產(chǎn)萬(wàn)噸味精發(fā)酵車(chē)間設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 1 / 29 年產(chǎn) 1.51.5 萬(wàn)噸味精工廠發(fā)酵車(chē)間設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(zhuān)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 ：廠。早期味精是由酸法 水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造的，

2、自從 1956年日本協(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)。 b5E2RGbCAP 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)。 p1EanqFDPw 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(lái)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(huà)出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。 DX

3、DiTa9E3d 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；第二部分包括發(fā)酵罐、種子罐及空氣分過(guò)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。 RTCrpUDGiT 由于我的水平有限，加之對(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 1 味精生產(chǎn)工藝 1.11.1 味精生產(chǎn)工藝概述 味精生產(chǎn)全過(guò)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。 5PCZVD7HXA 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(chē) 間、發(fā)酵

4、車(chē)間、提取車(chē)間和精制車(chē)間作為主要生產(chǎn)車(chē)間。另外，為保個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 2 / 29 障生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)蒸汽的需求，同時(shí)還設(shè)置了動(dòng)力車(chē)間，利用鍋爐燃燒 產(chǎn)生蒸汽，并通過(guò)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(guò)濾系統(tǒng)處理，通過(guò)供 水管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位 ：。jLBHrnAlLg 味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見(jiàn)圖 1。 圖I粗谷氨酸溶總工藝流程圖 1.21.2 原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備 菌種 原料 空氣 r 1 f 1 f 斜面培養(yǎng) 預(yù)處理 空氣壓縮機(jī) 水解 冷卻 除鐵 種子罐擴(kuò)大培養(yǎng) 發(fā)酵 I 等電點(diǎn)調(diào)節(jié) 過(guò)濾除菌 1 r 脫色 離心 大

5、結(jié)晶 粗谷氨酸 粗谷沉 拌鹽粉碎 干燥 T T 干燥 離子交換處理 母液 成品味精 過(guò)濾 以便提高原料的利用 率，同時(shí)去除固體雜質(zhì)，防止機(jī)器磨損。用于除雜的設(shè)備為篩選機(jī)， 中和制味精 搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng) 過(guò)濾 氣液分離 淀粉水解糖 1 F 過(guò)濾 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 3 / 29 1.2.11.2.1 原料的預(yù)處理 卄 此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)， 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。 XHAQX74J0X 用于原料粉碎的設(shè)備除盤(pán)磨機(jī)外，還有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎 機(jī)。盤(pán)磨機(jī)廣泛用于磨碎大 M、玉M、豆類(lèi)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，

6、輥式粉碎機(jī)主要用于粒狀 物料的中碎和細(xì)碎3： O LDAYtRyKfE 1.2.21.2.2 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(guò)程稱(chēng)為淀粉的糖化，所制 得的糖液稱(chēng)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(guó)內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。 Zzz6ZB2Ltk 1.31.3 種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵 種子擴(kuò)大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過(guò)程所需的大量種子， 發(fā)酵車(chē)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

7、產(chǎn)種子 dvzfvkwMI1 谷氨酸發(fā)酵開(kāi)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一維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng) 外，還可采用噴射加熱器一維持管一真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌 系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動(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 rqyn14ZNXI 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)酵過(guò)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。 EmxvxOtOco 由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過(guò)程，

8、需供給無(wú)菌空氣，所以發(fā)酵車(chē) 間還有一套空氣過(guò)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(guò)濾器和纖維分過(guò)濾器除菌 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(guò)濾流程，省去一級(jí)冷卻設(shè)備 。SixE2yXPq5 1.41.4 谷氨酸的提取 谷氨酸的提取一般米用等電點(diǎn)一離子交換法，國(guó)內(nèi)有些味精廠還 采用等電點(diǎn)一鋅鹽法、鹽酸水解一等電點(diǎn)法及離子交換膜電滲析法提 取谷氨酸。但存在廢水污染大，生個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 4 / 29 產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問(wèn)題，應(yīng) 用

9、上受到限制。6ewMyirQFL 1.51.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工 精制車(chē)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(guò)程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱， 利用離子交換樹(shù)脂的吸附色素。味精的干燥過(guò)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(guò)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 。kavU42VRUs 2 2 發(fā)酵罐及種子罐的設(shè)計(jì)與選型 2.12.1 味

