產(chǎn)萬噸味精發(fā)酵車間設(shè)計(jì)說明書

1、年產(chǎn) 1.5 萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計(jì)說明書 引言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-CH 2CH(NH 2>-COONa H20>，具 有旋光性，有 D型和L型兩種光學(xué)異構(gòu)體。味精具有很強(qiáng)的鮮味 (閾值為 0. 03%> ，現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費(fèi)量在國(guó) 內(nèi)外均呈上升趨勢(shì)。 1987 年 3 月，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織 食品添加劑專家聯(lián)合委員會(huì)第十九次會(huì)議，宣布取消對(duì)味精的食用限 量，再次確認(rèn)為一種安全可靠的食品添加劑1。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造的，自從 1956 年

2、日本協(xié)和發(fā)酵公司用發(fā)酵法生 產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)迅速發(fā)展，目前世界各國(guó)均以此法進(jìn)行生產(chǎn)。谷氨酸發(fā)酵是通氣發(fā)酵，也是我國(guó)目前通氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中，生產(chǎn)廠 家最多、產(chǎn)品產(chǎn)量最大的產(chǎn)業(yè) 2。該生產(chǎn)工藝和設(shè)備具有很強(qiáng)的典 型性，本文對(duì)味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備作簡(jiǎn)要介紹，以期有助于 了解通氣發(fā)酵工藝和主要設(shè)備的有關(guān)知識(shí)。設(shè)計(jì)內(nèi)容為，了解味精生產(chǎn)中的原料預(yù)處理、發(fā)酵、提取部分的 生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實(shí)際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流 程，并對(duì)流程中的原料進(jìn)行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備的選擇。最 后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容大體分成三部分，第一部分主要是味精生產(chǎn)的工藝 和設(shè)備選擇；第二

3、部分包括發(fā)酵罐、種子罐及空氣分過濾器的設(shè)計(jì)與 選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。因?yàn)槲业乃接邢?，加之?duì)先進(jìn)設(shè)計(jì)的了解甚少，設(shè)計(jì)中有好多 不足的地方敬請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。1 味精生產(chǎn)工藝1.1 味精生產(chǎn)工藝概述味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個(gè)工藝階段 :(1> 原料的預(yù)處理及淀粉 水解糖的制備。 (2>種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵。 (3>谷氨酸的提取。 (4> 谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四 個(gè)工藝階段 相對(duì)應(yīng)味精 生產(chǎn)廠家一般 都設(shè)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(duì)蒸汽的需求，同時(shí)還設(shè)置了動(dòng)力車間，利用鍋

4、爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生 產(chǎn)用水，還要設(shè)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(gè)生產(chǎn)需求部位 ：4 ： 0味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖10菌種原料空氣斜面培養(yǎng)預(yù)處理空氣壓縮機(jī)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)水解冷卻1 T種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)過濾氣液分離4h1過濾除菌淀粉水解糖*發(fā)酵I等電點(diǎn)調(diào)節(jié)配料除鐵1r過濾1f脫色1F濃縮結(jié)晶離心拌鹽粉碎干燥：干燥小結(jié)晶大結(jié)晶粉狀味精成品味精過濾離子交換處理粗谷氨酸母液圖粗谷氨酸溶液、工藝流程圖1.2原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備原料的預(yù)處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，中和制味精以便提高原料的利用 率，同時(shí)去除

5、固體雜質(zhì)，防止機(jī)器磨損。用于除雜的設(shè)備為篩選機(jī)， 常用的是振動(dòng)篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，使用方便。用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機(jī)外，還有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎 機(jī)。盤磨機(jī)廣泛用于磨碎大 M 、玉 M 、豆類等物料，而錘式粉碎機(jī) 應(yīng)用于薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用，輥式粉碎機(jī)主要用于粒狀 物料的中碎和細(xì)碎 3 。1.2.2 淀粉水解糖制備 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。因?yàn)楣劝彼嵘a(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(guó)內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。1.3 種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵種子擴(kuò)

6、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(nèi)設(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)任務(wù)。從試管斜面出發(fā)， 經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級(jí)乃至二級(jí)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。谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對(duì)其作高溫短 時(shí)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)。但因?yàn)樘且赫扯容^大，流動(dòng)性差，容易將維持管堵塞，同時(shí)真 空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應(yīng)用較少。發(fā)酵設(shè)備，國(guó)內(nèi)味精廠大多采用機(jī)械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐 體大小在50m3到200m3之間。對(duì)于發(fā)

