味精发酵罐课程设计

专业课程设计课程名称生物技术专业课程设计题目名称年产6000t味精发酵罐设计学生学院化学与生命科学学院专业班级生物专08-1班学号 *********** 学生姓名吴诗平指导教师马超2010 年12 月31 日广东石油化工学院大学课程设计任务书年产6000吨味精发酵罐设计DESIGN AND CHOICE OF 6000t MONOSODIUM GLUTAMATE FERMENTOR ABSTRACT 1、中英文摘要味精是烹饪中常用的一种鲜味调味品，主要以发酵法生产。

本论文以年产6000吨为规模，针对味精发酵生产过程中最主要的设备发酵罐进行了模拟设计和选型。

本论文进行工艺计算、主要设备工作部件（如罐体、罐体壁厚、封头壁厚计算、搅拌器、仪表接口、人孔和视镜、管道接口等）尺寸的设计。

【abstract】(英文摘要)Monosodium glutamate is cooking a common freshness condiment, mainly fermentation production. This thesis with annual output of 6,000 tons for scale, aiming at the monosodium glutamate fermentation process of the main equipment fermentation tank simulated in the design and selection. This thesis process calculation, the main equipment working parts (such as tanks, vessel wall thickness, sealing head wall thickness calculation, mixer, instrument interface, manhole and as a mirror, pipeline interfaces, etc.) design.of size【关键词】：味精发酵罐设计选型【key words】：Fermentor Monosodium glutamate Design Choice2、目录1、中文英摘要 (2)2、目录 (3)3、前言 (4)4、发酵生产工艺及流程（发酵菌株、生产条件、原料、工艺流程等） (4)4.1味精生产工艺 (4)4.1.1 发酵菌株 (4)4.1.2 生产原料【3】 (4)4.1.3 培养基制备[5] (4)4.1.4 味精发酵生产影响条件 (5)4.1.5 味精生产工艺概述[6] (5)5、发酵罐主要设计条件（发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果） (7)5、罐体几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算 (7)5.1发酵罐主要设计条件及主要技术指标 (7)5.2罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸、生产能力的设计计算 (8)5.2.1发酵罐的选型 (8)5.2.2 发酵罐生产能力、数量和容积的确定 (8)5.2.3 罐体主要部件尺寸的设计计算 (10)6、冷却装置设计 (14)6.1 冷却方式 (14)6.2 装液量 (14)6.3冷却水耗量 (14)6.4 冷却面积的确定 (14)7、发酵罐设计总结及心得体会 (15)参考文献及资料 (16)3、前言我设计的是一台30M3的机械搅拌通风发酵罐,发酵生产谷氨酸，进而生产味精。

味精是人们熟悉的鲜味剂，是L—谷氨酸单钠盐[1](Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa•H20)，具有旋光性，有D—型和L—型两种光学异构体。

味精具有很强的鲜味(阈值为0. 03%)，现已成为人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。

1987年3月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂［2］。

早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。

4、发酵生产工艺及流程（发酵菌株、生产条件、原料、工艺流程等）4.1味精生产工艺4.1.1 发酵菌株[3]现有谷氨酸生产菌分属于棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属。

目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。

目前国内各味精厂所使用的谷氨酸生产菌主要有（1）纯齿棒状杆菌AS1.542及其诱变株B9、B9-17-36、F-263等菌株；（2）天津短杆菌T613、及其诱变株FM-415、CMTC6282、S9114等菌株；（3）北京棒杆菌AS1.229及其诱变株D110等菌株。

4.1.2 生产原料谷氨酸生产时发酵原料的选择原则[4]：首先考虑菌体生长繁殖的营养；考虑到有利于谷氨酸的大量积累；还要考虑原料丰富，价格便宜；发酵周期短，产品易提取等因素。

目前谷氨酸生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，以生物素为生长因子。

国内大多数厂家用淀粉为发酵原料，主要有玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最为常用。

少数厂家用糖蜜为发酵原料，主要有甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。

4.1.3 培养基制备[5]斜面培养基：葡萄糖0.1%、牛肉膏0.5%、蛋白胨1.0%、氯化钠0.5%、琼脂2.0%、PH7.0~7.2。

一级种子培养基：葡萄糖2.5%、尿素0.6%、KH2PO4 0.1%、MgSO4•7H2O 0.04%、玉米浆2.3~3.0ml、pH7.0。

二级种子培养基：水解糖12~14%、尿素0.5~0.8%、玉米浆0.5~0.6ml、KH2PO4 0.1~0.2%、MgSO4•7H2O 0.04%、pH7.0。