10、精工廠發(fā)酵車(chē)間的物料衡算 2.1.12.1.1 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 P326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(chēng) 單位 指標(biāo)數(shù) 生產(chǎn)規(guī)模 t/a 15000 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/a 300 產(chǎn)品日產(chǎn)量 t/a 50 產(chǎn)品質(zhì)量 純度% 99 倒灌率 % 1.0 發(fā)酵周期 h 48 發(fā)酵初糖 Kg/m 3 150 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

11、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，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。 y6v3ALoS89 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。M2ub6vSTnP 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 5 / 29 5 ）接種量為2%。 2.1.22.1.2 谷氨酸發(fā)酵車(chē)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

12、原輔材料及 其他物料量。 1 ）發(fā)酵液量V y =1000+（150域 48% 漢 80% 漢 99% 12%） = 15.66 m3 式中150 發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度 kg/m3） 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， G1 -V1 150=2349（kg） 3）二級(jí)種液量V2 V2 =2%V 0.313 m3 4 ）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 G2 二 25V2 二 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：

13、 G F +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： G淀粉=2356.8“ 80% 95% 111% 二 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 V3 V3 = 3.5V2 = 1.1 kg i 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 6 / 29 發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為 V4 V4 =40% =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 V5 V5 = 20V2 二 6.26 kg 發(fā)酵培養(yǎng)基

14、耗糖蜜量 V6 V6 =62.64 kg 合計(jì)耗糖蜜69.9kg 9）氯化鉀耗量GKCI GK。=0.時(shí)125盹） 10）磷酸氫二鈉 Na2HPO4 7H2O）耗量 G3 G3 =0.2V3.13kg 11）硫酸鎂 MgSO4 7H2O）用量 G4 G4 =0.6 +V2 ）=9.5&kg ） 12）消泡劑 泡敵）耗用量 G5 G5 =0.6乂 =9.4（kg ） 13）植物油耗用量G6 G6 =1.5 = 23.5kg） 14）谷氨酸 麩酸）量 發(fā)酵液谷氨酸含量為： G 48% 1 -1% 1=1116.2 kg 實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸 提取率80%）為： 1116.2 80% =893

15、kg 2.1.315000t/a2.1.315000t/a 味精廠發(fā)酵車(chē)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(chē)間的物料平衡計(jì)算。 0YujCfmUCw 具體計(jì)算結(jié)果如表2 表2 15000t/a味精廠發(fā)酵車(chē)間的物料衡算 物料名稱(chēng) 生產(chǎn) 1t 味精 100% ）的物料量 15000t/a 味精生產(chǎn) 的物料量 每日物料量 發(fā)酵液m3） 15.66 2.35 X 105 783 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 7 / 29 二級(jí)種液m3） 0.313 4695 15.65 發(fā)酵水解用糖 2349 3.52 X 107 1.17 X

16、105 kg ) 二級(jí)種培養(yǎng)用糖 7.83 1.18 X 105 391.5 kg ) 水解糖總量kg ） 2356.8 3.53 X 107 1.18 X 105 淀粉（kg 2793.7 4.19 X 107 1.40 X 105 尿素 或液氨） 627.5 9.41 X 106 3.14 X 104 糖蜜kg ) 69.9 1.05 X 106 3495 氯化鉀kg ） 12.53 1.88 X 105 626.5 磷酸氫二鈉kg ） 3.13 4.70 X 104 156.5 硫酸鎂kg ） 9.58 1.44 X 105 479 泡敵kg 9.4 1.40 X 105 470 植物油

17、kg ） 23.5 3.53 X 105 1175 谷氨酸kg 893 1.34 X 107 44650 2.22.2 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 2 2.2.1.2.1 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%的味精50t，每噸100% 的味精需糖液 15.66m 3eUts8ZQVRd V糖=15.66 50 99%=775.17m3 設(shè)發(fā)酵

18、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）。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 230 8 / 29 775 17 3 V0 =-V糖/ 1107.4 m 0.7 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱(chēng)體積為 200m3的發(fā)酵罐，總體積為 3 m 3 3 1.57D 0.26D =230 D =3 箸 5.004 m 取 D=5m H=2D=10m ; H 封=ha hb =1300 mm V 封=16.4m3 ) 圓柱部分容積: V0T V 總* 24 775.17 48 230 0.7 24 = 9.63 個(gè) 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 230 9 / 29 取公稱(chēng)體積2

