課程設(shè)計(jì)---年產(chǎn)2萬噸味精廠設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　食品科學(xué)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　項(xiàng)目名稱：</b></p><p>　　年產(chǎn)2萬噸味精廠設(shè)計(jì)</p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　班級：食品0901</b></

2、p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p><b>　　1.1定義2</b></p><p>　　1.2理化性質(zhì)要

3、2</p><p>　　1.3味精的發(fā)現(xiàn)2</p><p>　　1.4味精的發(fā)展3</p><p>　　1.4.1世界味精大致有三個(gè)階段：3</p><p>　　1.4.2我國味精工業(yè)發(fā)展史3</p><p>　　2.1味精生產(chǎn)工藝概述5</p><p>　　2.2 原料預(yù)處理及淀粉

4、水解糖制備7</p><p>　　2.2.1原料的預(yù)處理7</p><p>　　2.2.2淀粉水解糖制備7</p><p>　　2.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵7</p><p>　　2.4谷氨酸的提取8</p><p>　　2.5谷氨酸制取味精及味精成品加工8</p><p>　　第

5、3章 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算9</p><p>　　3.1工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)9</p><p>　　3.2谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算10</p><p>　　3.3 20000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果12</p><p>　　第4章 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型13</p><p><b>　

6、　4.1發(fā)酵罐13</b></p><p><b>　　4.2種子罐23</b></p><p>　　4.3空氣分過濾器30</p><p>　　4.4味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表32</p><p>　　第5章 參考文獻(xiàn)33</p><p><b>　　第1章 緒論

7、</b></p><p><b>　　1.1定義</b></p><p>　　味精是調(diào)味料的一種，主要成分為谷氨酸鈉。味精是人們熟悉的鮮味劑，是L—谷氨酸單鈉鹽(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa·H20)，具有旋光性，有D—型和L—型兩種光學(xué)異構(gòu)體。</p><

8、;p><b>　　1.2理化性質(zhì)要</b></p><p>　　注意的是如果在100℃以上的高溫中使用味精，谷氨酸鈉會(huì)轉(zhuǎn)變成對人體有致癌性的焦谷氨酸鈉。由于炒菜時(shí)油溫在150--200℃，這會(huì)使味精變成有毒性的焦化谷氨酸鈉，所以，對于加入味精的半成品配菜的烹飪，應(yīng)以蒸煮為妥。還有如果在堿性環(huán)境中，味精會(huì)起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)，所以要適當(dāng)?shù)氖褂煤痛娣拧?lt;/p>

9、<p><b>　　1.3味精的發(fā)現(xiàn)</b></p><p>　　盡管味精廣泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸對于增強(qiáng)食物鮮味的作用，在20世紀(jì)早期，才被人們科學(xué)地認(rèn)識(shí)到。 1907年，日本東京帝國大學(xué)的研究員池田菊苗發(fā)現(xiàn)了一種，昆布（海帶）湯蒸發(fā)后留下的棕色晶體，即谷氨酸。這些晶體，嘗起來有一種難以描述但很不錯(cuò)的味道。這種味道，池田在許多食物中都能找到蹤跡，尤其是在海帶

10、中。池田教授將這種味道稱為“鮮味”。繼而，他為大規(guī)模生產(chǎn)谷氨酸晶體的方法申請了專利。</p><p><b>　　1.4味精的發(fā)展</b></p><p>　　1.4.1世界味精大致有三個(gè)階段：</p><p>　　第一階段：1866年德國人H·Ritthasen(里德豪森)博士從面筋中分離到氨基酸，他們稱谷氨酸，根據(jù)原料定名為麩酸或

11、谷氨酸（因?yàn)槊娼钍菑男←溊锾崛〕鰜淼模?908年日本東京大學(xué)池田菊苗試驗(yàn)，從海帶中分離到L—谷氨酸結(jié)晶體，這個(gè)結(jié)晶體和從蛋白質(zhì)水解得到的L—谷氨酸是同樣的物質(zhì)，而且都是有鮮味的。</p><p>　　第二階段：以面筋或大豆粕為原料通過用酸水解的方法生產(chǎn)味精，在1965年以前是用這種方法生產(chǎn)的。這個(gè)方法消耗大，成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對設(shè)備要求高，需耐酸設(shè)備。</p><p>　　第三階段：隨