发酵培养基：水解糖12~14、尿素0.5~0.8%、玉米浆0.6ml、MgSO4•7H2O 0.06%、KCl 0.05%、Na2HPO4 0.17%、pH7.0。

4.1.4 味精发酵生产影响条件（1）氧，谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。

尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。

（2）温度，菌种生长的最适温度为30～32℃。

当菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34～37℃。

（3）pH，谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0～8.0。

但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。

如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。

（4）磷酸盐，它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。

发酵结束后，常用离子交换树脂法等进行提取。

（5）生物素，当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。

因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。

4.1.5 味精生产工艺概述[6]味精生产全过程可划分为四个工艺阶段:(1)原料的预处理及淀粉水解糖的制备；(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵；(3)谷氨酸的提取；(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。

与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。

另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。

为保障全厂生产用水，还要设置供水站。

所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。

味精发酵法生产的总工艺流程如图：味精发酵法生产的总工艺流程见图1。

图1 味精生产总工艺流程图5、发酵罐主要设计条件（发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果）5、罐体几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算5.1发酵罐主要设计条件及主要技术指标根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：①结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；②有良好的气-液-固接触和混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能；③在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；④有良好的热量交换性能，以维持生物反应最是温度；⑤有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。

表5-1发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵产品味精工作压力0.4MPa 由任务书确定设计压力0.4MPa 由任务书确定发酵温度（工作温度）33℃根据任务书选取设计温度150℃由工艺条件确定冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定发酵液密度3ρ由工艺条件确定=1080mKg/发酵液黏度23/μ由工艺条件确定N•=-⨯s100.2m本文设计现每天生产99%纯度的味精25t，谷氨酸的发酵周期[7]为72h(包括发酵罐。

每天产纯度为99%清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。

则每天需糖液体积为V糖的味精50t，每吨100%的味精需需糖液15.66m3。

另外，发酵罐内部状态也是不可忽视的影响因素。

初步确定主要技术指标如表5-2所示。

表5-2 主要技术指标指标名称 单位 指标数 生产规模 t/a6000(味精)生产方法 采用淀粉原料，双酶法糖化，中初糖发酵流加高糖，等电点-离子交换法提取的工艺年生产天数 d/a 300 产品日产量 t/d25t产品质量纯度99%5.2罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸、生产能力的设计计算5.2.1发酵罐的选型选用机械搅拌通风发酵罐。

5.2.2 发酵罐生产能力、数量和容积的确定 5.2.2.1发酵罐容积的确定：根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.5，则H=2.5D初步选用公称容积为30m3的发酵罐。

公称体积 V －－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和 全 体 积V0－－公称体积和上封头体积之和。

封头体积 ()214h )6b V D D π=+封（()23040.15V D H D π=+ （近似公式）假设0 1.98H D =，根据设计条件发酵罐的公称体积为30M3罐体直径D=2600.906788mm 罐体总高度H=2.5D=2.5×2600.906788mm=6502.266969mm 取整为6500mm查阅文献 ，当公称直径DN=2600mm 时，标准椭圆封头的曲面高度ha=650，直边高度hb=50mm ，总深度为Hf=700mm ，内表面积26.0f A m =，容积Vf=2.57m3可得罐筒身高H0=H-2Hf=6500-2×700mm=5100mm则此时H0/D=5100/2600=1.961538462，与前面的假设相近， 故可认为D=2600mm 是合适的 发酵罐的全体积 V=2330/4232.2130.0f V D H V m m π=+=≈搅拌叶直径取850i D mm=，其中/850/26000.326,i D D =≈符合/(0.3~0.4)i D D =搅拌叶间距228501700i S D mm mm==⨯=底搅拌叶至底封头高度850i C D mm==表5-3 30m 3发酵罐的几何尺寸项目及代号 参数及结果 备注 公称体积3m 30 设计条件 全体积3m 32 计算 罐体直径mm 2600 计算 发酵罐总高mm 6500 计算 发酵罐筒体高度mm 5100 计算 搅拌叶直径mm 850 计算 椭圆封头短半轴长mm 650 计算 椭圆封头直边高度mm 50 计算 底搅拌叶至封头高度mm 850 计算 搅拌叶间距mm1700计算5.2.2.2生产能力的计算： 每天需糖液体积V 糖为：()3m 59.873%992566.15=⨯⨯=糖V若取发酵罐的填充系数ϕ=70%，则每天需要发酵罐总容积V0为：()30m 553.770.0387.59/===φ糖V V5.2.2.3 发酵罐个数的确定：公称容积为30m3的发酵罐，其全容积为32.6m3。