19、00 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 江 0 7 X 5 , 5 300 =15580.6 t/a 15.66 99% 富裕量 能滿足產(chǎn)量要求 3）主要尺寸的計(jì)算：取高徑比 H : D=2 : 1 V全 二 V筒 2V封二 230m3; 則有: 2 n 3 V全 =0.785D 2D D 2=230 24 H=2D ;15580.6 -15000 15000 -3.9% 解方程得： 封頭高： 封頭容積： 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 10 / 29 驗(yàn)算全容積V全: 3 V 筒=197m 2V封 =197 2 16.4 = 229.8 m3 符合設(shè)計(jì)要求，可行。 5。

20、 采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值 平均溫差 tm : sQsAEJkW5T K=4.18 X 500 kJ/(m 3 hC 8。 t 1 - t 2 . t1 In t2 32 C 32 C 20 C 2 7 C 12 5 tm 代入 對(duì)公稱(chēng)容量 tm 二15 =8C m 12 ln 5 200 m 3的發(fā)酵罐，每天裝 5罐，每罐實(shí)際裝液量為 775衛(wèi)=155m3 5 換熱面積 Q 4.18 6000 155 3 232.5 m K tm 4.18 500 8 5）攪拌器計(jì)算選用六彎葉渦輪攪拌器。 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-vr1.67m 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)

21、習(xí)使用 3 11 / 29 取 d=1.7m ) 葉寬： B = 0.2d = 0.2 1.7 = 0.34 m 弧長(zhǎng)： l =0.3750.375 1.7 = 0.64 m 底距： D 5 C 1.7 m 3 3 盤(pán)踞： dj=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： 丫二 D =5 m 彎葉板厚： S =12mm ) 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：GMsIasNXkA fD f/3 N N1 1 lD2丿 z

22、2/3 = 110漢 105 =80(r/min ) 1.7 丿 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: P0 = NPN3D5P 式中Np -在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù) 4.7 N 攪拌轉(zhuǎn)速，N=80r/mi n=1.33r/s D 攪拌器直徑， D=1.7m 醪液密度，p =1050kg/m 3代入上式： P0 = 4.7 1.333 1.75 1050 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 Pg 廣 2 3 f.39 Pg =2.250九 (kW) I Q 丿 式中 P0 - 不通風(fēng)時(shí)

23、攪拌軸功率kW ) P02 =176.42 =3.1 104 N - 軸轉(zhuǎn)速， N=80r/mi n D 攪拌器直徑 cm)，D3=1.73X 106=4.9 X 106 Q- 通風(fēng)量 vml/min )，設(shè)通風(fēng)比 VVm=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 ； TlrRGchYzg 則 Q=155 X 0.11 X 106=1.7 X 107ml/min ) Q0.08 =(1.7勺07 f08 =3.79 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 13 / 29 代入上式:個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 14 / 29 = 69.1 kW 求電機(jī)功率 P電： Pg

24、P電 1.01 電 7-廠站 1 2 3 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n 3=0.98 ；端面密封增加功率為 1%；代入公式數(shù)值得：7EqZcWLZNX 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(wèn)題。 冷卻管布置：采用豎式蛇管 I最高負(fù)荷下的耗水量 W CP 七2 - t1 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/

25、h c p冷卻水的比熱容， 4.18kJ/kg K) t 2冷卻水終溫，t2=27 C t 1冷卻水初溫，t1=20 C 將各值代入上式 “ 3.89 06 W 4.18 27-20 = 1.33 105 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 Pg = 2.25 10” Z 4 3.1x10 x80 x4.9x10 6 039 3.79 69.1 0.92 0.99 0.98 1.01 =78.2 kW S 總為：lzq7IGf02E 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 15 / 29 速為1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面

26、積個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 16 / 29 S總二 v 式中W冷卻水體積流量, V 冷卻水流速， v=1m/s 代入上式： = 3.69 10, m2 進(jìn)水總管直徑 | S、 3.69x10, d總= 0.785 0.785 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: d平均-80mm 。 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(zhǎng)度為 丨0: l0 = 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 F = 232.5m2 現(xiàn)取無(wú)縫鋼管 89 x 4mm，每M長(zhǎng)冷卻面積為 o o W