12、著科學(xué)的進(jìn)步及生物技術(shù)的發(fā)展，使味精生產(chǎn)發(fā)生了革命性的變化。自1965年以后我國味精廠都采用以糧食為原料（玉米淀粉、大米、小麥淀粉、甘薯淀粉）通過微生物發(fā)酵、提取、精制而得到符合國家標(biāo)準(zhǔn)的谷氨酸鈉，為市場上增加了一種安全又富有營養(yǎng)的調(diào)味品，用了它以后使菜肴更加鮮美可口。</p><p>　　1.4.2我國味精工業(yè)發(fā)展史</p><p>　　1925年，吳蘊(yùn)初將自己的生產(chǎn)工藝公開，以做好向歐

13、美行銷的準(zhǔn)備。1926～1927年吳蘊(yùn)初還將“佛手牌”味精的配方、生產(chǎn)技術(shù)等，向英、美、法等化學(xué)工業(yè)發(fā)達(dá)國家申請專利，并獲批準(zhǔn)。這也是中國歷史上，中國的化學(xué)產(chǎn)品第一次在國外申請專利。1926年，佛手牌味精獲得美國費(fèi)城世界博覽會(huì)金獎(jiǎng)。1930年，1933年，吳蘊(yùn)初的味精繼續(xù)在世界博覽會(huì)上連續(xù)獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，佛手牌味精打入了歐洲等海外市場。日本“味之素”在東南亞的市場也被中國產(chǎn)品取代。</p><p>　　按照北洋政府的專

14、利法，吳蘊(yùn)初的味精專利可以享有5年的專利保護(hù)。1926年，吳蘊(yùn)初宣布，放棄味精的國內(nèi)的專利，希望全國各地大量仿造生產(chǎn)。此后，國內(nèi)各地先后出現(xiàn)了十幾個(gè)味精品牌，國貨味精市場極大繁榮，日本的“味之素”除了在日本關(guān)東軍占領(lǐng)的我國東北地區(qū)外，在中國的其他地區(qū)再也難見蹤影。</p><p>　　一九二五年，因有了聲勢浩大的五卅運(yùn)動(dòng)相助，日貨更受抵制，本來無力與味精競爭的味の素更趨頹萎，連南洋的華僑也棄日貨味の素，改用了國貨

15、味精，進(jìn)入了“天廚”。佛手牌味精不但打入了南洋各國市場，而且很快就成了該市場的緊俏商品。</p><p>　　我國味精獲得多次世博會(huì)大獎(jiǎng)</p><p>　　1926年，“佛手”味精由中國選送至美國費(fèi)城和賓州世界博覽會(huì)參展，即以純正的中國制造和典型的東方藝術(shù)色彩的包裝贏得了參觀者的青睞。經(jīng)過評審，大會(huì)評審團(tuán)“以天廚味精廠對食品改善的貢獻(xiàn)”授予中國調(diào)味品制造商以大獎(jiǎng)證書。</p>

16、<p>　　1926年佛手牌味精參加在西班牙舉辦的國際博覽會(huì)上，獲得金獎(jiǎng)。</p><p>　　1930年，“佛手”味精赴比利時(shí)列日產(chǎn)業(yè)科學(xué)世界博覽會(huì)，又獲大獎(jiǎng)。</p><p>　　1933年，美國芝加哥世博會(huì)，主題為“一個(gè)世紀(jì)的進(jìn)步”。吳蘊(yùn)初緊扣主題制作了“百年中國調(diào)味品也之進(jìn)步”的宣傳手冊，以及紅木的展示臺(tái)。由于產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異，加上宣傳到位，“佛手”味精再獲大獎(jiǎng)。<

17、/p><p>　　第2章 味精生產(chǎn)工藝</p><p>　　2.1味精生產(chǎn)工藝概述</p><p>　　味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個(gè)工藝階段:</p><p>　　(1)原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備;</p><p>　　(2)種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵;</p><p>　　(3)谷氨酸的提取;&

18、lt;/p><p>　　(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。</p><p>　　與這四個(gè)工藝階段相對應(yīng)味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時(shí)還設(shè)置了動(dòng)力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需

19、求部位［4］。</p><p>　　味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖1。</p><p>　　圖1 味精生產(chǎn)總工藝流程圖</p><p>　　2.2 原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備</p><p>　　2.2.1原料的預(yù)處理</p><p>　　此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時(shí)去除固體雜質(zhì)，