7、酵過程采用人工控制，檢測(cè)儀 表不能及時(shí)反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進(jìn)程表現(xiàn)出波動(dòng)性，產(chǎn)酸率 不穩(wěn)定。因?yàn)楣劝彼岚l(fā)酵為通風(fēng)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(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器、油水分離器兩級(jí)處理，再 送入貯氣罐，進(jìn)而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌 后，送至 發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)因?yàn)榭諝鉂穸刃　囟鹊?，還可采 用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級(jí)冷卻設(shè)備 4。1.4 谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等電點(diǎn)離子交換法，國(guó)內(nèi)有些味精廠還 采用等電點(diǎn)鋅鹽法、鹽酸水解等電點(diǎn)法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。但存

8、在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng) 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。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(guó)內(nèi)許多廠家還采 用箱式烘房干燥，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低， 不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時(shí)間短，但干燥過程對(duì)味精光澤和外形有影 響，同時(shí)廠房建筑要求較高，這樣均不如振動(dòng)式干燥床應(yīng)用效果好402發(fā)酵罐及種子罐的設(shè)計(jì)與選型2.1味精工廠發(fā)酵車間

9、的物料衡算工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)<1 ）查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論P(yáng)326表3味精行業(yè)國(guó)家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：5，選用主要指標(biāo)如表 1表1味精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a15000< 味精）生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵，一次等電點(diǎn)提取年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)量t/a50產(chǎn)品質(zhì)量純度%99倒灌率%1.0發(fā)酵周期h48發(fā)酵初糖Kg/m 3150淀粉糖轉(zhuǎn)化率%95糖酸轉(zhuǎn)化率%48麩酸谷氨酸含量%90谷氨酸提取率%80味精對(duì)谷氨酸產(chǎn)率%112<2）主要原材料質(zhì)量指標(biāo)淀粉原料的淀粉含量為80%，含水 14%。<3 ）二級(jí)種子培養(yǎng)基<g/L ）水解糖25，糖蜜20，尿素3.5

10、，磷酸氫 二鉀1.0，硫酸鎂 0.6，玉 M漿510，泡敵 0.6，硫酸鎂 0.002，硫 酸亞鐵0.002。<4）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。<5 ）接種量為2%。谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算首先計(jì)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。<1 ）發(fā)酵液量V1y =1000 斗（150 汽 48% 漢 80% 漢 99% "12%）-15.66 m3式中150 發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度

11、 <kg/m 3）48% 糖酸轉(zhuǎn)化率80% 谷氨酸提取率99% 除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率112% 味精對(duì)谷氨酸的精制產(chǎn)率<2 ）發(fā)酵液配制需水解糖量G1以純糖算，G 二乂 150 =2349（kg）<3）二級(jí)種液量V2V2 =2%y =0.313 m3<4 ）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量G2G2 =25V2 = 7.83 m3式中25 二級(jí)種液含糖量 <kg/m 3）<5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量 G為：G 9 G2 = 2356.8 kg<6 ）耗用淀粉原料量理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G淀粉為：

12、G淀粉=2356.8 “ 80% 95% 111%=2793.7 kg式中80% 淀粉原料含純淀粉量95% 淀粉糖轉(zhuǎn)化率<7）尿素耗用量二級(jí)種液耗尿素量為 V3V3 =3射2 =1.1 kg發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為 V4V4 =40V 626.4 kg故共耗尿素量為627.5kg<8 ）甘蔗糖蜜耗用量二級(jí)種液耗用糖蜜量 V5V5 =20V2 =6.26 kg發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量 V6V6 =4V, =62.64 kg 合計(jì)耗糖蜜69.9kg<9）氯化鉀耗量GkciGkci =0.8/i12.53 kg<10）磷酸氫二鈉 <Na2HPO4 7H2O）耗量 G3G3 =0.2

13、匕=3.13 kg<11）硫酸鎂 <MgSO4 7H2O）用量 G4G4 =0.6V1 V2 =9.58 kg<12）消泡劑 <泡敵）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 < 麩酸）量發(fā)酵液谷氨酸含量為：G148% 1-1% =1116.2 kg實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸 <提取率80%）為：1116.2 80% =893 kg味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 由上述生產(chǎn)1000kg味精<100%純度）的物料衡算結(jié)果，可求得 15000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。具體計(jì)

