年產(chǎn)萬(wàn)噸味精工廠發(fā)酵車(chē)間設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)模板

年產(chǎn)1.5萬(wàn)噸味精工廠發(fā)酵車(chē)間設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)引言味精是大家熟悉鮮味劑，是L—谷氨酸單鈉鹽(Monosodiumglutamate)一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa·H20)，含有旋光性，有D—型和L—型兩種光學(xué)異構(gòu)體。味精含有很強(qiáng)鮮味(閾值為0.03%)，現(xiàn)已成為大家普遍采取鮮味劑，其消費(fèi)量在中國(guó)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)生組織食品添加劑教授聯(lián)合委員會(huì)第十九次會(huì)議，宣告取消對(duì)味精食用限量，再次確定為一個(gè)安全可靠食品添加劑［1］。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造，自從1956年日本協(xié)和發(fā)酵企業(yè)用發(fā)酵法生產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)快速發(fā)展，現(xiàn)在世界各國(guó)均以此法進(jìn)行生產(chǎn)。谷氨酸發(fā)酵是通氣發(fā)酵，也是中國(guó)現(xiàn)在通氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中，生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)品產(chǎn)量最大產(chǎn)業(yè)［2］。該生產(chǎn)工藝和設(shè)備含有很強(qiáng)經(jīng)典性，本文對(duì)味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及關(guān)鍵設(shè)備作簡(jiǎn)明介紹，以期有利于了解通氣發(fā)酵工藝和關(guān)鍵設(shè)備相關(guān)知識(shí)。設(shè)計(jì)內(nèi)容為，了解味精生產(chǎn)中原料預(yù)處理、發(fā)酵、提取部分生產(chǎn)方法和生產(chǎn)步驟，依據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇發(fā)酵工段適宜生產(chǎn)步驟，并對(duì)步驟中原料進(jìn)行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備選擇。最終，畫(huà)出發(fā)酵工段工藝步驟圖和平面部署圖。整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容大致分成三部分，第一部分關(guān)鍵是味精生產(chǎn)工藝和設(shè)備選擇；第二部分包含發(fā)酵罐、種子罐及空氣分過(guò)濾器設(shè)計(jì)和選型；第三部分是工藝步驟和平面部署圖。因?yàn)槲宜接邢蓿又畬?duì)優(yōu)異設(shè)計(jì)了解甚少，設(shè)計(jì)中有好多不足地方敬請(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(guò)程可劃分為四個(gè)工藝階段:(1)原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備;(2)種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵;(3)谷氨酸提取;(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。和這四個(gè)工藝階段相對(duì)應(yīng)味精生產(chǎn)廠家通常全部設(shè)置了糖化車(chē)間、發(fā)酵車(chē)間、提取車(chē)間和精制車(chē)間作為關(guān)鍵生產(chǎn)車(chē)間。另外，為保障生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)蒸汽需求，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，并經(jīng)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。所供水經(jīng)消毒、過(guò)濾系統(tǒng)處理，經(jīng)過(guò)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)總工藝步驟見(jiàn)圖1?？諝饩N原料空氣菌種原料空氣壓縮機(jī)預(yù)處理斜面培養(yǎng)空氣壓縮機(jī)預(yù)處理斜面培養(yǎng)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)冷卻水解搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)冷卻水解除鐵離心沉淀發(fā)酵配料過(guò)濾除鐵離心沉淀發(fā)酵配料過(guò)濾氣液分離種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)濾氣液分離種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)濾淀粉水解糖淀粉水解糖過(guò)濾除菌脫色過(guò)濾除菌脫色濃縮結(jié)晶濃縮結(jié)晶離心離心等電點(diǎn)調(diào)整等電點(diǎn)調(diào)整過(guò)濾干燥大結(jié)晶干燥母液小結(jié)晶粗谷氨酸過(guò)濾干燥大結(jié)晶干燥母液小結(jié)晶粗谷氨酸拌鹽粉碎粗谷氨酸拌鹽粉碎粗谷氨酸成品味精粉狀味精離子交換處理溶解成品味精粉狀味精離子交換處理溶解粗谷氨酸溶液中和制味精粗谷氨酸溶液中和制味精圖1味精生產(chǎn)總工藝步驟圖1.2原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備1.2.1此工藝操作目標(biāo)在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，方便提升原料利用率，同時(shí)去除固體雜質(zhì)，預(yù)防機(jī)器磨損。