20、防止機(jī)器磨損。用于除雜的設(shè)備為篩選機(jī)，常用的是振動(dòng)篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。</p><p>　　用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機(jī)外，還有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī)。盤磨機(jī)廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機(jī)應(yīng)用于薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用，輥式粉碎機(jī)主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎［3］。</p><p>　　2.2.2淀粉水解糖制備</p><

21、p>　　在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。目前，國內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。</p><p>　　2.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵</p><p>　　種子擴(kuò)大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)

22、任務(wù)。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。

23、

24、 </p><p>　　谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時(shí)滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔—維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴射加熱器—維持管—真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動(dòng)性差，容易將維持管堵塞，同時(shí)真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應(yīng)用較少。</p><p>　　發(fā)酵設(shè)備，國內(nèi)味精廠大多采用機(jī)械

25、攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m3之間。對于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時(shí)反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進(jìn)程表現(xiàn)出波動(dòng)性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。</p><p>　　由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進(jìn)而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌

26、后，送至發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設(shè)備［4］。</p><p><b>　　2.4谷氨酸的提取</b></p><p>　　谷氨酸的提取一般采用等電點(diǎn)—離子交換法，國內(nèi)有些味精廠還采用等電點(diǎn)—鋅鹽法、鹽酸水解—等電點(diǎn)法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受

27、到限制［1］ 。</p><p>　　2.5谷氨酸制取味精及味精成品加工</p><p>　　精制車間加工的谷氨酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經(jīng)提純、加工、包裝，得到成品。</p><p>　　味精中和液的脫色過程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱，利用離子交換樹脂的吸附色素。味精的干燥過程，國內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設(shè)備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率

28、低，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時(shí)間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時(shí)廠房建筑要求較高，這樣均不如振動(dòng)式干燥床應(yīng)用效果好[4]。 </p><p>　　第3章 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算</p><p>　　3.1工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) </p><p>　?。?）查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》P326表3味

29、精行業(yè)國家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［5］，選用主要指標(biāo)如表1</p><p>　　表1 味精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)</p><p>　?。?）主要原材料質(zhì)量指標(biāo) 淀粉原料的淀粉含量為80%，含水14%。 </p><p>　　（3）二級種子培養(yǎng)基（g/L） 水解糖25，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氫二鉀1.0，硫酸鎂0.6，玉米漿5~10，泡敵0.6，硫酸鎂0.002，硫酸亞鐵0.00

30、2。</p><p>　?。?）發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L） 水解糖150，糖蜜4，硫酸鎂0.6，氯化鉀0.8，磷酸氫二鈉0.2，硫酸亞鐵0.002，硫酸錳0.002，尿素（總尿）40，泡敵0.6，植物油1.0。</p><p>　?。?）接種量為2% 。 </p><p>　　3.2谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 -------------------------------

31、-------（依照老師標(biāo)準(zhǔn)而非國家標(biāo)準(zhǔn)）</p><p>　　首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。</p><p>　?。?）發(fā)酵液量V1 </p><p>　　式中 150——發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）</p><p>　　48%——糖酸轉(zhuǎn)化率</p><p>　　

32、85%——谷氨酸提取率</p><p>　　93%——谷氨酸精制提取率</p><p>　　99%——除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率</p><p>　　93%——味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率</p><p>　?。?）發(fā)酵液配制需水解糖量G1 </p><p>　　以純糖算， </p><

33、p>　　（3）二級種液量 V2 </p><p>　?。?）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 </p><p>　　式中 25——二級種液含糖量（kg/m3）</p><p>　?。?）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為： </p><p>　　（6）耗用淀粉原料量 </p><p>　　理論上，100k

34、g淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G淀粉為：</p><p>　　式中 80%——淀粉原料含純淀粉量</p><p>　　95%——淀粉糖轉(zhuǎn)化率</p><p>　　（7）尿素耗用量 </p><p>　　二級種液耗尿素量為V3</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4</p>

35、<p>　　故共耗尿素量為627.5kg</p><p>　?。?）甘蔗糖蜜耗用量 </p><p>　　二級種液耗用糖蜜量V5</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6</p><p>　　合計(jì)耗糖蜜69.9kg</p><p>　　（9）氯化鉀耗量GKCl </p><p&g

