味精車間設(shè)計(jì)甄選

味精車間設(shè)計(jì).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(Monosodiumglutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa-H20)，具有旋光性，有D—型和L一型兩種光學(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)量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。1987年3月，聯(lián)合國糧農(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⑴。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造的，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。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。味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖1。圖1味精生產(chǎn)總工藝流程圖1.2原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備1.2.1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)，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)，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)廣泛用于磨碎大米、玉米、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。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(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)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。發(fā)酵設(shè)備，國內(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)酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時(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。由于谷氨酸發(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)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(jí)冷卻設(shè)備⑷。1.4谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等電點(diǎn)一離子交換法，國內(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，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制［1］。1.5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，國內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設(shè)備簡單，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［4］。2發(fā)酵罐及種子罐的設(shè)計(jì)與選型2.1味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算2.1.1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/m3150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,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0.002。（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%。2.1.2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V1V=1000:（150x48%x80%x99%x112%）=15.66。3）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，

（3）二級(jí)種液量V2G1=匕x150=2349(?V=2%V=0.313.3）（4）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量G；（3）二級(jí)種液量V2G=25V=7.83.3）式中25——二級(jí)種液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為：（6）耗用淀粉原料量理論上為：粉式中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G（6）耗用淀粉原料量理論上為：粉式中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G淀粉=2356.8:（80%x95%x111%）=2793.7（kg）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=3.5V=1.1（kg）TOC\o"1-5"\h\z發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為v432=40V=626.4（kg）故共耗尿素量為627.5kg41（8）甘蔗糖蜜耗用量二級(jí)種液耗用糖蜜量V5=20V=6.26（kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V62=4V=62.64（kg）合計(jì)耗糖蜜69.9kg61（9）氯化鉀耗量GKClG=0.8V12.53（kg）（10）磷酸氫二鈉（Na2HPO4-7H2O）耗量G3G=0.2V=3.13（kg）（11）硫酸鎂（MgSO4-7H2O）用量G：G=0.6（V+V）=9.58（kg）TOC\o"1-5"\h\z（12）消泡劑（泡敵）耗用量4G512G=0.6V=9.4（kg）（13）植物油耗用量G651G=1.5V=23.5（kg）（14）谷氨酸（麩酸）量61

48%G-1%)=1116.248%G-1%)=1116.2(kg)G]x1116.2x80%=893（kg）2.1.315000t/a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)算結(jié)果如表2表215000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算2.2物料名稱2.2物料名稱生產(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備設(shè)發(fā)酵液（m3）15.662.35X105783與選二級(jí)種液（m3）0.313469515.65發(fā)酵水解用糖（kg）23493.52X1071.17X1052.2.1二級(jí)種培養(yǎng)用糖7.831.18X105391.5酵罐(kg)(1)水解糖總量（kg）2356.83.53X1071.18X105酵罐淀粉（kg）2793.74.19X1071.40X105選型尿素（或液氨）627.59.41X1063.14X104糖蜜（kg）69.91.05X1063495氯化鉀（kg）12.531.88X105626.5磷酸氫二鈉（kg）3.134.70X104156.5硫酸鎂（kg）9.581.44X105479泡敵（kg）9.41.40X105470植物油（kg）23.53.53X1051175谷氨酸（kg）8931.34X10744650設(shè)計(jì)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15.66m3=15.66x50x99%=15.66x50x99%775.17設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)6=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=V/巾=775,17=1107.4.3）0糖0.7200m3的發(fā)酵罐，總體積為230m3.=7"48=9.63（個(gè)）③發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積為N=—1V*24230x0.7x24發(fā)酵罐11個(gè)，其中一個(gè)留作備用。取公稱體積200m3V=V/巾=775,17=1107.4.3）0糖0.7200m3的發(fā)酵罐，總體積為230m3.=7"48=9.63（個(gè)）③發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積為N=—1V*24230x0.7x24發(fā)酵罐11個(gè)，其中一個(gè)留作備用。取公稱體積200m3實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：230x0.7x5（/）x300=15580.6V/-/a）15.66x99%富裕量15580.6-15000cce=3.9%15000能滿足產(chǎn)量要求（3）主要尺寸的計(jì)算：取高徑比D=2:1[6]+2V封=230m3；則有:=0.785D2x2D+nD3x2=23024H=2D；解方程得:1.57D3+0.26D3=230D=3莫=5.004（m）31.83取D=5mH=2D=10m；封頭高:+h=1300（mm）封頭容積：封北.4（m3）圓柱部分容積:V筒=197m3驗(yàn)算全容積V全: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發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為4.18X6000kJ/(m3?h)［5］。取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18X500kJ/（m3?取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18X500kJ/（m3?h"C）兇。Atm△J—At,