用于除雜設(shè)備為篩選機(jī)，常見(jiàn)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)廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類(lèi)等物料，而錘式粉碎機(jī)應(yīng)用于薯干等脆性原料中碎和細(xì)碎作用，輥式粉碎機(jī)關(guān)鍵用于粒狀物料中碎和細(xì)碎［3］。1.2.2在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖過(guò)程稱(chēng)為淀粉糖化，所制得糖液稱(chēng)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，所以必需將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。現(xiàn)在，中國(guó)很多味精廠采取雙酶法制糖工藝。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)為確保谷氨酸發(fā)酵過(guò)程所需大量種子，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)量健壯生產(chǎn)種子。谷氨酸發(fā)酵開(kāi)始前，首先必需配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對(duì)其作高溫短時(shí)滅菌處理。用于滅菌工藝除采取連消塔—維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采取噴射加熱器—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，輕易將維持管堵塞，同時(shí)真空冷卻器及薄板加熱器加工制造成本較高，所以應(yīng)用較少。發(fā)酵設(shè)備，中國(guó)味精廠大多采取機(jī)械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m因?yàn)楣劝彼岚l(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過(guò)程，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。在北方地域因?yàn)榭諝鉂穸刃　囟鹊?，還可采取空氣壓縮、冷卻過(guò)濾步驟，省去一級(jí)冷卻設(shè)備［4］。1.4谷氨酸提取谷氨酸提取通常采取等電點(diǎn)—離子交換法，中國(guó)有些味精廠還采取等電點(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。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問(wèn)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(chē)間加工谷氨酸產(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)脂吸附色素。味精干燥過(guò)程，中國(guó)很多廠家還采取箱式烘房干燥，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)要求。也有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，這么均不如振動(dòng)式干燥床應(yīng)用效果好[4]。2發(fā)酵罐及種子罐設(shè)計(jì)和選型2.1味精工廠發(fā)酵車(chē)間物料衡算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(guó)家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［5］，選擇關(guān)鍵指標(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/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）關(guān)鍵原材料質(zhì)量指標(biāo)淀粉原料淀粉含量為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(chē)間物料衡算首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg純度為100%味精需耗用原輔材料及其它物料量。（1）發(fā)酵液量V1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%后發(fā)酵成功率112%——味精對(duì)谷氨酸精制產(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V2（4）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量G2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，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用淀粉量G淀粉為：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發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4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發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6累計(jì)耗糖蜜69.9kg（9）氯化鉀耗量GKCl（10）磷酸氫二鈉（Na2HPO4·7H2O）耗量G3（11）硫酸鎂（MgSO4·7H2O）用量G4（12）消泡劑（泡敵）耗用量G5（13）植物油耗用量G6（14）谷氨酸（麩酸）量發(fā)酵液谷氨酸含量為：實(shí)際生產(chǎn)谷氨酸（提取率80%）為：2.1.315000t/a味精廠發(fā)酵車(chē)間物料衡算結(jié)果由上述生產(chǎn)1000kg味精（100%純度）物料衡算結(jié)果，可求得15000t/a味精廠發(fā)酵車(chē)間物料平衡計(jì)算。