36、t;　?。?0）磷酸氫二鈉（Na2HPO4·7H2O）耗量G3 </p><p>　?。?1）硫酸鎂（MgSO4·7H2O）用量G4 </p><p>　?。?2）消泡劑（泡敵）耗用量G5 </p><p>　?。?3）植物油耗用量 G6 </p><p>　?。?4）谷氨酸（麩酸）量 </p>&l

37、t;p>　　發(fā)酵液谷氨酸含量為：</p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率85%）為：</p><p>　　1116.2×85%=948.77(kg)</p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)的精制谷氨酸（提取率93%）</p><p>　　948.77×93%=882.3561(kg)</p><p&g

38、t;　　味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率為93%</p><p>　　882.3561×93%=820.6（kg）</p><p>　　3.3 20000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 </p><p>　　由上述生產(chǎn)1000kg味精（100%純度）的物料衡算結(jié)果，可求得20000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。</p><p>　

39、　20000t/a=54795kg/d</p><p>　　所以此工廠的日谷氨酸產(chǎn)量應(yīng)為74534kg才能滿足20000噸的年產(chǎn)量</p><p>　　第4章 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型</p><p><b>　　4.1發(fā)酵罐 </b></p><p>　　（1）發(fā)酵罐的選型 </p><p>　　選

40、用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐</p><p>　　（2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 </p><p>　?、侔l(fā)酵罐容積的確定：選用200m3罐 </p><p>　?、谏a(chǎn)能力的計(jì)算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精120t，谷氨酸的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間)。則每天需糖液體積為V糖 。每天產(chǎn)純度為99%的味精120t，每噸100%的

41、味精需糖液15.66m3</p><p>　　設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ=70%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為V0（發(fā)酵周期為48h）。</p><p>　?、郯l(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230 m3 </p><p>　　取公稱體積200 m3 發(fā)酵罐17個(gè)，其中一個(gè)留作備用。</p><p><b>

42、;　　實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：</b></p><p><b>　　富裕量 </b></p><p><b>　　能滿足產(chǎn)量要求</b></p><p>　　（3）主要尺寸的計(jì)算：取高徑比 H：D=2：1[6]</p><p><b>　　則有：</b></p>

43、<p><b>　　H=2D；</b></p><p><b>　　解方程得：</b></p><p><b>　　取D=5m</b></p><p><b>　　H=2D=10m；</b></p><p><b>　　封頭高：<

44、;/b></p><p><b>　　封頭容積 ：</b></p><p>　　V封=16.4（m3）</p><p><b>　　圓柱部分容積：</b></p><p><b>　　V筒=197m3</b></p><p><b>　　

45、驗(yàn)算全容積V全：</b></p><p><b>　　V全=V’全</b></p><p>　　符合設(shè)計(jì)要求，可行。</p><p>　?。?）冷卻面積的計(jì)算 </p><p>　　對谷氨酸發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為4.18×6000kJ/(m3·h) [5]。&

46、lt;/p><p>　　采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18×500 kJ/(m3·h·℃) [8]。</p><p>　　平均溫差Δtm： </p><p>　　32℃ 32℃</p><p>　　20℃ 27℃</p><p>　　

47、12 5</p><p><b>　　代入 </b></p><p>　　對公稱容量200 m3的發(fā)酵罐，每天裝12罐，每罐實(shí)際裝液量為</p><p><b>　　換熱面積 </b></p><p>　?。?）攪拌器計(jì)算 選用六彎葉渦輪攪拌器[6]。 </p>

48、<p>　　該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系</p><p><b>　　攪拌器葉徑</b></p><p><b>　　取d=1.7（m）</b></p><p><b>　　葉寬 ：</b></p><p><b>　　弧長：</b&

49、gt;</p><p><b>　　底距：</b></p><p><b>　　盤踞 ：</b></p><p><b>　　葉弦長：</b></p><p><b>　　葉距 ：</b></p><p><b>　　彎葉

50、板厚：</b></p><p><b>　　δ=12（mm）</b></p><p>　　取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=110r/min。以等P0/V為基準(zhǔn)[6]放大求得：</p><p>　?。?）攪拌軸功率的計(jì)算 </p><p>　　淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，

51、可視為牛頓流體。</p><p>　　①計(jì)算Rem[8] </p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=1.7m</p><p><b>　　N——攪拌器轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　　μ——醪液粘度， μ=1.3

