课程设计计算步骤

物料计算

（1）已知谷氨酸的年产量为10000t

生产天数为320d 每天生产的产量=10000/320=31.3t/d

（2）每天需要谷氨酸含量为10％的发酵液体积

等电加离交总收率为94％,去氨收率为95%，脱色收率为98%，浓缩收率为95%，结晶收率为83.5%,所以总收率为：71.2%

则发酵液的总质量=31.3/71.2%/10%=440 t/d

取发酵液密度ρ=1000kg/m3

则发酵液总体积=440ⅹ1000/1000=440 m3/d

（3）每天需要氨水量及洗脱用水量

W氨水=3.574/0.15=23.8265 t

用水量W水=W氨水-WNH4=23.8265-3.574=20.2525ⅹ17/35=9.837t（详见设备计算部分）(4)每天所需调酸的92.5％硫酸的量

H2SO4的总体积=26840/1824x416.212=6124m3（详见设备计算部分）

设备平衡及主要设备计算

（一）贮罐的大小和个数的确定

一次等电收率为平均76％

则结晶出谷氨酸的质量=31.3ⅹ0.76=23.788t/d

上清液中剩余谷氨酸的质量=31.3ⅹ（1-0.76）=7.512 t/d

上清液中谷氨酸所占的百分比=7.512/（440-23.788）ⅹ100％=1.805％

取ρ=1000kg/m3

则上清液总体积=（440-23.788）ⅹ1000/1000=416.212m3

所以需体积（以一天来计算）为500m3的贮罐一个。

（4）将谷氨酸上清液调成PH=1.5 所需的的H2SO4的量

1.上清液的质量=440-23.788=416.212 kg

根据1吨上清液（含谷氨酸 1.8～2.0％）从PH=1.5需92.5％的硫酸约60kg ,而

由于我们的上清液中谷氨酸含量为1.805％，所以适当增加硫酸（92.5％）为61kg 硫酸的质量=440ⅹ61=26840 kg

又知92.5％的硫酸的密度ρ=1824 kg/m3

H2SO4的体积=26840/1824=14.715m3

每天需要调酸的液体总体积=440+14.715=454.715 m3

每4个小时调酸一次，一天调酸6次

则每次调酸的液体体积=454.715/6=75.786 m3

所以需体积（以一天计算）为100 m3的调酸罐一个【14】。

（二）调酸罐的设计：

采用搅拌：高径比H/D=2

封头容积：V=1/4ⅹ3.14ⅹD2ⅹ(Hb+1/6D)

圆柱容积：V=1/4ⅹ3.14ⅹD2ⅹH=1/2ⅹ3.14ⅹD3

取 Hb=0.04

可得1/4ⅹ3.14ⅹD2ⅹ（Hb+1/6D）+1/4ⅹ3.14ⅹD2ⅹH=100

计算可得：D=5.5 m

H=2D=5.5ⅹ2=11.0 m

采用桨式搅拌器，搅拌器的转速为60转/分，即1 r/s

发酵液黏度为1ⅹ10-3Ns/m2

桨叶直径为： Di=1/4D=1/4ⅹ5.5=1.375 m

REM=Diⅹnⅹρ/ц=1.375ⅹ1.375ⅹ1ⅹ1000/1ⅹ10-3=12.912ⅹ105>104为湍流

查《发酵工程设备》图 6-52

对螺旋桨，Np=0.38

搅拌轴功率=NpⅹDi5ⅹn3ⅹρ=0.38ⅹ1.375ⅹ1ⅹ1000=522.5 w/m3

设三角带的效率为0.95，滚动轴承的效率为0.99，滚动轴的效率为0.98，端轴封增加功率为1.0％，则所需电机功率为：

522.5ⅹ1.01/（0.95ⅹ0.99ⅹ0.98）=572.55 w

故选用600w的电动机

采用桨式搅拌器，材料用不锈钢，搅拌轴较长，分为两至三段，用连轴器连接，装用可调节的中间轴承可减少震动，连轴器材料用聚氯乙烯【15 16】。

（三）离子交换树脂的设计

选用732型树脂，其性能有关的参数如下（由《氨基酸工艺学》 P232表6-15查得）

全交换容量（毫克当量/克）:>4.5 溶沸率：在水中为22.5％

粒度：16～60 交联度：7～8

最高耐温：93℃湿视密度: 0.75～0.85g/cm2

理论交换量： 4.5 mmol/g PH范围：0～14

水分：46％～52％活性基团: SO3-

1.每天需上柱提取得上清液（母液）中所含有的谷氨酸的质量为7512 kg

2.所需的树脂量

取谷氨酸的交换量为35kg/t 商品树脂

根据上柱和洗脱所需的时间为8h 每天完成三次提取

所以树脂的质量=7512/35/3=71.54t

3.离子交换柱的大小和个数

取D=1m H=8m

取树脂层高度为圆筒高度的75％

则每柱中树脂体积=1/4ⅹ3.14ⅹD2ⅹHⅹ0.75=1/4ⅹ3.14ⅹ1ⅹ8ⅹ0.75=4.71 m3 1）交换柱尺寸

装柱离子交换树脂体积V=4.71（米3）

=2D

树脂层高度H

树脂装量系数=0.6

17.42

24

4

==

*=

*=

D D DD H DD V π

π

π

柱直径 44.114

.371

.423=⨯=D 取D=1.5 米

06.34.14.114.371

.444=⨯⨯⨯==

DD V H π 柱高度(圆柱部分,不包括上下封头)

1.56

.0==

H

H 取H=5.5 (包括上下封头总高度5.8米) 柱尺寸:直径1.5米,高5.5米 2）交换柱壁厚S.取S=6(毫米)衬橡胶 3）折边封头壁厚S.取S=6(毫米)衬橡胶. 4）花板:

开孔率取15∽25%,孔按正六角形排列 取孔直径d=42(毫米),孔间中心距t=90(毫米)

Ф1200（毫米）花板可开151孔。每孔装有塑料筛孔帽罩（滤液器）。 滤缝最大宽度≤0.55mm 。 开孔率=18.5%

花板的厚度因考虑开孔而影响强度。可取S=25（毫米），衬橡胶。

2)交换柱个数

取树脂视比重为 0.8ⅹ103 kg/m 3

则树脂总体积=71.54ⅹ1000/（0.8ⅹ1000）=89.43 m 3 考虑破损=89.43/0.8=111.79 m 3

所需离子交换柱的个数：n=111.79/4.71=23.73 个 取30个离子交换柱

注：因为完成一次提取需要８h ，而每４h 调酸一次，所以采用分批上柱。每

８h 调酸２次，一共有30个柱，所以每次调酸完成后，上15个柱，在完成一次