生物技术专业课程设计 年产30000吨味精发酵罐设计

专业课程设计年产30000吨味精发酵罐设计1、中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30000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。

本论文设计分发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算和发酵罐的设计与选型两个部分，包括发酵罐型的选择和发酵罐罐体的尺寸、各部结构、搅拌功率、壁厚和容积等计算，并绘制了发酵罐结构图和发酵设备图。

【abstract】Mono sod ium gl uta mat e，a f lav or coo kin g s pic es，is gen era lly pr odu ced by ferm ent ati on.Th e f erm ent or，ma jor fe rme nta tio n p rodu cti on equ ipm ent of 300,000 ton s o f mono sod ium gl uta mat e w as one ye ar，wa s d esi gne d a nd p ick ed out in th is pap er. Th e p ape r calc ula ted th e a mou nt of use d s tea m t o ster ili ze th e e mpt y f erm ent or，si ze of the fe rme nto r, mate rie ls bal anc e，a s w ell as th e o the r j oin ed equi pme nts. I n a ddi tio n，The fe rme nta tio n equi pme nt pla ns wer e a lso gi ven in th e p ape r.【关键词】：味精发酵罐设计选型2、目录1、中文摘要 (1)2、目录 (2)3、前言 (3)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） (3)4.1味精生产工艺 (3)4.1.1 发酵菌株 (3)4.1.2 生产原料【3】 (3)4.1.3 培养基制备[5] (4)4.1.4 味精发酵生产影响条件 (4)4.1.5 味精生产工艺概述[6] (4)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） (6)5、罐体几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算 (6)5.1发酵罐主要设计条件及主要技术指标 (6)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 (7)5.2.1发酵罐的选型 (7)5.2.2 发酵罐生产能力、数量和容积的确定 (7)5.2.3 罐体主要部件尺寸的设计计算 (9)6、冷却装置设计 (13)6.1 冷却方式 (13)6.2 装液量 (14)6.3冷却水耗量 (14)6.4 冷却面积的确定 (15)7、发酵罐设计总结及心得体会 (15)参考文献及资料 (16)3、前言味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。

味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。

味精是人们熟悉的鲜味剂，是L—谷氨酸单钠盐(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。

谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业。

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。

我设计的是一台200M3的机械搅拌通风发酵罐,发酵生产谷氨酸，进而生产味精。

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•7H2O0.04%、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•7H2O0.06%、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=Kg1080m/发酵液黏度23/μ由工艺条件确定=-⨯N∙0.2ms105.2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200m 3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V 0－－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）根据设计条件发酵罐的公称体积为200M 3 (1)发酵罐的全容积：32302m V V V =+=封全 则有：232245.2785.032=⨯+⨯=D D D V π全………………○1H=2.5D ……………………………………………………○2 解方程得：23026.09625.133=+D D()m D 697.422.22303==(2)罐体直径D=4.697m ，取D=5m(3)罐体总高度H=2.5D=2.5×4.697=12.5m ， (4)封头高：()mm h h H b a 1300=+=封 (5)封头容积：V 封=16.4（m 3） (6)圆柱部分容积：V 筒=197m 3验算全容积V 全：()3m 8.29216.421972=⨯+=+=封筒‘全V V V V 全=V ’全符合设计要求，可行。

表5-3 200m 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 200 设计条件 全体积3m 230 计算 罐体直径mm 5000 计算 发酵罐总高mm 12600 计算 发酵罐筒体高度mm 10000 计算 搅拌叶直径mm 1700 计算 椭圆封头容积3m 16.4 计算 封头高度3m 1300 计算 圆柱部分容积3m 197 计算 发酵罐内径mm5000计算5.2.2.2生产能力的计算：每天需糖液体积V 糖为：()3m45.648%9910055.6=⨯⨯=糖V若取发酵罐的填充系数ϕ=75%，则每天需要发酵罐总容积V 0为：()30m864.675.045.648/===υ糖V V5.2.2.3 发酵罐个数的确定：公称容积为200m 3的发酵罐，其全容积为230m 3。