「At2

lnAtmAt220C——20C——?\2~32C27C5~代入12一5Atm對(duì)公稱容量200mAtm對(duì)公稱容量200m3的發(fā)酵罐，112

ln—5每天裝5罐，每罐實(shí)際裝液量為a=155。3)5換熱面積F=—=4」8x6000x155=232.5偵）

KAt4.18x500x8（5）攪拌器計(jì)算選用六彎葉渦輪攪拌器［6］。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=3=3=1.67。）取d=1.7（m）葉寬：B=0.2H=0.2x1.7=0.34。）弓瓜長：l=0.375d=0.375x1.7=0.64。）底距：C=D=5=1.7。）33盤踞：d=0.75D.=0.75x1.7=1.28。）葉弦長：ZZL=0.25D.=0.25x1.7=0.43。）

葉距：Y=D=5（m）彎葉板厚：5=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)[6]放大求得：N=N{D-}2/321DkD2=110x[105T"=80（r/min）

k1.7）（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。①計(jì)算Rem[8]「D2NpRe=m口式中D——攪拌器直徑，D=1.7mN=80=1.33（r/s）N——攪拌器轉(zhuǎn)速，60p醪液密度，p=1050kg/m3u——醪液粘度，u=1.3X10-3N-s/m2將數(shù)代入上式：Rem1.7Rem1.72x1.33x10501.3x10-3=3.1x106>104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P0：p=NN3D5P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=80r/min=1.33r/sD——攪拌器直徑，D=1.7mP——醪液密度，P=1050kg/m3代入上式:P'=4.7x1.333x1.75x1050=88.2x103W=88.2kW兩擋攪拌：P=2匕=176.4kW計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg

P=2.25x10-3x（kW）P=2.25x10-3x（kW）式中P0——不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW）,P0=176-42=3」x104N——軸轉(zhuǎn)速，N=80r/minD——攪拌器直徑（cm）,D3=1.73X106=4.9X106Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.11?0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全。現(xiàn)取0.11；則Q=155X0.11X106=1.7X107（ml/min）Q0.08=1.7x107）08=3.79代入上式:nCE5f3.1x104x80x4.9x106V39Pg=2.25x10-3x[頑9J=69.1（kW）求電機(jī)功率P電：P=Pgx1.01

電門門不采用三角帶傳動(dòng)n1=0.92；滾動(dòng)軸承n32=0.99，滑動(dòng)軸承n3=0.98；端面密封增加功率為1%[7]；代入公式數(shù)值得：69.10.92x0.99x0.98x1.01=78.2（kW）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算69.10.92x0.99x0.98x1.01=78.2（kW）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[7]I最高負(fù)荷下的耗水量WW=P21式中Q總-—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心Q總=4.18x6000x155=3.89x106（kJ/h）cp——冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kg-K）t2——冷卻水終溫，t2=27°C