52、5;10-3N·s/m2</p><p><b>　　將數(shù)代入上式：</b></p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7</p><p>　?、谟?jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率P0：</p><p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——

53、攪拌轉(zhuǎn)速，N=80r/min=1.33r/s</p><p>　　D——攪拌器直徑，D=1.7m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：</p><p><b>　　兩擋攪拌：</b></p><p>　?、塾?jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg </p><p>　　式中

54、 P0——不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉(zhuǎn)速，N=80r/min</p><p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=1.73×106=4.9×106</p><p>　　Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全?，F(xiàn)取0.11；</p>&

55、lt;p>　　則Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p><b>　　④求電機(jī)功率P電：</b></p><p>　　采用三角帶傳動(dòng)η1=0.92；滾動(dòng)軸承η2=0.99，滑動(dòng)軸承η3=0.98；端面密封

56、增加功率為1%[7]；代入公式數(shù)值得：</p><p>　?。?）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算 </p><p>　?、倏諝夥植计鳎罕竟薏捎脝喂苓M(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑φ133×4mm。 </p><p>　　②擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 </p><p>　?、勖芊夥绞剑罕竟薏捎秒p面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動(dòng)靜問題。</

57、p><p>　?、芾鋮s管布置：采用豎式蛇管[7] </p><p>　　Ⅰ 最高負(fù)荷下的耗水量W</p><p>　　式中 Q總——每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時(shí)，1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積</p><p>　　cp——冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kg·K）</p><p>　　t2——冷卻水終溫，t2

58、=27℃</p><p>　　t1——冷卻水初溫，t1=20℃</p><p><b>　　將各值代入上式</b></p><p>　　冷卻水體積流量為3.69×10-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積S總為：</p><p>　　式中 W——冷卻水體積流量，W

59、=3.69×10-2m3/s</p><p>　　V——冷卻水流速，v=1m/s</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p><b>　　進(jìn)水總管直徑 ：</b></p><p>　?、?冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數(shù)為n，則：</p&g

60、t;<p>　　取n=8，求管徑。由上式得：</p><p>　　查金屬材料表選取φ89×4mm無縫管[9]， ，，認(rèn)為可滿足要求，。</p><p>　　現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為300mm，則兩直管距離為600mm，兩端彎管總長度為：</p><p>　?、?冷卻管總長度L計(jì)算：由前知冷卻管總面積</p><p

61、>　　現(xiàn)取無縫鋼管φ89×4mm，每米長冷卻面積為</p><p><b>　　則:</b></p><p><b>　　冷卻管占有體積：</b></p><p>　?、?每組管長L0和管組高度：</p><p><b>　　另需連接管8m：</b></

62、p><p>　　可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為</p><p><b>　　則筒體部分液深為：</b></p><p><b>　　豎式蛇管總高 </b></p><p>　　又兩端彎管總長，兩端彎管總高為600mm，

63、</p><p><b>　　則直管部分高度：</b></p><p><b>　　則一圈管長：</b></p><p>　?、?每組管子圈數(shù)n0：</p><p>　　現(xiàn)取管間距為，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，則可計(jì)算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于200mm）。</p>

64、<p>　?、?校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：</p><p>　　而前有F=232.5m2，，可滿足要求。</p><p>　　（8）設(shè)備材料的選擇[10]</p><p>　　選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。</p><p>　　（9）發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算</p><p>　?、儆?jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚S&l

65、t;/p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P——設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPa</p><p>　　D——發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm</p><p>　　〔σ〕——A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，〔σ〕=127MPa</p><p>　　φ——焊接縫

66、隙， φ=0.7</p><p>　　C——壁厚附加量（cm）</p><p>　　式中 C1——鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm</p><p>　　C2——為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mm</p><p>　　C3——加工減薄量，現(xiàn)取C3=0</p><p>　　選用14mm厚A3鋼板制作。</p>

67、<p>　　②封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式[5]如下：</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P=0.4MPa</p><p><b>　　D=500cm</b></p><p>　　〔σ〕=127MPa</p><p

68、>　　C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）</p><p><b>　　φ=0.7</b></p><p><b>　?。?0）接管設(shè)計(jì)</b></p><p>　　①接管的長度h設(shè)計(jì)：各接管的長度h根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取100~200mm。</p><p><b&g

