味精发酵车间设计

2.1 味精工厂发酵车间的物料衡算2.1.1 工艺技术指标及基础数据（1）查《发酵工厂工艺设计概论》P326表3 味精行业国家企业标准［5］，选用主要指标如表1表1 味精发酵工艺技术指标指标名称单位指标数生产规模t/a 15000（味精）生产方法中糖发酵，一次等电点提取年生产天数d/a 300产品日产量t/a 50产品质量纯度% 99倒灌率% 1.0发酵周期h 48发酵初糖Kg/m3 150淀粉糖转化率% 95糖酸转化率% 48麸酸谷氨酸含量% 90谷氨酸提取率% 80味精对谷氨酸产率% 112（2）主要原材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。

（3）二级种子培养基（g/L）水解糖25，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5~10，泡敌0.6，硫酸镁0.002，硫酸亚铁0.002。

（4）发酵培养基（g/L）水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸氢二钠0.2，硫酸亚铁0.002，硫酸锰0.002，尿素（总尿）40，泡敌0.6，植物油1.0。

（5）接种量为2% 。

2.1.2 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，（3）二级种液量V2（4）二级种子培养液所需水解糖量G2式中 25——二级种液含糖量（kg/m3）（5）生产1000kg味精需水解糖总量G为：（6）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淀粉为：式中 80%——淀粉原料含纯淀粉量95%——淀粉糖转化率（7）尿素耗用量二级种液耗尿素量为V3发酵培养基耗尿素为V4故共耗尿素量为627.5kg（8）甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量V5发酵培养基耗糖蜜量V6合计耗糖蜜69.9kg（9）氯化钾耗量GKCl（10）磷酸氢二钠（Na2HPO4•7H2O）耗量G3（11）硫酸镁（MgSO4•7H2O）用量G4（12）消泡剂（泡敌）耗用量G5（13）植物油耗用量G6（14）谷氨酸（麸酸）量发酵液谷氨酸含量为：实际生产的谷氨酸（提取率80%）为：2.1.3 15000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料衡算结果，可求得15000t/a味精厂发酵车间的物料平衡计算。

具体计算结果如表2物料名称生产1t味精（100%）的物料量15000t/a味精生产的物料量每日物料量发酵液（m3）15.66 2.35×105 783二级种液（m3）0.313 4695 15.65发酵水解用糖（kg）2349 3.52×107 1.17×105二级种培养用糖（kg）7.83 1.18×105 391.5水解糖总量（kg）2356.8 3.53×107 1.18×105淀粉(kg) 2793.7 4.19×107 1.40×105尿素（或液氨）627.5 9.41×106 3.14×104糖蜜（kg）69.9 1.05×106 3495氯化钾（kg）12.53 1.88×105 626.5磷酸氢二钠（kg） 3.13 4.70×104 156.5硫酸镁（kg）9.58 1.44×105 479泡敌（kg）9.4 1.40×105 470植物油（kg）23.5 3.53×105 1175谷氨酸（kg）893 1.34×107 44650表2 15000t/a味精厂发酵车间的物料衡算2.2 设备设计与选型2.2.1 发酵罐（1）发酵罐的选型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐（2）生产能力、数量和容积的确定①发酵罐容积的确定：选用200m3罐②生产能力的计算：现每天生产99%纯度的味精33.3t，谷氨酸的发酵周期为48h(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。

每天产纯度为99%的味精33.3t，每吨100%的味精需糖液15.66m3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48h）。

③发酵罐个数的确定：公称体积为200m3的发酵罐，总体积为230 m3取公称体积200 m3 发酵罐11个，其中一个留作备用。

实际产量验算：富裕量能满足产量要求（3）主要尺寸的计算：取高径比H：D=2：1[6]则有：H=2D；解方程得：H=2D=10m；封头高：封头容积：V封=16.4（m3）圆柱部分容积：V筒=197m3验算全容积V全：V全=V’全符合设计要求，可行。

（4）冷却面积的计算对谷氨酸发酵，每1m3发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m3•h) [5]。