t1——冷卻水初溫，t1=20°C將各值代入上式3.89x106_4.18x(27-20)=1.33x105(kg/h)=36.9(kg/s)冷卻水體積流量為3.69X10-2m3/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：W總v式中W——冷卻水體積流量，W=3.69X10-2m3/sV——冷卻水流速，v=1m/s代入上式：S總=冷冬=括9x10-2(m2)K,369K,369x10-2()—=0.217B)0.785S總，管徑d0，組數(shù)為n，則:總0.785VII冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為取n=8，求管徑。由上式得：d=0\n?0.785,0.077,0.077^)8x0.7853.69x10-2查金屬材料表選取689X4mm無縫管［9］，"內(nèi)—81mmg=5」2kg/m，』內(nèi)＞d0，認(rèn)為可滿足要求，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1=兀D=3.14x600=1884(mm)0III冷卻管總長度L計(jì)算：由前知冷卻管總面積F=232.5m2現(xiàn)取無縫鋼管689X4mm，每米長冷卻面積為F0=3.14x0.08x1=0.25。2)則:L=—=2325=930（m）F00.25V=0.785x0.0892x930=5.8（m3）W每組管長L0和管組高度：冷卻管占有體積:L=L=930=77.5（m）0n12另需連接管8m:L=L+8=930+8=938（m）實(shí)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250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為V、=V液+匕+，件/）

=155+5.8+0.5=161*3）則筒體部分液深為:V—V161.3-16.4-總——封==7.4m）S0.785x52豎式蛇管總高H管=7.4+0.25=7.7（m）又兩端彎管總長l=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:l=2h+10=2x7100+1884=16084（mm）V每組管子圈數(shù)n0:n=匕=竺=5圈）0l16.1=2.5x0.089=0.22（m），豎蛇管與罐壁的最小距離為外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）。H.校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：現(xiàn)取管間距為2.5D"平均.L實(shí)/）=3.14x0.08x938=235.6%2）而前有F=232.5m2,”實(shí)＞F，可滿足要求。設(shè)備材料的選擇［10］選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算①計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚SS=———+C(cm)2blp-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=0.4MPaD——發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm〔。〕——A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，〔?！?127MPa6=0.7（cm）C=式中6=0.7（cm）C=C+C+C現(xiàn)取C1=0.8mm現(xiàn)取C2=2mm現(xiàn)取C3=02.8（mm）=0.28（cm）式中c1——鋼板負(fù)偏差，c2——為腐蝕余量，C3—加工減薄量，C=0.8+2+0=S=——°，4X500——+0.28=1.4(cm)式中2x127x0.7-0.4選用14mm厚A3鋼板制作。②封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式［5］如下：S=—+C(cm)2la.Ip-P式中P=0.4MPaD=500cm〔?！?127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）6=0.7S=——0.4x400——+0.38=1.5（cm）2x127x0.7-0.4(10)接管設(shè)計(jì)接管的長度h設(shè)計(jì)：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。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。3/s)3600x4發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物

/§=罕oM2)F物=0.785d2管徑:管徑:=0.118(m)d=■'!=0.118(m)取無縫管6133X4mm,125.mm〉118mm，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20?25m/s?，F(xiàn)通風(fēng)比狀態(tài)。0.1?0.18vvm，為常溫下20°C,O.^Pa下的情況，霄折算0.4MPa、30°C風(fēng)量Q1取大值，Q=155x0.18=28,3/min)=0.46,3/J。狀態(tài)。利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf[8]=0.46x旦x273+30=0.14,3/s)0.35273+20取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為F=Q=014=0.0056,2)

f§25F=0.785d2f氣則氣管直徑d氣為：/,'0.0056()d_==0.084,)氣■0.785因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取6133X4mm無縫管，可滿足工藝要求。排料時(shí)間復(fù)核：物料流量Q=0.0108m3/s，流速v=1m/s；管道截面積：F=0.785x0.1252=0.0123,2),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Q=0.0108=0.88如)F§0.0123x1排料時(shí)間：t=2x0.88=1.8(h)(11)支座選擇選用裙式支座2.2.2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。(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2%計(jì)算，則種子罐容積V種2為：匕中2二匕x2%=230x2%=4.6,3）式中V總一一發(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8?10h，生產(chǎn)周期16?18h，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：V總=V筒+2V封簡化方程如下：匕=2x^4D3+0.785D2x2D=4.6（m3）整理后1.57D3+0.26D3=4.6解方程得D=1.4m則H=2D=2X1.4=2.8（m）查得封頭高H'封H封=350+25=375（mm）罐體總高H':罐H‘=2H+H，=2x375+2800=3550（mm）罐封筒單個(gè)封頭容量：V'封=0.398（m3）封頭表面積：封S=2.23m2封圓筒容量：V，=0.785D2x2D=4.31G）筒不計(jì)上封頭容積：V有效=V封+V筒=4.13+0.398=4.53婦）校核種子罐總?cè)莘eV':總