69、t;　　②接管直徑的確定：</b></p><p>　　按排料管計(jì)算：該罐實(shí)裝醪量155m3，設(shè)4h之內(nèi)排空，則物料體積流量</p><p>　　發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。</p><p><b>　　管徑：</b></p><p>　　取無縫管φ133×4mm，125.mm〉

70、118mm，認(rèn)為合適。</p><p>　　按通風(fēng)管計(jì)算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為20~25m/s?，F(xiàn)通風(fēng)比0.1~0.18vvm，為常溫下20℃，0.1MPa下的情況，要折算0.4MPa、30℃ 狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值，。</p><p>　　利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf[8]</p><p>　　取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為<

71、;/p><p><b>　　則氣管直徑d氣為：</b></p><p>　　因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取φ133×4mm無縫管，可滿足工藝要求。</p><p>　　排料時(shí)間復(fù)核：物料流量Q=0.0108m3/s，流速v=1m/s；</p><p><b>　　管道截面積：</b>&

72、lt;/p><p><b>　　，</b></p><p>　　在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為</p><p><b>　　排料時(shí)間：</b></p><p>　?。?1）支座選擇選用裙式支座</p><p><b>　　4.2種子罐 &

73、lt;/b></p><p>　　發(fā)酵所需的種子從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。種子罐冷卻方式采用夾套冷卻。 </p><p>　　（1）二級種子罐容積和數(shù)量的確定 </p><p>　?、俣壏N子罐容積的確定：接種量為2%計(jì)算，則種子罐容積V種2為：<

74、/p><p>　　式中 V總——發(fā)酵罐總?cè)莘e（m3）</p><p>　?、?二級種子罐個(gè)數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上5罐，需二級種子罐6個(gè)。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時(shí)間8~10h，生產(chǎn)周期16~18h，因此，二級種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。</p><p>　?、壑饕叽绲拇_定 種子罐仍采用幾何相似的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。</p>

75、;<p>　　H：D=2：1，則種子罐總?cè)莘e量V'總為：</p><p><b>　　簡化方程如下：</b></p><p><b>　　整理后</b></p><p><b>　　解方程得</b></p><p><b>　　D=1.4m<

76、;/b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　H=2D=2×1.4=2.8（m）</p><p><b>　　查得封頭高H'封</b></p><p><b>　　罐體總高H'罐：</b></p><p

77、><b>　　單個(gè)封頭容量：</b></p><p>　　V'封=0.398（m3）</p><p><b>　　封頭表面積： </b></p><p><b>　　S封=2.23m2</b></p><p><b>　　圓筒容量 ： </b&

78、gt;</p><p><b>　　不計(jì)上封頭容積 ：</b></p><p>　　校核種子罐總?cè)莘eV'總：</p><p>　　比需要的種子罐容積4.6 m3大 ，可滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　?、芾鋮s面積的計(jì)算 采用夾套冷卻</p><p>　?、?發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量：</p

79、><p><b>　?、?夾套傳熱系數(shù)：</b></p><p>　　現(xiàn)取K=4.18×220kJ/（m2·h·℃）</p><p>　?、?平均溫差：發(fā)酵溫度32℃；水初溫20~23℃，取23℃；水終溫27℃，則</p><p><b>　　平均溫差：</b></p

80、><p><b>　　Ⅳ 需冷卻面積F：</b></p><p>　?、?核算夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度：</p><p>　　靜止液體浸沒筒體高度 ：</p><p><b>　　液深 ： </b></p><p>　　夾套可能實(shí)現(xiàn)的冷卻面積為封頭表標(biāo)面積S封與圓筒

81、被液體浸沒的筒體為表面積S筒之和：</p><p>　　夾套高度應(yīng)不高于動(dòng)態(tài)時(shí)的液面高度，因高于液面的傳熱面積，并沒有起多少冷卻作用。</p><p>　　綜上，傳熱需要的面積F=12.1(m2)</p><p>　　該設(shè)計(jì)夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6 m2</p><p>　　S夾〉F，可滿足工藝要求。</p><

82、;p>　?、菰O(shè)備材料的選擇 采用A3鋼制作</p><p><b>　?、薇诤裼?jì)算 </b></p><p><b>　　Ⅰ 夾套內(nèi)罐的壁厚</b></p><p>　　式中 D——設(shè)備的公稱直徑，140cm</p><p>　　m——外壓容器的穩(wěn)定系數(shù)，與設(shè)備的起始橢圓度有關(guān)，在我國，m=