27、=3.69 x 10 m3/s -0.217 m S總，管徑d0，組數(shù)為 d n 0.785 3690, V 8 7.785 = 0.077 m 查金屬材料表選取 89 x 4mm 無(wú)縫管9 d內(nèi)=81mm g = 5.12kg /m d內(nèi) d0 ,認(rèn)為可滿足要求， 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 17 / 29 F0 =3.14 0.08 1 = 0.25 m2個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 18 / 29 冷卻管占有體積： 2 r 3 V = 0.785 0.089 930 二 5.8 m IV每組管長(zhǎng)L0和管組高度： 另需連接管8m : L實(shí)二 L 8=930 8=938m 可排豎式直蛇管的高度

28、，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭 250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m3,貝總占有體積為 zvpgeqJIhk 7總=V液7管 V附件 3 -155 5.8 0.5=161.3m 則筒體部分液深為: 豎式蛇管總高 H 管=7.4 0.25 =7.7 m 又兩端彎管總長(zhǎng)1。= 1884mm,兩端彎管總高為 600mm , 則直管部分高度: h=H管 -600 =7700-600=7100 mm 則一圈管長(zhǎng)： I =2h 10 =2 7100 1884 = 16084 mm V每組管子圈數(shù)n: Fo 232.5 0.25 -930 m L0 L 930 n 一 12 = 77.5 m V總

29、一V封 S 161.3-16.4 0.785 52 =7.4 m 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 19 / 29 門(mén) 直二775 =5圈 I 16.1個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 20 / 29 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 ）。 NrpoJac3v1 W .校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積： F實(shí)二d平均L實(shí) = 3.14 0.08 938 = 235.6 m2 而前有F=232.5m2, 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。

30、9）發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚 PQ 、 冷 +C cm） 2 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=0.4MPa D 發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)， D=500cm A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力， 焊接縫隙， =0.7 C - 壁厚附加量cm） C C2 C3 式中 C1 - 鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取 C1=0.8mm C 2 - 為腐蝕余量，現(xiàn)取 C2=2mm C 3加工減薄量，現(xiàn)取 C3=0 C = 0.8 2 0 = 2.8 mm 二 0.28 cm 0.4 x 500 丄 ,、 S 0.28 =1.4 cm 2 127 0.7 -0.4 選用14mm厚A3鋼板制作。 封頭壁厚計(jì)算

31、： 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式 5如下： PQ(T=127MPa C cm) 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 21 / 29 式中 P=0.4MPa D=500cm (T=127MPa C=0.08+0.2+0.1=0.38cm ) =0.7 S 04 400 0.38 =1.5 cm 2 127 0.7 -0.4 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(wú)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 Q 155 0.0108 m3/s 3600 x 4 發(fā)酵醪流速取 v=1m/s。則排

32、料管截面積為 F物。 Q 0.0108 2 F 物 0.011m v 1 2 管徑： . F物 (0.011 c 一&、 d 0.118 m V 0.785 V 0.785 取無(wú)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0.4MPa下，支管氣速為 2025m/s?，F(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 0.18 = 28 m3 / min =0.46m3/s。1nowfTG4Ki 利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量 Qf 二 0.78

33、5d Qf = 0.46 0.1 273 30 - - 0.35 273 20 二 0.14 m3/s 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 22 / 29 取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積 Ff為個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 23 / 29 管，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： F =0.785 0.125 0.0123 m2 , 在相同的流速下，流過(guò)物料因管徑較原來(lái)計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流 速比為 P = Q = 0.0108 “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

34、裙式支座 2.2.22.2.2 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。 fjnFLDa5Zo 1 ）二級(jí)種子罐容積和數(shù)量的確定 二級(jí)種子罐容積的確定：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em3） 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Ff Qf v 0.14 25 2

35、 = 0.0056 m Ff = 0.785d 氣 則氣管直徑d氣為: d氣二 .0056 .0.785 二 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(wú)縫 2%計(jì)算，則種子罐容積 V種2 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 24 / 29 個(gè)備用。tfnNhnE6e5 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： V總二V筒2V封 簡(jiǎn)化方程如下: V總=2 刃D3 0.785D2 2D = 4.6 m3 1.57D3 0.26D3 =4.6 D=1.4m H=2D=2 X 1.4=2.8m ) 查得封頭高

36、H封 H封=350 25 =375 mm 罐體總高H罐: H 罐=2H 封 H 筒=2 375 2800 二 3550 mm 單個(gè)封頭容量： 3 V封=0.398m ) 封頭表面積： 2 S 封=2.23m 圓筒容量： 2 / 3 V筒 =0.785D 2D 二 4.31 m 不計(jì)上封頭容積： V有效=V封 + 7筒=4.13+ 0.398 = 4.53(m3 ) 整理后 解方程得 則 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 25 / 29 校核種子罐總?cè)莘e V總:個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 26 / 29 3 “總=2V封 + V = 2 漢 0.398 十 4.13 = 4.93(m ) 比需要的種子