V，=2V，+V，=2x0.398+4.13=4.93(n3)

總封筒比需要的種子罐容積4.6m3大，可滿足設(shè)計(jì)要求。發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量:冷卻面積的計(jì)算采用夾套冷卻IQ總=4.18x6000x155x2%=7.78x104(kJ/h)IIIIIK=4.18x(150?250發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量:IIIIIK=4.18x(150?250)kJ/(m2?h?C)現(xiàn)取K=4.18X220kJ/(m2?h?°C)平均溫差：發(fā)酵溫度平均溫差：夾套傳熱系數(shù):32°C；水初溫20?23°C，取23°C；水終溫27°C，則△t==7Cm2需冷卻面積F：土=7.78'104=12.1(n2)

KAt4.18x220x7核算夾套冷卻面積：按靜正液深確定夾套高度：靜止液體浸沒筒體高度：H=MV封=土1-0.398=1.76(m)

0S0.785x1.42罐液深：H=H土+H=375+1760=2135(mm)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的筒體為表面積S筒之和：S、=S筒+S=兀DH+S=3.14/.4x1.76+2.23=13.6(n2)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(m2)該設(shè)計(jì)夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6m2S夾〉F，可滿足工藝要求。夾設(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

mPL丫42.6ED/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，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=2X105MPaC——壁厚附加量，C=C］+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18L筒體長度，L=110cm將數(shù)值代入公式：A0.4+0.18S-140x[3-0.4x110[2.6x2x105A0.4+0.18=0.89(cm)取9mmII封頭的厚度6用內(nèi)部壓力i對(duì)于上封頭，ii對(duì)于下封頭，:查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》封P317表取9mmII封頭的厚度6用內(nèi)部壓力i對(duì)于上封頭，ii對(duì)于下封頭，:查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》封P317表16碳鋼橢圓封頭最大需取6封=6mm

取6封二8mmIII冷卻外套壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》圓筒壁厚，確定6套=5mmW外套封頭壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》—73），確定6封=6mm⑦設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)P314表13碳鋼與普低鋼制內(nèi)壓P316表15橢圓形封頭（JBH54式中B——擋板寬度B=(0.1-0.12)D=0.1X1400=140mmD——罐徑D=1400mmZ——擋板數(shù)：Z=0.5D=0.5x1400=5B140取Z=6塊II攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器直徑：Di=0.3?0.35D現(xiàn)?。篋=0.35D=0.35x1400=490mm葉片寬度：’h=0.2D=0.2x1400=280mm

弓瓜長：r=0.375D=0.375x1400=525mmTOC\o"1-5"\h\z盤徑：'中=0.75D=0.75x1400=1050mm葉弦長：’l=0.25D=0.25x1400=350mm攪拌器間距：’Y=D=490mmi底距：b=490mm攪拌器轉(zhuǎn)速N2，根據(jù)50L罐，470r/min，使用P0/V為基準(zhǔn)放大［6］，50L罐N1=470r/min，攪拌器直徑Di=112mm2/3=470=N=470=N—11D（112l4902/3=176（r/min）兩擋攪拌。III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[8]「D2NPRe=muRem0.492Rem0.492x2.93x10501.3x10-3=5.68x105>104式中D——攪拌器直徑，D=0.49mN——攪拌器轉(zhuǎn)速，N=176=2.93（r/s）60P醪液密度，P=1050kg/m3u醪液粘度，u=1.3X10-3N-s/m2將數(shù)代入上式: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=NN3D5P

0P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/min=2.93r/s

D——攪拌器直徑，D=0.49mP——醪液密度，P=1050kg/m3代入上式:P=4.7x2.933x0.495x1050=3.5x103W=3.5kW兩擋攪拌P°=2P0=7kWiii計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率PgP=P=2.25x10-3x0.39（、\kW）P2=72=490式中P0——不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW）,N——軸轉(zhuǎn)速，N=176r/minD——攪拌器直徑（cm）,D3=0.493P2=72=490Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.11?0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全?，F(xiàn)取0.11;則Q=3.1X0.11X106=3.41X105（ml/min）