83、3</p><p>　　P——設(shè)計(jì)壓力，與水壓有關(guān)，P=0.4MPa</p><p>　　E——金屬材料的彈性模量[9]，對A3鋼E=2×105MPa</p><p>　　C——壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18</p><p>　　L——筒體長度，L=110cm</p><p>

84、;<b>　　將數(shù)值代入公式：</b></p><p><b>　　取9mm</b></p><p>　　Ⅱ 封頭的厚度δ封：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》P317表16 碳鋼橢圓封頭最大需用內(nèi)部壓力</p><p>　　i 對于上封頭，取δ封=6mm</p><p>　　ii 對于下封頭，取δ封=8

85、mm</p><p>　?、?冷卻外套壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》P314表13 碳鋼與普低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定δ套=5mm</p><p>　?、?外套封頭壁厚：查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》P316表15 橢圓形封頭（JBH54—73），確定δ套封=6mm</p><p>　?、咴O(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　Ⅰ 擋板：根據(jù)全擋

86、板條件，</p><p>　　式中 B——擋板寬度B＝（0.1-0.12）D=0.1×1400=140mm</p><p>　　D——罐徑D＝1400mm</p><p><b>　　Z——擋板數(shù)：</b></p><p><b>　　取Z＝6塊</b></p><

87、;p>　?、?攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器</p><p><b>　　直徑：</b></p><p>　　Di＝0.3~0.35D</p><p><b>　　現(xiàn)?。?lt;/b></p><p><b>　　葉片寬度：</b></p><p><

88、;b>　　弧長：</b></p><p><b>　　盤徑：</b></p><p><b>　　葉弦長：</b></p><p><b>　　攪拌器間距：</b></p><p><b>　　底距：</b></p><

89、;p>　　攪拌器轉(zhuǎn)速N2，根據(jù)50L罐，470r/min，使用P0/V為基準(zhǔn)放大[6]，50L罐N1＝470r/min，</p><p>　　攪拌器直徑Di=112mm</p><p><b>　　兩擋攪拌。</b></p><p>　?、?攪拌軸功率的計(jì)算 </p><p>　　淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視

90、為牛頓流體。</p><p>　　i 計(jì)算Rem[8]</p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=0.49m</p><p><b>　　N——攪拌器轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　　μ——醪液粘度， μ=1.3×

91、10-3N·s/m2</p><p><b>　　將數(shù)代入上式：</b></p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7</p><p>　　ii 計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率P0：</p><p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——攪

92、拌轉(zhuǎn)速，N=176r/min=2.93r/s</p><p>　　D——攪拌器直徑，D=0.49m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：</p><p><b>　　兩擋攪拌</b></p><p>　　iii 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg</p><p>　　式中

93、 P0——不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉(zhuǎn)速，N=176r/min</p><p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=0.493×106=1.12×105</p><p>　　Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全。現(xiàn)取0.11；</p>

94、<p><b>　　則</b></p><p>　　Q=3.1×0.11×106=3.41×105（ml/min）</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　iv 求電機(jī)功率P電：</p><p>　　采用三角帶傳動(dòng)η1=0.92

95、；滾動(dòng)軸承η2=0.99，滑動(dòng)軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%；代入公式數(shù)值得：</p><p>　?、?進(jìn)風(fēng)管：該管距罐底25~60mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。</p><p>　　通風(fēng)管管徑計(jì)算：設(shè)罐壓0.4MPa，發(fā)酵溫度t=32℃，風(fēng)速v=20m/s，通風(fēng)量為0.18VVm，</p><p>　　常壓下t0=20℃，送風(fēng)量V為：</p&g

96、t;<p>　　將通風(fēng)換算成工作狀態(tài)，求通風(fēng)管直徑d1</p><p>　　圓整，查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用25×3mm ,內(nèi)徑25-2×3=19 mm大于12 mm，可滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　?、?進(jìn)出物料管：該管為物料進(jìn)口，管底距罐底25~60mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。</p

97、><p>　　按輸送物料算：20min送完3.1m3物料</p><p><b>　　則物料流量為</b></p><p>　　管道截面為F，物料流速為v=0.5~1m/s，現(xiàn)取v=0.5m/s，則：</p><p><b>　　設(shè)管徑為：</b></p><p>　　圓整，查《