具體計(jì)算結(jié)果如表2物料名稱(chēng)生產(chǎn)1t味精（100%）物料量15000t/a味精生產(chǎn)物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）15.662.35×105783二級(jí)種液（m3）0.313469515.65發(fā)酵水解用糖（kg）23493.52×1071.17×105二級(jí)種培養(yǎng)用糖（kg）7.831.18×105391.5水解糖總量（kg）2356.83.53×1071.18×105淀粉(kg)2793.74.19×1071.40×105尿素（或液氨）627.59.41×1063.14×104糖蜜（kg）69.91.05×1063495氯化鉀（kg）12.531.88×105626.5磷酸氫二鈉（kg）3.134.70×104156.5硫酸鎂（kg）9.581.44×105479泡敵（kg）9.41.40×105470植物油（kg）23.53.53×1051175谷氨酸（kg）8931.34×10744650表215000t/a味精廠發(fā)酵車(chē)間物料衡算2.2設(shè)備設(shè)計(jì)和選型2.2.1發(fā)酵罐（1）發(fā)酵罐選型選擇機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐（2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積確實(shí)定①發(fā)酵罐容積確實(shí)定：選擇200m3②生產(chǎn)能力計(jì)算：現(xiàn)天天生產(chǎn)99%純度味精50t，谷氨酸發(fā)酵周期為48h(包含發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間)。則天天需糖液體積為V糖。天天產(chǎn)純度為99%味精50t，每噸100%味精需糖液15.66m設(shè)發(fā)酵罐填充系數(shù)φ=70%；則天天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐總體積為V0（發(fā)酵周期為48h）。③發(fā)酵罐個(gè)數(shù)確實(shí)定：公稱(chēng)體積為200m3發(fā)酵罐，總體積為230m取公稱(chēng)體積200m3發(fā)酵罐11個(gè)實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：富裕量能滿(mǎn)足產(chǎn)量要求（3）關(guān)鍵尺寸計(jì)算：取高徑比H：D=2：1[6]則有：H=2D；解方程得：取D=5mH=2D=10m；封頭高：封頭容積：V封=16.4（m3）圓柱部分容積：V筒=197m驗(yàn)算全容積V全：V全=V’全符合設(shè)計(jì)要求，可行。（4）冷卻面積計(jì)算對(duì)谷氨酸發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器最大熱量約為4.18×6000kJ/(m3·h)[5]采取豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18×500kJ/(m3·h·℃)[8]。平均溫差Δtm：32℃3220℃27125代入對(duì)公稱(chēng)容量200m3換熱面積（5）攪拌器計(jì)算選擇六彎葉渦輪攪拌器[6]。該攪拌器各部分尺寸和罐徑D有一定百分比關(guān)系攪拌器葉徑取d=1.7（m）葉寬：弧長(zhǎng)：底距：盤(pán)踞：葉弦長(zhǎng)：葉距：彎葉板厚：δ=12（mm）取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可依據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=110r/min。以等P0/V為基準(zhǔn)[6]（6）攪拌軸功率計(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]式中D——攪拌器直徑，D=1.7mN——攪拌器轉(zhuǎn)速，ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3μ——醪液粘度，μ=1.3×10-3N·s/m2將數(shù)代入上式：視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7②計(jì)算不通氣時(shí)攪拌軸功率P0：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=1.7mρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3代入上式：兩擋攪拌：③計(jì)算通風(fēng)時(shí)軸功率Pg式中P0——不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW），N——軸轉(zhuǎn)速，N=80r/minD——攪拌器直徑（cm），D3=1.73×106=4.9×106Q——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=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）代入上式：④求電機(jī)功率P電：采取三角帶傳動(dòng)η1=0.92；滾動(dòng)軸承η2=0.99，滑動(dòng)軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%[7]；代入公式數(shù)值得：（7）設(shè)備結(jié)構(gòu)工藝計(jì)算①空氣分布器：本罐采取單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑φ133×4mm。②擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板③密封方法：本罐采取雙面機(jī)械密封方法，處理軸和罐動(dòng)靜問(wèn)題。