2m3谷氨酸发酵罐设计

江西科技师范学院

生物工程专业《化工原理课程设计》说明书

题目名称2m3 产谷氨酸发酵罐的设计

专业班级2009 级生物工程（1）班

学号

学生姓名唐盼阙素云周婷

指导教师常军博士

2011 年10 月31 日

目录

一、设计方案的确定1

谷氨酸的生产工艺流程1

生产原料1

发酵菌株1

培养基的制备2

二、发酵罐主体设计计算2

发酵罐主要条件及主要技术指标2

罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算3发酵罐的选型3

发酵罐容积的确定 3

发酵罐装液量的确定3

冷却装置的设计3

罐体选料4

罐体壁厚4

封头壁厚计算5

夹套直径5

挡板的设计5

搅拌器的设计5

搅拌器的计算5

搅拌轴功率的计算 6

管道设计8

通风管管径计算8

进出物料管8

冷却水进出口管径 8

管道接口8

仪表接口8

三、其他附件选型9

四、附录及图纸10

附录1计算结果汇总表10

附录2计算结果汇总表10

五、总结11

六、参考文献及资料12

一、设计方案的确定

谷氨酸的生产工艺流程

谷氨酸的生产主要包括以下工作：谷氨酸发酵的原料处理和培养基的配制；

子培养；发酵工艺条件的控制；谷氨酸提取；谷氨酸的精制。

发酵法生产谷氨酸的工艺流程如下：

图1 谷氨酸生产工艺流程图

生产原料

谷氨酸生产时发酵原料的选择原则：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。

发酵菌株

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）纯齿棒状杆菌及其

（2）天津短杆菌T613及其诱变株FM-415、CMTC6282、诱变株B9、B9-17-36、F-263等菌株；

S9114等菌株；（3）北京棒杆菌及其诱变株D110等菌株。本实验选择北京棒杆菌。

培养基的制备

培养过程：斜面培养一级种子培养二级种子培养发酵罐

（1）斜面培养基：葡萄糖%、牛肉膏%、蛋白胨%、氯化钠%、琼脂%、~。

（2）一级种子培养基：葡萄糖%、尿素%、KH2PO4 %、MgSO4•7H2O %、玉米浆~、。（3）二级种子培养基：水解糖12~14%、尿素~%、玉米浆~、KH2PO4 ~%、MgSO4•7H2O %、。（4）发酵培养基：水解糖12~14、尿素~%、玉米浆、MgSO4•7H2O %、KCl %、Na2HPO4 %、。

二、发酵罐主体设计计算

发酵罐主要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

发酵产品谷氨酸由任务书确定

工作压力由任务书确定

设计压力由任务书确定

发酵温度（工作温度）32℃根据任务书选取

设计温度150℃由工艺条件确定

冷却方式夹套冷却由工艺条件确定

发酵液密度 3m /kg 1080=ρ

由工艺条件确定 发酵液黏度

23m /s N 100.2⋅⨯=μ-

由工艺条件确定

罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算 2.2.1 发酵罐的选型 选用机械搅拌通风发酵罐 2.2.2 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=，则H= 初步选用公称容积为2m 3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

设2/0=D H ，根据设计条件发酵罐的公称体积为2m 3；

罐体直径D=，取整为1100mm ； 罐体总高度H==×1100mm=2750mm ；

查阅文献[5]，当公称直径D=1100mm 时，标准椭圆封头的曲面高度h a =275mm ，直边高度h b =25mm ，总深度为H f =300mm ，内表面积2m 398.1S =封，容积3f m 198.0V =。

则此时9546.11100/2150D /H 0==，与前面的假设相近，故可认为D=1100mm 是合适的。

发酵罐的全体积：

2.2.3 发酵罐装液量的确定 设计发酵罐装料系数：取70% 发酵罐装料液体积：

1v =公称容积×装料系数=2×70%=3m 冷却装置的设计

因发酵罐容积小于5m3,故可以采用夹套冷却 Ⅰ 发酵产生的总热量：

()h /kJ 105.3%072600018.4Q 4⨯=⨯⨯⨯=总

m m

21506002750H 2H H f 0=-=-=32

b 020m 44.2)]1.161025.0(215.2[1.14)]

D 61

h (2H [D 4V =⨯+⨯+⨯⨯π=++π=3

02D

24

H D 4V π+π=