食品发酵工程课程设计任务书

1.22 谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料 量。 （1）发酵液量V1 V1 = 1000 ÷ (150×48%×80%×99%×120%) = 15.66 m3 式中 150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3） 48%——糖酸转化率 80%——谷氨酸提取率 99%——除去倒灌率1%后的发酵成功率 112%——味精对谷氨酸的精制产率 （2）发酵液配制需水解糖量G1 以纯糖算，
N——轴转速，N=80r/min D——搅拌器直径（cm） ，D3=1.73×106=4.9×106 Q——通风量（ml/min） ，设通风比VVm=0.11~0.18，取低限， 如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.11； 则Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）
Q 0.08 = 1.7 × 10 7
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目录
1.设 计 方 案 简 介 1.1味 精 生 产 工 艺 概 述 1.2 味 精 工 厂 发 酵 车 间 的 物 料 衡 算 1.21 工艺技术指标及基础数据 1.22 谷氨酸发酵车间的物料衡算 2． 工 艺 及 主 要 设 备 、 辅 助 设 备 的 设 计 计 算 2.1发 酵 罐 2.11发酵罐的选型 2.12生产能力、数量和容积的确定 2.13 主要尺寸的计算： 2.14冷却面积的计算 2.2搅 拌 器 计 算 2.21搅拌轴功率的计算 2.3设 备 结 构 的 工 艺 计 算 2.4设 备 材 料 的 选 择 2.5发 酵 罐 壁 厚 的 计 算 2.6接 管 设 计 2.7支 座 选 择 3.设 计 结 果 汇 总 表 4.设 计 评 述 5.参 考 文 献
V糖 t V总φ24
=
616.79×36 68×0.7×24
=19.44（个）
取公称体积50 m3,发酵罐20个，其中一个留作备用。 每天的装罐量： 20÷36×24=13.33 实际产量验算： 115×0.7×13.33 ÷ (15.66×80%×90% + 15.66×99%)×320=20732t/a 富裕量: （20732-20000）÷20000=3.7% 能满足产量要求 .
Re m =
式中
D 2 Nρ μ
D——搅拌器直径，D=1.7m
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N——搅拌器转速，
N=
80 = 1.33(r / s ) 60
ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3 μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N・s/m2 将数代入上式：
Re m =
1.7 2 × 1.33 × 1050 = 3.1 × 10 6 ＞10 4 −3 1.3 × 10
4 4 6 6 6 7 7 7 7 8 8 9 9 11 13 13 14 15 15 16 17
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1.设计方案简介
味精是人们熟悉的鲜味剂，是L—谷氨酸单钠盐(Mono sodium glutamat e)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［1］ 。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。 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。 该生产工艺和设备具有很强的典型性， 本课设对味精发酵生 产工艺及主要设备作简要介绍， 以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关 知识。 设计内容为，了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和 生产流程， 根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程， 并对流程中的原料进 行物料衡算、热量衡算及设备的选择。最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面 布置图。 整个设计内容大体分成三部分， 第一部分主要是味精生产的工艺和设备选择； 第二部分包括发酵罐、 种子罐及空气分过滤器的设计与选型； 第三部分是工艺流 程和平面布置图。
Q总 KΔtm
发酵过程的热量计算有许多种方法， 但在工程计算时更可靠的方法仍然是实 际侧得的每31m发酵液在每h1传给冷却器的最大热量。多谷氨酸发酵，每31m 发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18×600018.43kj/(m3・h) 本罐采用竖式列管换热器，取经验值K=4.18×500kj/(m3・h ・℃) 平均温差Δtm ：
1.1味精生产工艺概述
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［4］ 。 味精发酵法生产的总工艺流程见图1。