④冷卻管部署：采取豎式蛇管[7]Ⅰ最高負(fù)荷下耗水量W式中Q總——每1m3cp——冷卻水比熱容，4.18kJ/（kg·K）t2——冷卻水終溫，t2=27t1——冷卻水初溫，t1=20將各值代入上式冷卻水體積流量為3.69×10-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s，依據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積S式中W——冷卻水體積流量，W=3.69×10-2mV——冷卻水流速，v=1m/s代入上式：進(jìn)水總管直徑：Ⅱ冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數(shù)為n，則：取n=8，求管徑。由上式得：查金屬材料表選擇φ89×4mm無(wú)縫管[9]，，，認(rèn)為可滿(mǎn)足要求，。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：Ⅲ冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算：由前知冷卻管總面積現(xiàn)取無(wú)縫鋼管φ89×4mm，每米長(zhǎng)冷卻面積為則:冷卻管占有體積：Ⅳ每組管長(zhǎng)L0和管組高度：另需連接管8m：可排豎式直蛇管高度，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則筒體部分液深為：豎式蛇管總高又兩端彎管總長(zhǎng)，兩端彎管總高為600mm，則直管部分高度：則一圈管長(zhǎng)：Ⅴ每組管子圈數(shù)n0：現(xiàn)取管間距為，豎蛇管和罐壁最小距離為0.15m，則可計(jì)算出攪拌器距離在許可范圍內(nèi)（大于200mm）。Ⅵ.校核部署后冷卻管實(shí)際傳熱面積：而前有F=232.5m2，，可滿(mǎn)足要求。（8）設(shè)備材料選擇[10]選擇A3鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。（9）發(fā)酵罐壁厚計(jì)算①計(jì)算法確定發(fā)酵罐壁厚S（cm）式中P——設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPaD——發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm〔σ〕——A3鋼應(yīng)用應(yīng)力，〔σ〕=127MPaφ——焊接縫隙，φ=0.7C——壁厚附加量（cm）式中C1——鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mmC2——為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mmC3——加工減薄量，現(xiàn)取C3=0選擇14mm厚A3鋼板制作。②封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭厚度計(jì)算公式[5]以下：（cm）式中P=0.4MPaD=500cm〔σ〕=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）φ=0.7（10）接管設(shè)計(jì)①接管長(zhǎng)度h設(shè)計(jì)：各接管長(zhǎng)度h依據(jù)直徑大小和有沒(méi)有保溫層，通常取100~200mm。②接管直徑確實(shí)定：按排料管計(jì)算：該罐實(shí)裝醪量155m3發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。管徑：取無(wú)縫管φ133×4mm，125.mm〉118mm，認(rèn)為適宜。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0.1~0.18vvm，為常溫下20℃，0.1MPa下情況，要折算0.4MPa、30℃狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值，利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下風(fēng)量Qf[8]取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為則氣管直徑d氣為：因通風(fēng)管也是排料管，故取二者大值。取φ133×4mm無(wú)縫管，可滿(mǎn)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管道截面積：，在相同流速下，流過(guò)物料因管徑較原來(lái)計(jì)算結(jié)果大，則對(duì)應(yīng)流速比為排料時(shí)間：（11）支座選擇選擇裙式支座2.2.2種子罐發(fā)酵所需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)量健壯生產(chǎn)種子。種子罐冷卻方法采取夾套冷卻。（1）二級(jí)種子罐容積和數(shù)量確實(shí)定①二級(jí)種子罐容積確實(shí)定：接種量為2%計(jì)算，則種子罐容積V種2為：式中V總——發(fā)酵罐總?cè)莘e（m3）②二級(jí)種子罐個(gè)數(shù)確實(shí)定：種子罐和發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均天天上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，所以，二級(jí)種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。③關(guān)鍵尺寸確實(shí)定種子罐仍采取幾何相同機(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：簡(jiǎn)化方程以下：整理后解方程得D=1.4m則H=2D=2×1.4=2.8（m）查得封頭高H'封罐體總高H'罐：?jiǎn)蝹€(gè)封頭容量：V'封=0.398（m3）封頭表面積：S封=2.23m圓筒容量：不計(jì)上封頭容積：校核種子罐總?cè)莘eV'總：比需要種子罐容積4.6m3大④冷卻面積計(jì)算采取夾套冷卻Ⅰ發(fā)酵產(chǎn)生總熱量：Ⅱ夾套傳熱系數(shù)：現(xiàn)取K=4.18×220kJ/（m2·h·℃）Ⅲ平均溫差：發(fā)酵溫度32℃；水初溫20~23℃，取23℃平均溫差：Ⅳ需冷卻面積F：Ⅴ核實(shí)夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度：靜止液體浸沒(méi)筒體高度：液深：夾套可能實(shí)現(xiàn)冷卻面積為封頭表標(biāo)面積S封和圓筒被液體浸沒(méi)筒體為表面積S筒之和：夾套高度應(yīng)不高于動(dòng)態(tài)時(shí)液面高度，因高于液面?zhèn)鳠崦娣e，并沒(méi)有起多少冷卻作用。