14、算結(jié)果如表2物料名稱生產(chǎn) 1t 味精15000t/a 味精生產(chǎn)每日物料量100% )的物料量的物料量發(fā)酵液m3)15.662.35 X 105783二級(jí)種液m3)0.313469515.65發(fā)酵水解用糖23493.52 X 1071.17 X 105<kg )二級(jí)種培養(yǎng)用糖7.831.18 X 105391.5<kg )水解糖總量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、鉀kg )12.531.88 X 105626.5磷酸氫二鈉kg )3.134.70 X 104156.5硫酸鎂kg )9.581.44 X 105479泡敵kg9.41.40 X 105470植物油kg )23.53.53 X 1051175谷氨酸kg8931.34 X 107446502.2設(shè)備設(shè)計(jì)與選型發(fā)酵罐1 )發(fā)酵罐的選型選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐2 )生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 發(fā)酵罐容積的確定：選用200m3罐 生產(chǎn)能力的計(jì)算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精50t，谷氨酸的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間。則每天需糖液體積為V糖。每天產(chǎn)純度為 99%的味

16、精50t，每噸100%的味精需糖液 15.66m3V糖二 15.66 50 99%=775.17m3設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)© =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)。V。二V糖/© = 77517 =1107.4 m30.7 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230mVoTN10775.17 489.63 個(gè)V總©* 24230 0.7 24取公稱體積200 m3發(fā)酵罐11個(gè)，其中一個(gè)留作備用。 實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：230 0.7 5 300 =15580.6 t/a15.66 99%富裕量15580.6 -150003.

17、9% 15000能滿足產(chǎn)量要求<3）主要尺寸的計(jì)算：取高徑比H : D=2 : 1V全 二 V筒 2V封二 230m3；則有: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 ;封頭高：H 封=ha hb = 1300 mm封頭容積：V 封=16.4<m3 )圓柱部分容積：3V 筒=197m 3驗(yàn)算全容積V全:V全 二V筒 2V封 =197 2 16.4 = 229.8 m3符合設(shè)計(jì)要求，可行。<4 )冷卻面積的計(jì)算對(duì)谷氨酸發(fā)酵，每1m3

18、發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為 4.18 x 6000kJ/(m 3 h>。采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18 x 500 kJ/(m 3 h T >8。平均溫差 tm :代入 t 1 t 2 t m , t1In t232 °C 32 GCC °C C720 C 2 7 T125對(duì)公稱容量 tm 二葺"CIn 5200 m 的發(fā)酵罐，母天裝 5罐，母罐頭際裝液量為775.17 155m35換熱面積L Q 4.186000 "55ccc“ 3 vF232.5 mK tm 4.18 500 8<5)攪拌器計(jì)算選用六彎葉渦輪攪

19、拌器。該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系攪拌器葉徑D 5<、Di1.67 m33取 d=1.7<m )葉寬：B =0.2d 二 0.2 1.7 =0.34 m弧長(zhǎng):l =0.375d = 0.375 1.7 =0.64 m底距:D 5C1.7 m33盤踞：di =0.75Dj =0.75 1.7 =1.28 m葉弦長(zhǎng)：L =0.25Dj =0.25 1.7 =0.43 m葉距：Y =D =5 m彎葉板厚：S =12<mm )取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min。以等P0/V為基準(zhǔn)放大求得：，/'2/3N N

20、1 _!B丿一 c1.05 "|2/3. x一110 匯180(r/mi n)<1.7 丿<6）攪拌軸功率的計(jì)算淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。 計(jì)算RemRemD2N p式中 D 攪拌器直徑，D=1.7mN攪拌器轉(zhuǎn)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將數(shù)代入上式:Re m1.72 1.33 1050-31.3 1064= 3.1 10 >10視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7 計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率Po:Po = NPN3D5p式中Np在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7N

21、攪拌轉(zhuǎn)速，N=80r/mi n=1.33r/sD 攪拌器直徑，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兩擋攪拌：P0 =2P0 =176.4kW 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pga' P02 ND3 x°39Pg =2.25"0九宀礦（kW）IQ.丿式中P0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率vkW ）P02 176.43.1 104N軸轉(zhuǎn)速， N=80r/mi nD 攪拌器直徑 <cm），D3=1.73X 106=4.9 X 106Q通風(fēng)量 vml/min ），設(shè)通風(fēng)比 VVm=