Q0.08=041x105）.08=2.77代入上式:ncmm{49x176x1.12x105V39Pg=2.25x10-3x[奇J=4.83（kW）iv求電機(jī)功率P電：P尸電=而亓x1.01

123采用三角帶傳動(dòng)n1=0.92；滾動(dòng)軸承n2=0.99，滑動(dòng)軸承n3=0.98；端面密封4.83增加功率為1%;代入公式數(shù)值得：4.83%=0.92x0.99x0.98'⑷='幻WW進(jìn)風(fēng)管：該管距罐底25?60mm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=20C，送風(fēng)量V為：（、V=3.1x0.18=0.56.3/min）將通風(fēng)換算成工作狀態(tài)，求通風(fēng)管直徑d1

七x蘭蘭,1P273+1d=I010.785x七x蘭蘭,1P273+1d=I010.785xvx60：0.56x01x竺=[0.4293=0.012（m）=12（mm）■0.785x20x60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),采用25X3mm,內(nèi)徑25-2X3=19mm大于12mm，可滿足生產(chǎn)要求。丑進(jìn)出物料管：該管為物料進(jìn)口，管底距罐底25?60mm之間，現(xiàn)取30mm管徑向下單管。按輸送物料算：20min送完3.1m3物料則物料流量為管道截面為F，3.1.V==0.0026m3/s物20x60物料流速為v=0.5~1m/s，現(xiàn)取v=0.5m/s，則:F=L=°.0026=0.0052,2）v0.5設(shè)管徑為：F；0.0052=0.08（m）d==,12V0.785￥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)，采用108X4mm,內(nèi)徑108-2X4=100mm大于80mm，可滿足生產(chǎn)要求。管徑W冷卻水管：由前知需冷卻熱量Qmax=7.78x104J/h，冷卻水溫變化23°Ck27C，水比熱容%=1x4.18kJ/（kg?C）則耗水量W為:4653（kg/h）Q_7.78x104、c?—12）=4.18x（27-23）/1.2925八"（）d=、，=0.64（m）4653（kg/h）取水流速v=4m/s；則冷卻管直徑為4x0.785⑧支座選型選用支撐式支座(2)取水流速v=4m/s；則冷卻管直徑為選用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐

②一級(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］為匕中］=匕中2x2%=4.6x2%=0.092.3)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，封頭高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］。生產(chǎn)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8?10h，周期16?18h，因此，一級(jí)種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。生產(chǎn)2.2.3空氣分過濾器二級(jí)種子罐分過濾器：二級(jí)分過濾器風(fēng)量的計(jì)算：V=3.1x0.18x01x305x—=0.0024.3/s)=0.144(m3/min)0.429360選用重量查《生物工程設(shè)備》P389表3-1-9JLS-D型空氣過濾器技術(shù)特性，JLS-D-025型空氣過濾器，過濾能力0.25m3/min，外型尺寸675X520mm,5kg，進(jìn)出口管徑620X20，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0.144m3/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選用重量一級(jí)種子罐分過濾器：一級(jí)分過濾器風(fēng)量的計(jì)算：V=0.092x0.18x01x305x—=0.000071.3/s)=0.0043.3/min)0.429360查《生物工程設(shè)備》P389表3-1-9JLS-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0.01m3/min，外型尺寸622X150mm,重量0.2kg，進(jìn)出口管徑66X1，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0.0043m3/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①分過濾器濾層直徑計(jì)算：D濾層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=155x0.18x01x迎x—=0.12.3/s）0.4293式中VVs通過分過濾器的氣速，現(xiàn)取0.2m/s：4：4x0.12()=0.874(m)D『=濾層"14x0.2②分過濾器直徑:現(xiàn)取：D過濾器=1.1?1.3現(xiàn)?。篋過濾器=1.1?1.3D