綜上，傳熱需要面積F=12.1(m2)該設(shè)計(jì)夾套能提供冷卻面積為S夾=13.6mS夾〉F，可滿(mǎn)足工藝要求。⑤設(shè)備材料選擇采取A3鋼制作⑥壁厚計(jì)算Ⅰ夾套內(nèi)罐壁厚式中D——設(shè)備公稱(chēng)直徑，140cmm——外壓容器穩(wěn)定系數(shù)，和設(shè)備起始橢圓度相關(guān)，在中國(guó)，m=3P——設(shè)計(jì)壓力，和水壓相關(guān)，P=0.4MPaE——金屬材料彈性模量[9]，對(duì)A3鋼E=2×105MPaC——壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18L——筒體長(zhǎng)度，L=110cm將數(shù)值代入公式：取9mmⅡ封頭厚度δ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δ封=6mmii對(duì)于下封頭，取δ封=8mmⅢ冷卻外套壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》P314表13碳鋼和普低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定δ套=5mmⅣ外套封頭壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》P316表15橢圓形封頭（JBH54—73），確定δ套封=6mm⑦設(shè)備結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)Ⅰ擋板：依據(jù)全擋板條件，式中B——擋板寬度B＝（0.1-0.12）D=0.1×1400=140mmD——罐徑D＝1400mmZ——擋板數(shù)：取Z＝6塊Ⅱ攪拌器：采取六彎葉渦輪攪拌器直徑：Di＝0.3~0.35D現(xiàn)取：葉片寬度：弧長(zhǎng)：盤(pán)徑：葉弦長(zhǎng)：攪拌器間距：底距：攪拌器轉(zhuǎn)速N2，依據(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=112mm兩擋攪拌。Ⅲ攪拌軸功率計(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]式中D——攪拌器直徑，D=0.49mN——攪拌器轉(zhuǎn)速，ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3μ——醪液粘度，μ=1.3×10-3N·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)攪拌軸功率P0：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/sD——攪拌器直徑，D=0.49mρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3代入上式：兩擋攪拌iii計(jì)算通風(fēng)時(shí)軸功率Pg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=0.493×106=1.12×105Q——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=3.1×0.11×106=3.41×105（ml/min）代入上式：iv求電機(jī)功率P電：采取三角帶傳動(dòng)η1=0.92；滾動(dòng)軸承η2=0.99，滑動(dòng)軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得：Ⅳ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℃，風(fēng)速v=20m常壓下t0=20℃將通風(fēng)換算成工作狀態(tài)，求通風(fēng)管直徑d1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)，管徑采取25×3mm,內(nèi)徑25-2×3=19mm大于12mm，可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。Ⅵ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向下單管。按輸送物料算：20min送完3.1m3則物料流量為管道截面為F，物料流速為v=0.5~1m/s，現(xiàn)取v=0.5m/s，則：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)，管徑采取108×4mm,內(nèi)徑108-2×4=100mm大于80mm，可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。Ⅶ冷卻水管：由前知需冷卻熱量，冷卻水溫改變23℃27℃水比熱容則耗水量W為：取水流速v=4m/s；則冷卻管直徑為⑧支座選型選擇支撐式支座（2）一級(jí)種子罐①一級(jí)種子罐選型選擇機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐②一級(jí)種子罐容積和數(shù)量確實(shí)定種子罐容積確實(shí)定：接種量按2%計(jì)算，則種子罐容積V種1為故選擇公稱(chēng)體積為100L發(fā)酵罐，發(fā)酵罐關(guān)鍵尺寸為：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)上封頭容積112L，全容積123L，攪拌槳直徑135mm。冷卻選擇夾套冷卻[10]。一級(jí)種子罐個(gè)數(shù)確實(shí)定：一級(jí)種子罐和二級(jí)種子罐對(duì)應(yīng)上料。