22、0.110.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全?，F(xiàn)取 0.11 ;則 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 匯80 匯 4.9"06= 69.1 kWPgP電1.01123采用三角帶傳動(dòng)n 1=0.92 ；滾動(dòng)軸承n 2=0.99 ,滑動(dòng)軸承n3=0.98 ;端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得：69.1 求電機(jī)功率 P電:P電1.01= 78.2 kW0.92 0.99 0.98<

23、;7)設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算 空氣分布器：本罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑© 133 x 4mm。 擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 密封方式：本罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動(dòng)靜問題。 冷卻管布置：采用豎式蛇管I最高負(fù)荷下的耗水量 WW =CP t2 7式中 Q總一一每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時(shí)，1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積Q 總=4.18 6000 155 =3.89 106 kJ/hc p冷卻水的比熱容，4.18kJ/<kg K)t 2冷卻水終溫，t2=27 °Ct 1冷卻水初溫，t1=20 C將各值代入上式3.89 疋106W4.1827-20= 1.

24、33 105 kg/h =36.9 kg/s冷卻水體積流量為3.69 x 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(xué)方程式，冷卻管總截面積S總為：Ws總=v式中 W冷卻水體積流量，W=3.69 x 10-2m3/sV冷卻水流速，v=1m/s代入上式:3.69 10 工12 2-3.69 10 m進(jìn)水總管直徑：3.69 10,0.7850.785=0.217 mn冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為n,則:取n=8,求管徑。由上式得：S總，管徑d0，組數(shù)為d°S總n 0.7853.69 10, :8 0.785=0.077 m查金屬材料表選取 © 8

25、9 x 4mm無縫管9小內(nèi)=81mm g=5.12kg/md內(nèi) ad°d平均=80mm?，F(xiàn)取豎蛇管圈端部 U型彎管曲徑為600mm，兩端彎管總長(zhǎng)度為10:10 二二D =3.14 600 =1884 mm川冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算：由前知冷卻管總面積2F = 232.5m現(xiàn)取無縫鋼管© 89 x 4mm，每M長(zhǎng)冷卻面積為認(rèn)為可300mm，F(xiàn)0 =3.14 0.08 1 二 0.25 m2滿足要求，則兩直管距離為則：冷卻管占有體積:FL 二F。232.50.25-930 m2耳 3V =0.785 0.089930 =5.8 mIV每組管長(zhǎng)L0和管組高度：S 丄二空=77.5mn

26、12另需連接管8m :L實(shí)=L 8 = 9308 = 938 m可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭3250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m，貝總占有體積為V總二v液 V管-V附件.rO= 155 5.8 0.5 =161.3m則筒體部分液深為:5 -V封空""4 m0.785 5豎式蛇管總高H 管二 7.40.25 =7.7 mh = H 管 - 600 =7700 - 600 =7100 mm又兩端彎管總長(zhǎng) 則直管部分高度:I0=1884mm，兩端彎管總高為 600mm ,則一圈管長(zhǎng)：丨=2h 10 =2 71001884 = 16084 mmV每

27、組管子圈數(shù)n°:n0=5 圈l 16.1現(xiàn)取管間距為2.5D外=2.5 0.089 = 0.22 m，豎蛇管與罐壁的最小 距離為0.15m，則可計(jì)算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi) < 不小于 200mm ）。W .校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：卩實(shí)=二d平均* L實(shí)= 3.14 0.08 938= 235.6 m2而前有F=232.5m 2, F實(shí) F ,可滿足要求。<8 )設(shè)備材料的選擇10選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。<9)發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚SPQ、SC <cm)2k # _ P式中 P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0

28、.4MPa D 發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm(T=127MPaA3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，© 焊接縫隙，© =0.7C壁厚附加量<cm)C =C1 C2 C3式中CCC1鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm2為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mm3加工減薄量，現(xiàn)取C3=0C =0.8 20 =2.8 mm1=0.28 cmS0.28 =1.4 cm2 127 0.7 -0.414mm厚A 3鋼板制作。封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式PQ選用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 ）接管設(shè)計(jì) 接管的長(zhǎng)度h設(shè)計(jì)：各接管的長(zhǎng)度 h根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取 100200mm。 接管直徑的確定：按排料管計(jì)算：該罐實(shí)裝醪量155m3，設(shè)4h之內(nèi)排空，則物料體積流量Q1550.0108 m3/s3600 4發(fā)酵醪流速取v=1m/s。則排料管截面積為F物。Q 0.01082F 物0.011 mv1F物二 0.785d2管徑：/ F物0.011.一丫 0.785 ¥ 0.785 . m取無縫管© 133 x 4mm , 125.mm118mm，認(rèn)為合適。按通風(fēng)管計(jì)算，壓縮空氣在0.4