37、罐容積 4.6 m3大，可滿足設(shè)計(jì)要求 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/h n夾套傳熱系數(shù)： K -4.18 150250 kJ / m2 h JC 現(xiàn)取 K=4.18 x 220kJ/ 液深： HL = H封 H0 =375 1760 =2135 mm V醪- V封 0 - S罐 夾套可能實(shí)現(xiàn)的冷卻面積為封頭表標(biāo)面積 S封與圓筒被液體浸沒(méi)的 筒體為表面積S筒之和： 7.78 104 4.18 220 7 = 12.1m2 3.1-0.398 0.785 1.42 =1.76 m 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用

38、27 / 29 該設(shè)計(jì)夾套能提供的冷卻面積為 S夾=13.6 m S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 F J.4 廣 mPL ! (2.6ED 丿 式中D - 設(shè)備的公稱(chēng)直徑，140cm m 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=3 P 設(shè)計(jì)壓力，與水壓有關(guān)， P=0.4MPa E 金屬材料的彈性模量9，對(duì)A3鋼E=2 X 105MPa C=C 1+C2+C 3=0.08+0.1+0=0.18 L 筒體長(zhǎng)度，L=110cm 將數(shù)值代入公式： 3 乂 0 4X10 x04 3 0.4 1 0.18 )2 10 140 = 0.

39、89 cm 取9mm n封頭的厚度s封：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論 P317表16碳鋼橢 圓封頭最大需用內(nèi)部壓力 i對(duì)于上封頭，取 S 封 =6mm ii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=5mmHbmVN777sL IV外套封頭壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論 頭 VJBH54 73)，確定 S 套封=6mm V7l4jRB8Hs 設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)C 壁厚附加量, S =140 P314表13碳鋼與普 P316表15橢圓形封 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 28 / 29 Z =0.5 I擋板：根據(jù)全擋板條件， D 式中 B 擋板寬

40、度 B = 0.1-0.12 ) D=0.1 X 1400=140mm 取Z = 6塊 n攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器 直徑： Di = 0.30.35D 現(xiàn)?。?Dj = 0.35D = 0.35 1400 = 490mm 葉片寬度： h =0.2Dj =0.2 1400 = 280mm 弧長(zhǎng)： r =0.375Dj =0.375 140 525mm 盤(pán)徑： = 0.75Dj =0.75 1400 = 1050mm 葉弦長(zhǎng)： l =0.25Di =0.25 1400 = 350mm 攪拌器間距: 丫二 Dj 二 490mm 底距： b 二 490mm 攪拌器轉(zhuǎn)速 N2，根據(jù)50L罐，470r

41、/min，使用P/V為基準(zhǔn)放大 ，50L 罐 N1 = 470r/min , 83icPA59W9 攪拌器直徑Di=112mmD 罐徑 Z 擋板數(shù)： D = 1400mm = 0.5D 二 0.5 1400 140 -5 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 29 / 29 2 二汕 D2 f112 丫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Rem RemZ 式中 D攪拌器直徑，D=0.49m N 二176 =2.93 r/s 60 32/3 Di N 攪拌器轉(zhuǎn)速, P 醪液密度， 卩一一醪液粘度， 將數(shù)代入上式： p =1050 k

42、g/m 3 2 卩=1.3 x 10-3N s/m2 3 Rem 二 176 r/min 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 30 / 29 式中Po不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率 kW), Po = 7 = 49 N 軸轉(zhuǎn)速， N=176r/mi n D 攪拌器直徑 cm), D3=0.493 X 106=1.12 X 105 Q - 通風(fēng)量 vml/min )，設(shè)通風(fēng)比 VVm=0.110.18，取低 限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全。現(xiàn)取 0.11 ； mZkklkzaaP 則 Q=3.1 X 0.11 X 106=3.41 X 105ml/min ) 3 -3.5 10W=3.5kW 兩擋攪拌R =2P