二級(jí)種子罐平均天天上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，生產(chǎn)周期16~18h，所以，一級(jí)種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。2.2.3空氣分（1）二級(jí)種子罐分過(guò)濾器：二級(jí)分過(guò)濾器風(fēng)量計(jì)算：查《生物工程設(shè)備》P389表3-1-9JLS-D型空氣過(guò)濾器技術(shù)特征，選擇JLS-D-025型空氣過(guò)濾器，過(guò)濾能力0.25m3/min，外型尺寸φ75×520mm,重量5kg，進(jìn)出口管徑φ20×20，和種子罐進(jìn)風(fēng)口不一致，可采使用方法蘭變徑即可。過(guò)濾能力0.25m3/min大于（2）一級(jí)種子罐分過(guò)濾器：一級(jí)分過(guò)濾器風(fēng)量計(jì)算：查《生物工程設(shè)備》P389表3-1-9JLS-D型空氣過(guò)濾器技術(shù)特征，選擇JLS-D-001型空氣過(guò)濾器，過(guò)濾能力0.01m3/min，外型尺寸φ22×150mm,重量0.2kg，進(jìn)出口管徑φ6×1，和種子罐進(jìn)風(fēng)口不一致，可采使用方法蘭變徑即可。過(guò)濾能力0.01m3/min大于（3）發(fā)酵罐分過(guò)濾器①分過(guò)濾器濾層直徑計(jì)算：式中V——經(jīng)過(guò)發(fā)酵罐分過(guò)濾器空氣流量（0.4MPa下）Vs——經(jīng)過(guò)分過(guò)濾器氣速，現(xiàn)取0.2m/s則②分過(guò)濾器直徑：?，F(xiàn)取：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=1200mm③分過(guò)濾器壁厚：設(shè)計(jì)壓力P=0.5MPa取S=6mm。④進(jìn)出氣管：進(jìn)出氣管直徑可取和設(shè)備通風(fēng)管一致，即φ133×4無(wú)縫管⑤數(shù)量：分過(guò)濾器和發(fā)酵罐相配合，每罐一個(gè)，共需11臺(tái)。⑥濾層厚度：同種子罐，分過(guò)濾器5~6層超細(xì)玻璃纖維濾紙，經(jīng)樹(shù)脂處理過(guò)使用。⑦分過(guò)濾器高度：2.2.4味精廠發(fā)酵車(chē)間設(shè)備一覽表味精發(fā)酵車(chē)間設(shè)備見(jiàn)表3表315000t/a味精廠發(fā)酵車(chē)間設(shè)備一覽表位號(hào)設(shè)備名稱(chēng)臺(tái)數(shù)規(guī)格和型號(hào)材料備注F301-311發(fā)酵罐11φ5000×10000mmA3鋼專(zhuān)業(yè)設(shè)備F321-326二級(jí)種子罐6φ1400×2800mmA3鋼專(zhuān)業(yè)設(shè)備F331-336一級(jí)種子罐6φ400×800mmA3鋼專(zhuān)業(yè)設(shè)備R301-311發(fā)酵罐分過(guò)濾器11φ1200×1800mmA3鋼專(zhuān)業(yè)設(shè)備R321-326種子罐分過(guò)濾器6φ75×520mmA3鋼專(zhuān)業(yè)設(shè)備R331-336種子罐分過(guò)濾器6φ22×150mmA3鋼專(zhuān)業(yè)設(shè)備參考文件[1]張克旭．氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)，中國(guó)輕工業(yè)出版社，1992：279-280。[2]張啟先．中國(guó)發(fā)酵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)伏和對(duì)策科技導(dǎo)報(bào)，1992（2）：44-45。[3]高孔榮．發(fā)酵設(shè)備，中國(guó)輕工業(yè)出版社，1991：1-5。[4]王旭禹鄭超．味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及其關(guān)鍵設(shè)備，高等函授學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1995（4）：45-48。[5]吳思方．發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，中國(guó)輕工業(yè)出版，1995。[6]梁世中．生物工程設(shè)備，中國(guó)輕工業(yè)出版社，。[7]黎潤(rùn)鐘．發(fā)酵工廠設(shè)備，中國(guó)輕工業(yè)出版社，1991。[8]姚玉英．化工原理，天津大學(xué)出版社，1999。[9]國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，1996。[10]華南工學(xué)院，發(fā)酵工程和設(shè)備，北京輕工業(yè)出版社，1981。[11]何銘新等．機(jī)械制圖，高等教育出版社，1997。[12]何銘新等．建筑制圖高等教育出版社，1994。[13]華東理工大學(xué)浙江大學(xué)，生物工程(技術(shù))專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社，1999。[14]許贛榮．發(fā)酵生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)，中國(guó)輕工業(yè)出版社，。[15]英漢生物化學(xué)詞典，科學(xué)出版社，1983。[16]ChemicalEngineeringprogress．March，1976。[17]LydersenB.K,D'eliaNelsonK.L．BioprocessEngineering:Systems,equipmentandfacilities,ed.johnWiley&Sons,INC.1994.NewYork.。[18]W.L.McCabeandJ.C.Smith．UnitOperationsofChemicalEngineering,3rded.NewYork:GcGraw-Hill，1976,Section4。致謝此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是