30、MPa下，支管氣速為2025m/s。現(xiàn)通風(fēng)比 0.10.18vvm，為常溫下 20°C，0.1MPa下的情 況，要折算0.4MPa、30 C 狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值， Q1 =155 0.1 28 m3/min = 0.46 m3 / s。利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量QfQf二 0.460.10.35273 30273 200.14 m3/s取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積 Ff為FfQf0.1425= 0.0056 m2Ff =0.785d 氣則氣管直徑d氣為:0.00560.785=0.084 m因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取© 133 x 4mm無縫管，

31、可滿足工藝要求。排料時(shí)間復(fù)核：物料流量Q=0.0108m 3/s，流速v=1m/s ;管道截面積：2 2F =0.785 0.125 二 0.0123 m ,在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流 速比為p = Q = 0.。108“88 倍Fv 0.0123 1排料時(shí)間：t=2 0.88 =1.8 h<11 ）支座選擇選用裙式支座種子罐發(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(kuò)大 至一級(jí)乃至二級(jí)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。<1 ）二級(jí)種子罐容積和數(shù)量的確定2%計(jì)算，則種子罐容積 V種2二級(jí)種子罐

32、容積的確定：接種量為為：V種2 二V總 2% =230 2% = 4.6 m3式中 V總發(fā)酵罐總?cè)莘e<m3） 二級(jí)種子罐個(gè)數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上5罐，需二級(jí)種子罐6個(gè)。種子罐培養(yǎng) 8h，輔助操作時(shí)間810h，生產(chǎn)周期 1618h，因此，二級(jí)種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。 主要尺寸的確定種子罐仍采用幾何相似的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。H : D=2 : 1，則種子罐總?cè)莘e量 V'總為：- Vw ' 2Va簡(jiǎn)化方程如下：二 323V總=2 D30.785D2 2D =4.6 m324整理后1.57D30.26D3 二 4.6解方程得D=1.4m則H=2

33、D=2 X 1.4=2.8<m )查得封頭高H'封H 封 二 35025 二 375 mm罐體總高H'罐:日罐=2H 封十 H筒=2 漢375+ 2800 = 3550(mm)單個(gè)封頭容量：3V'封=0.398<m 3)封頭表面積：2S 封=2.23m圓筒容量：23V筒 =0.785D2D = 4.31 m不計(jì)上封頭容積：'3V有效=V封 + V = 4.13+0.398 = 4.53(m )校核種子罐總?cè)莘e V'總：總=2V封 + 筒=2 匯 0.398+ 4.13 = 4.93m3 )比需要的種子罐容積 4.6 m3大，可滿足設(shè)計(jì)要求。

34、冷卻面積的計(jì)算采用夾套冷卻I發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量:Q總=4.18 6000 155 2%= 7.78 104 kJ/hn夾套傳熱系數(shù)：2K =4.18 150 250 kJ / mJC現(xiàn)取 K=4.18 x 220kJ/<m 2 h C)IH平均溫差：發(fā)酵溫度32 C；水初溫 2023 C,取23 C；水終溫27 C,則平均溫差：W需冷卻面積F:7.78 1044.18 220 7=12.1m2V核算夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度:靜止液體浸沒筒體高度:SI-0.39： =76mS 罐 0.785 1.4液深：Hl =H 封 Ho =375 1760 =2135 mm夾套可能實(shí)現(xiàn)的冷卻

35、面積為封頭表標(biāo)面積S封與圓筒被液體浸沒的筒體為表面積S筒之和：S = Sw 気=dH 0 S 封= 3.14 1.4 1.76 2.23 =13.6 m2夾套高度應(yīng)不高于動(dòng)態(tài)時(shí)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。綜上，傳熱需要的面積 F=12.1(m 2>該設(shè)計(jì)夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6 m2S夾F，可滿足工藝要求。 設(shè)備材料的選擇 采用A3鋼制作 壁厚計(jì)算I夾套內(nèi)罐的壁厚2.6ED式中D設(shè)備的公稱直徑，140cmm 外壓容器的穩(wěn)定系數(shù)，與設(shè)備的起始橢圓度有關(guān)，在我 國(guó)，m=3P 設(shè)計(jì)壓力，與水壓有關(guān)， P=0.4MPaE 金屬材料的彈性模量9，對(duì)A3鋼E