43、o =7kW iii計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率 Pg Pg =2.25 10” P0ND 3 J39 亠 0.08 Q kW Q008 二 3.41 105 0.08 = 2.77 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 31 / 29 代入上式: iv求電機(jī)功率P電: 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n 3=0.98 ；端面密封增加功率為 1% ；代入公式數(shù)值得：AVktR43bpw P0.92 0.99 0.98 山由冊(cè) IV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

44、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 d10.39 二 4.83 kW 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 32 / 29 “ 0.1 305 0.56 ： J 0.4 293 0.785 20 60 圓整，查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論 ，P313表12，無(wú)縫鋼管 (YB231-70，管徑采用 25 X 3mm ,內(nèi)徑 25-2 X 3=19 mm 大于 12 mm，可滿足生產(chǎn)要求。 ORjBnOwcEd 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 30mm向下單管。 按輸送物

45、料算：20min送完3.1m3物料 則物料流量為 3 1 3 V物 0.0026m /s 20 60 管道截面為F，物料流速為v=0.51m/s，現(xiàn)取v=0.5m/s，貝 設(shè)管徑為: 圓整，查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論 ，P313表12，無(wú)縫鋼管 (YB231-70，管徑采用 108 X 4mm ,內(nèi)徑 108-2 X 4=100 mm 大于 80 mm，可滿足生產(chǎn)要求。 2MiJTy0dTT 4 VD冷卻水管：由前知需冷卻熱量 Qmax =7.78 10 kJ/h，冷卻水溫變 di P 273 t0 0.785 v 60 =0.012 m = 12 mm v 0.5 = 0.0052 m2 d,忌

46、廳 -0.08 m 0.0026 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 33 / 29 23 C 27T； 水比熱容 Cw 1 4.18kJ/ kg 則耗水量W為:個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 34 / 29 4 7 78 x10 4653 kg/h 4.18 27 -23 任哲=0.6伽） 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 V種 1 二 V種2 2% =4.6 2% = 0.092 m3 故選用公稱(chēng)體積為 100L的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的主要尺寸為：罐

47、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。gIiSpTA 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。 uEh0U1Yfmh 223223 空氣分過(guò)濾器 1 ）二級(jí)種子罐分過(guò)濾器： 二級(jí)分過(guò)濾器風(fēng)量的計(jì)算： 01 305 1 V =3.1 0.18 0.

48、0024 m3/s = 0.144 m3/min 0.4 293 60 查生物工程設(shè)備 P389表3-1-9 JLS-D型空氣過(guò)濾器技術(shù)特 性，選用JLS-D-025型空氣過(guò)濾器，過(guò)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(guò)濾能力0.25m3/min大于 0.144m 3/min，能滿足生產(chǎn)要求。 數(shù)cw t1 - t2 2%計(jì)算，則種子罐容積 V種i為 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 35 / 29 量與二級(jí)種子罐數(shù)量一致，共 6 只。 IAg9qLsgBX個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 取

49、 S=6mm。 36 / 29 2 ）一級(jí)種子罐分過(guò)濾器： 一級(jí)分過(guò)濾器風(fēng)量的計(jì)算： 0i 305 i V =0.092 0.18 0.000071 m3/s = 0.0043 m3/min 0.4 293 60 查生物工程設(shè)備 P389表3-1-9 JLS-D型空氣過(guò)濾器技術(shù)特 性，選用JLS-D-001型空氣過(guò)濾器，過(guò)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(guò)濾能力0.01m3/min大于 3 0.0043m /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。WwghWv

50、VhPE 3 ）發(fā)酵罐分過(guò)濾器 分過(guò)濾器濾層直徑計(jì)算： 式中V通過(guò)發(fā)酵罐分過(guò)濾器的空氣流量 0.4MPa下） V =155 0.18 ! 305 丄 0.12 m3/s 0.4 293 60 Vs 通過(guò)分過(guò)濾器的氣速，現(xiàn)取 0.2m/s 則 D濾層二 de = 0.874 m 3.1492 分過(guò)濾器直徑： D過(guò)濾器=1.1 1.3D濾層 O 現(xiàn)?。?D過(guò)濾器=1.3D濾層=1. 0.87 = 1.136m ） 查金屬材料表，選無(wú)縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值： D過(guò)濾器=1200mm 分過(guò)濾器的壁厚：設(shè)計(jì)壓力 P=0.5MPa c 0.5 匯90.0 亠 ecc C V S 0.28 = 0.53 cm 2 127 0.7 - 0.5 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(wú) 個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 37 / 29 縫管 數(shù)量：分過(guò)濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個(gè)