氣分過濾器</b&g

102、t;</p><p>　?。?）二級種子罐分過濾器：</p><p>　　二級分過濾器風量的計算：</p><p>　　查《生物工程設備》P389 表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技術特性，選用JLS-D-025型空氣過濾器，過濾能力0.25m3/min，外型尺寸φ75×520mm, 重量5kg，進出口管徑φ20×20，與種子罐進風口不一致，

103、可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.25m3/min大于0.144m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。 數(shù)量與二級種子罐數(shù)量一致，共6只。 </p><p>　?。?）一級種子罐分過濾器：</p><p>　　一級分過濾器風量的計算： </p><p>　　查《生物工程設備》P389 表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技術特性，選用JLS-D-001型空氣過濾器，過濾

104、能力0.01m3/min，外型尺寸φ22×150mm, 重量0.2kg，進出口管徑φ6×1，與種子罐進風口不一致，可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.01m3/min大于0.0043m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。數(shù)量與一級種子罐數(shù)量一致，共6只。</p><p>　?。?）發(fā)酵罐分過濾器</p><p>　?、俜诌^濾器濾層直徑計算：</p><p>

105、　　式中 V——通過發(fā)酵罐分過濾器的空氣流量（0.4MPa下）</p><p>　　Vs——通過分過濾器的氣速，現(xiàn)取0.2m/s</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　?、?分過濾器直徑：</b></p><p><b>　　。</b><

106、;/p><p><b>　　現(xiàn)取 ：</b></p><p>　　查金屬材料表，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值：</p><p>　　D過濾器=1200mm</p><p>　?、鄯诌^濾器的壁厚：設計壓力P=0.5MPa</p><p><b>　　取S=6mm。</b>

107、</p><p>　?、苓M出氣管：進出氣管直徑可取與設備通風管一致，即φ133×4無縫管</p><p>　?、輸?shù)量：分過濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個，共需11臺。</p><p>　?、逓V層厚度：同種子罐，分過濾器5~6層超細玻璃纖維濾紙，經(jīng)樹脂處理過使用。</p><p><b>　?、叻诌^濾器高度：</b>

108、;</p><p>　　4.4味精廠發(fā)酵車間設備一覽表</p><p>　　味精發(fā)酵車間設備見表3</p><p>　　表3 45000t/a味精廠發(fā)酵車間設備一覽表</p><p><b>　　第5章 參考文獻</b></p><p>　　[1]張克旭．氨基酸發(fā)酵工藝學，中國輕工業(yè)出版社，19

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110、gt;　　[5]吳思方．發(fā)酵工廠工藝設計概論，中國輕工業(yè)出版，1995。</p><p>　　[6]梁世中．生物工程設備，中國輕工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　[7]黎潤鐘．發(fā)酵工廠設備，中國輕工業(yè)出版社，1991。</p><p>　　[8]姚玉英．化工原理，天津大學出版社，1999。</p><p>　　[9]國家醫(yī)藥管理局上

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112、江大學，生物工程(技術)專業(yè)英語，化學工業(yè)出版社，1999。</p><p>　　[14]許贛榮．發(fā)酵生物技術專業(yè)英語，中國輕工業(yè)出版社，2004。</p><p>　　[15]英漢生物化學詞典，科學出版社，1983。</p><p>　　[16]Chemical Engineering progress ．March，1976。</p><p&

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