36、=2 X 105MPaC 壁厚附加量，C=Ci+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18L 筒體長(zhǎng)度，L=110cm將數(shù)值代入公式：S =1403 0.4 11026X2X105 "40丿=0.89 cm0.40.18取9mmn封頭的厚度s封：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論 圓封頭最大需用內(nèi)部壓力P317表16碳鋼橢i對(duì)于上封頭，取 S 封 =6mmii對(duì)于下封頭，取 S 封 =8mm川冷卻外套壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論 低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定 S套=5mmIV外套封頭壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論P(yáng)314表13碳鋼與普P316表15橢圓形封頭 VJBH54 73)，確定 S 套封=6m

37、m 設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)I擋板：根據(jù)全擋板條件， 式中 B擋板寬度旦 -0.5DB = <0.1-0.12 ) D=0.1X 1400=140mmD罐徑 D = 1400mmZ 擋板數(shù):60.5- 0.5 1400 =5B140取Z = 6塊攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器直徑：Di = 0.30.35D現(xiàn)?。篋j =0.35D =0.35 1400 =490m葉片寬度：h =0.2Dj = 0.2 1400 = 280mm弧長(zhǎng)：r = 0.375Di =0.375 1400 = 525mm盤徑：= 0.75Di =0.75 1400 = 1050mm葉弦長(zhǎng)：丨=0.25Dj =0.25 14

38、0 350mm攪拌器間距:Y 二 Dj = 490mm底距：b = 490mm攪拌器轉(zhuǎn)速N2，根據(jù) 50L 罐，470r/min，使用為基準(zhǔn)放大,50L 罐攪拌器直徑Ni = 470r/min ,Di=112mmN2 二 N1-22/3= 470(490 丿兩擋攪拌。川攪拌軸功率的計(jì)算淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。 i計(jì)算RemD2N pRe m =(i式中 D攪拌器直徑，D=0.49m176N = = 2.93（r / s）N 攪拌器轉(zhuǎn)速，60醪液密度，p =1050 kg/m 32醪液粘度，卩=1.3 x 10-3N s/m將數(shù)代入上式：2Re m0.492.93 105054

39、35.68 10 >101.3 10視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7ii計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率P0:P。二 NpN3D5p式中Np在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7N 攪拌轉(zhuǎn)速， N=176r/mi n=2.93r/sD攪拌器直徑，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兩擋攪拌P0 =2P0 =7kWiii計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率PgPg =2.25 10°/23Po ND0.39Q0.08kW式中P0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率 <kW ）， P。=7 = 49N 軸轉(zhuǎn)速，

40、 N=176r/mi nD 攪拌器直徑 <cm ），D3=0.493 x 106=1.12 x 105，取低Q通風(fēng)量 vml/min ），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.110.18限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全?，F(xiàn)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求電機(jī)功率P電:Pg1.01采用三角帶傳動(dòng)n 1=0.92 ；滾動(dòng)軸承n 2=0.99 ,滑動(dòng)軸承n3=0.98 ;端面密封增加功率

41、為 1%;代入公式數(shù)值得:4.830.92 0.99 0.981.01 =5.47 kWIV進(jìn)風(fēng)管：該管距罐底 2560mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。 通風(fēng)管管徑計(jì)算：設(shè)罐壓0.4MPa ,發(fā)酵溫度t=32 C,風(fēng)速v=20m/s，通風(fēng)量為 0.18VVm ,常壓下t0=20 C,送風(fēng)量 V為：V =3.1 0.18 =0.56 m3/min將通風(fēng)換算成工作狀態(tài)，求通風(fēng)管直徑d1v 站 273 “P 273+100.785 v 600.560.13050.785 20 600.4293 丸.012 m = 12 mm圓整，查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，P313表12，無縫鋼管(YB231-70，管

42、徑采用 25 x 3mm ,內(nèi)徑 25-2 x 3=19 mm 大于 12 mm，可滿足生產(chǎn)要求。W進(jìn)出物料管：該管為物料進(jìn)口，管底距罐底2560mm之間，現(xiàn)取20min送完3.1m3物料30mm向下單管。按輸送物料算:則物料流量為3 13V物0.0026m3/s20偵管道截面為F,物料流速為 v=0.51m/s，現(xiàn)取v=0.5m/s，貝V物0.0026/ 2 、F -0.0052 mv 0.500052 "08 m設(shè)管徑為:"飛 0.785 一 0.785圓整，查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，P313表12，無縫鋼管(YB231-70，管徑采用 108 x 4mm ,內(nèi)徑 108