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2.13 主要尺寸的计算： 取高径比 H：D=2：1[6] V总= V1+2V2 =68 m3 则有： H=2D； 解方程得： V总=0.758×D2×2D +π/24×D3×2=68 D=2.009m 取D=2m H=2D=4m； 查表得封头高： H封 =h1+h2 =550mm 验算全容积V总： d总=V筒+2V封=(π/24)×D2×2D+2×(π/24)×D3+(π/24)×D2×0. 05×2=68.44≈V总 符合设计要求，可行。 2.14冷却面积的计算 为了保证发酵在最旺盛、 微生物消耗机制最多以及环境气温最高时也能冷却 下来，必须按发酵生成热量高峰、一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能达 到最高温度的恶劣条件下设计冷却面积。 计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即：F =
2.2搅拌器计算
选用六弯叶涡轮搅拌器。 该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系 。 搅拌器叶径 Di=D0/3=2/3=0.67m 取d=0.7 m 叶宽 ： B=0.2d=0.2×0.7=0.14m 弧长： l=0.375d=0.375×0.7=0.26m 底距： C=D/3=0.67m 盘踞 ： di=0.75 Di=0.75×0.7=0.53m 叶弦长： L=0.25 Di =0.25×0.7=0.18m 叶距 ： Y=D=2m 弯叶板厚： δ=6（mm） 取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径0.55m，转速N1=85r/mi n。 2.21搅拌轴功率的计算 淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。 ①计算Rem
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G1 = V1×150 = 2349kg （3）耗用淀粉原料量 理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用的淀粉量G 为： G=2349÷(86%×95%×111%)=2590.2kg 式中 86%——淀粉原料含纯淀粉量 95%——淀粉糖转化率
2．工艺及主要设备、辅助设备的设计计算
2.1发酵罐
2.11发酵罐的选型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 2.12生产能力、数量和容积的确定 ①发酵罐容积的确定：选用50m3 罐 ②生产能力的计算：现每天生产99%纯度的味精10000t，谷氨酸的发酵周 期为34h (包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。则每天需糖液体 积为V糖 。每年产纯度为99%的味精10000t，每年生产320天，每吨100%的 味精需糖液15.66(m3) V糖 = 15.66×{
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1.2 味精工厂发酵车间的物料衡算
1.21 工艺技术指标及基础数据 （1）查《发酵工厂工艺设计概论》味精行业国家企业标准［5］ ，选用主要指标 如表1 指标名称 生产规模 生产方法 年生产天数 产品日产量 产品质量 倒灌率 发酵周期 发酵初糖 淀粉糖转化率 糖酸转化率 麸酸谷氨酸含量 谷氨酸提取率 味精对谷氨酸率 （2）主要原材料质量指标 单位 指标数 t/a 10000 （味精） 中糖发酵，一次等电点提取 d/a 320 t/d 31.25 纯度% 99 % 1.0 h 34～36h Kg/m 3150 % 95 % 48 % 90 % 80 % 112 淀粉原料的淀粉含量为86%。
10000×80%×90% 320
+
10000×20%×80% 320
} = 431.75m3
设发酵罐的填充系数φ=70%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V0 （发酵周期为34h） 。 V0 =
V糖 φ
=
431.75 0 .7
= 616.79(m3)
③发酵罐个数的确定：公称体积为50m3 的发酵罐，总体积为68 m3 N1=
两挡搅拌：
P0 = 2 P0' = 176 .4kW
③计算通风时的轴功率Pg
0.39
⎛ P02 ND 3 ⎞ ⎟ Pg = 2.25 × 10 × ⎜ ⎜ Q 0.08 ⎟ ⎝ ⎠
−3
(kW )
式中
2 2 4 P0——不通风时搅拌轴功率（kW） ， P0 = 176 .4 = 3.1 × 10
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菌种 斜面培养 摇瓶扩大培 种子罐扩大培
原料 预处理 水解 过滤 淀粉水解 配料 发酵 等电点调
空气 空气压缩 冷却 气液分离
除铁 过滤 脱色 浓缩结晶 离心
过滤除
小结晶 沉淀 干燥 离心 拌盐粉碎 粗谷氨 粗谷氨酸 溶解 母液 粉状味精 粗谷氨酸溶
大结晶 干燥 过滤
成品味精
中和制味精 离子交换处 理 图1 味精生产总工艺流程图
Δt m =
Δt1 − Δt2 Δt1 ln Δt2