采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500 kJ/(m3•h•℃) [8]。

平均温差Δtm：32℃32℃20℃27℃12 5代入对公称容量200 m3的发酵罐，每天装5罐，每罐实际装液量为换热面积（5）搅拌器计算选用六弯叶涡轮搅拌器[6]。

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取d=1.7（m）叶宽：弧长：底距：盘踞：叶弦长：叶距：δ=12（mm）取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。

以等P0/V 为基准[6]放大求得：（6）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[8]式中 D——搅拌器直径，D=1.7mN——搅拌器转速，ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3μ——醪液粘度，μ=1.3×10-3N•s/m2将数代入上式：视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7②计算不通气时的搅拌轴功率P0：式中 Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N——搅拌转速，N=80r/min=1.33r/sD——搅拌器直径，D=1.7mρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3代入上式：两挡搅拌：③计算通风时的轴功率Pg式中P0——不通风时搅拌轴功率（kW），N——轴转速，N=80r/minD——搅拌器直径（cm），D3=1.73×106=4.9×106Q——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）代入上式：④求电机功率P电：采用三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功率为1%[7]；代入公式数值得：（7）设备结构的工艺计算①空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径φ133×4mm。

②挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板③密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。

④冷却管布置：采用竖式蛇管[7]Ⅰ最高负荷下的耗水量W式中 Q总——每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积cp——冷却水的比热容，4.18kJ/（kg•K）t2——冷却水终温，t2=27℃t1——冷却水初温，t1=20℃将各值代入上式冷却水体积流量为3.69×10-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：式中W——冷却水体积流量，W=3.69×10-2m3/sV——冷却水流速，v=1m/s代入上式：进水总管直径：Ⅱ冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d0，组数为n，则：取n=8，求管径。

由上式得：查金属材料表选取φ89×4mm无缝管[9]，，，认为可满足要求，。

现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为300mm，则两直管距离为600mm，两端弯管总长度为：Ⅲ冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积现取无缝钢管φ89×4mm，每米长冷却面积为则:冷却管占有体积：Ⅳ每组管长L0和管组高度：另需连接管8m：可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头250mm。

设发酵罐内附件占有体积为0.5m3，则：总占有体积为则筒体部分液深为：竖式蛇管总高又两端弯管总长，两端弯管总高为600mm，则直管部分高度：则一圈管长：Ⅴ每组管子圈数n0：现取管间距为，竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）。

Ⅵ.校核布置后冷却管的实际传热面积：而前有F=232.5m2，，可满足要求。

（8）设备材料的选择[10]选用A3钢制作，以降低设备费用。

（9）发酵罐壁厚的计算①计算法确定发酵罐的壁厚S（cm）式中P——设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPaD——发酵罐内经，D=500cm〔σ〕——A3钢的应用应力，〔σ〕=127MPaφ——焊接缝隙，φ=0.7C——壁厚附加量（cm）式中C1——钢板负偏差，现取C1=0.8mmC2——为腐蚀余量，现取C2=2mmC3——加工减薄量，现取C3=0选用14mm厚A3钢板制作。

②封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式[5]如下：（cm）式中 P=0.4MPaD=500cm〔σ〕=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）φ=0.7（10）接管设计①接管的长度h设计：各接管的长度h根据直径大小和有无保温层，一般取100~200mm。

②接管直径的确定：按排料管计算：该罐实装醪量155m3，设4h之内排空，则物料体积流量发酵醪流速取v=1m/s;则排料管截面积为F物。

管径：取无缝管φ133×4mm，125.mm〉118mm，认为合适。

按通风管计算，压缩空气在0.4MPa下，支管气速为20~25m/s。

现通风比0.1~0.18vvm，为常温下20℃，0.1MPa下的情况，要折算0.4MPa、30℃状态。

风量Q1取大值，。

利用气态方程式计算工作状态下的风量Qf[8]取风速v=25m/s，则风管截面积Ff为则气管直径d气为：因通风管也是排料管，故取两者的大值。

取φ133×4mm无缝管，可满足工艺要求。

排料时间复核：物料流量Q=0.0108m3/s，流速v=1m/s；管道截面积：，在相同的流速下，流过物料因管径较原来计算结果大，则相应流速比为排料时间：（11）支座选择选用裙式支座2.2.2 种子罐发酵所需的种子从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。