43、-2 X 4=100 mm 大于 80 mm，可滿足生產(chǎn)要求。4VD冷卻水管：由前知需冷卻熱量Qmax =7.78 10 kJ/h，冷卻水溫變化23 C 27°C,，水比熱容 Cw =1 4.18kJ / kg7.78 104則耗水量W為：W Q4653 kg / h129250.64 mCwlJ4.18 27 -23d =取水流速v=4m/s ;則冷卻管直徑為 4 °.785 支座選型選用支撐式支座<2) 一級(jí)種子罐 一級(jí)種子罐的選型選用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐 一級(jí)種子罐容積和數(shù)量的確定種子罐容積的確定：接種量按 2%計(jì)算，則種子罐容積 V種1為V種4 =V種2 2%

44、=4.6 2% =0.092 m3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(nèi)徑400mm，圓柱高 800mm，圭寸頭高 125mm，罐體總高 1050mm , 封頭容積11.5L，圓柱部分容積 100L，不計(jì)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。一級(jí)種子罐個(gè)數(shù)的確定：一級(jí)種子罐與二級(jí)種子罐對(duì)應(yīng)上料。二 級(jí)種子罐平均每天上 5罐，需一級(jí)種子罐6個(gè)。種子罐培養(yǎng) 8h，輔助操作時(shí)間810h，生產(chǎn)周期1618h，因此，一級(jí)種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。223空氣分過濾器<1 ）二級(jí)種子罐分過濾器：二級(jí)分過濾器風(fēng)量的計(jì)算：013051*

45、 3* 3V =3.1 0.180.0024 m3/s = 0.144 m3/min0.4 293 60查生物項(xiàng)目設(shè)備P389表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技術(shù)特性，選用JLS-D-025型空氣過濾器，過濾能力0.25m 3/min，外型尺寸© 75 x 520mm,重量5kg，進(jìn)出口管徑© 20 X 20，與種子罐進(jìn)風(fēng)口 不一致，可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.25m3/min大于 0.144m 3/min，能滿足生產(chǎn)要求。數(shù)量與二級(jí)種子罐數(shù)量一致，共6只。<2 ）一級(jí)種子罐分過濾器：一級(jí)分過濾器風(fēng)量的計(jì)算：V =0.092 0.18 01 305 丄 0.0

46、00071 m3/s = 0.0043 m3 / min0.4293 60查生物項(xiàng)目設(shè)備P389表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技術(shù)特性，選用JLS-D-001型空氣過濾器，過濾能力0.01m 3/min，外型尺寸© 22x 150mm,重量0.2kg，進(jìn)出口管徑 © 6X 1,與種子罐進(jìn)風(fēng)口 不一致，可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.01m3/min大于 0.0043m 3/min，能滿足生產(chǎn)要求。數(shù)量與一級(jí)種子罐數(shù)量一致，共6只。<3 ）發(fā)酵罐分過濾器分過濾器濾層直徑計(jì)算:D濾層式中V通過發(fā)酵罐分過濾器的空氣流量<0.4MPa下）V =155 0.18 0

47、.1 305-0.12 m3/s0.4293 60Vs 通過分過濾器的氣速，現(xiàn)取0.2m/s則分過濾器直徑：D濾層4 0.123.14 0.2=0.874 mD過濾器=1.11.3D濾層O現(xiàn)?。篋過濾器-1.3D濾層=30.874 - 1.136 m查金屬材料表，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值:D過濾器=1200mm 分過濾器的壁厚：設(shè)計(jì)壓力P=0.5MPa0.5 90.00.28 二 0.53 cm取 S=6mm。 進(jìn)出氣管：進(jìn)出氣管直徑可取與設(shè)備通風(fēng)管一致，即© 133 X 4無縫管 數(shù)量：分過濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個(gè)，共需11臺(tái)。 濾層厚度：同種子罐，分過濾器56層超細(xì)玻璃纖維濾紙，經(jīng)樹脂處理過使用。 分過濾器高度：h筒=1.5 D過濾器=1.5 1200 =1800 mmh錐=1.5 D過濾器=1.5 1200 =1800 mm