98、發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》，P313表12，無縫鋼管(YB231-70)，管徑采用108×4mm ,內(nèi)徑108-2×4=100 mm大于80 mm，可滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　?、?冷卻水管：由前知需冷卻熱量，冷卻水溫變化</p><p>　　23℃ 27℃，</p><p><b>　　水比熱容</b>&l

99、t;/p><p><b>　　則耗水量W為：</b></p><p>　　取水流速v=4m/s；則冷卻管直徑為</p><p>　?、嘀ёx型 選用支撐式支座</p><p><b>　?。?）一級種子罐 </b></p><p>　?、?一級種子罐的選型 </p>

100、<p>　　選用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐</p><p>　?、?一級種子罐容積和數(shù)量的確定 </p><p>　　種子罐容積的確定：接種量按2%計(jì)算，則種子罐容積V種1為</p><p>　　故選用公稱體積為100L的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的主要尺寸為：罐內(nèi)徑400mm，圓柱高800mm，封頭高125mm，罐體總高1050mm，封頭容積11.5L，圓柱部分容積100

101、L，不計(jì)上封頭的容積112L，全容積123L，攪拌槳直徑135mm。冷卻選用夾套冷卻[10]。</p><p>　　一級種子罐個(gè)數(shù)的確定：一級種子罐與二級種子罐對應(yīng)上料。二級種子罐平均每天上5罐，需一級種子罐6個(gè)。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時(shí)間8~10h，生產(chǎn)周期16~18h，因此，一級種子罐6個(gè)已足夠，其中一個(gè)備用。</p><p><b>　　4.3空氣分過濾器</b&g

102、t;</p><p>　　（1）二級種子罐分過濾器：</p><p>　　二級分過濾器風(fēng)量的計(jì)算：</p><p>　　查《生物工程設(shè)備》P389 表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技術(shù)特性，選用JLS-D-025型空氣過濾器，過濾能力0.25m3/min，外型尺寸φ75×520mm, 重量5kg，進(jìn)出口管徑φ20×20，與種子罐進(jìn)風(fēng)口不一致，

103、可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.25m3/min大于0.144m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。 數(shù)量與二級種子罐數(shù)量一致，共6只。 </p><p>　?。?）一級種子罐分過濾器：</p><p>　　一級分過濾器風(fēng)量的計(jì)算： </p><p>　　查《生物工程設(shè)備》P389 表3-1-9 JLS-D型空氣過濾器技術(shù)特性，選用JLS-D-001型空氣過濾器，過濾

104、能力0.01m3/min，外型尺寸φ22×150mm, 重量0.2kg，進(jìn)出口管徑φ6×1，與種子罐進(jìn)風(fēng)口不一致，可采用法蘭變徑即可。過濾能力0.01m3/min大于0.0043m3/min，能滿足生產(chǎn)要求。數(shù)量與一級種子罐數(shù)量一致，共6只。</p><p>　?。?）發(fā)酵罐分過濾器</p><p>　?、俜诌^濾器濾層直徑計(jì)算：</p><p>

105、　　式中 V——通過發(fā)酵罐分過濾器的空氣流量（0.4MPa下）</p><p>　　Vs——通過分過濾器的氣速，現(xiàn)取0.2m/s</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　?、?分過濾器直徑：</b></p><p><b>　　。</b><

106、;/p><p><b>　　現(xiàn)取 ：</b></p><p>　　查金屬材料表，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值：</p><p>　　D過濾器=1200mm</p><p>　?、鄯诌^濾器的壁厚：設(shè)計(jì)壓力P=0.5MPa</p><p><b>　　取S=6mm。</b>

107、</p><p>　?、苓M(jìn)出氣管：進(jìn)出氣管直徑可取與設(shè)備通風(fēng)管一致，即φ133×4無縫管</p><p>　　⑤數(shù)量：分過濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個(gè)，共需11臺(tái)。</p><p>　　⑥濾層厚度：同種子罐，分過濾器5~6層超細(xì)玻璃纖維濾紙，經(jīng)樹脂處理過使用。</p><p><b>　　⑦分過濾器高度：</b>

108、;</p><p>　　4.4味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表</p><p>　　味精發(fā)酵車間設(shè)備見表3</p><p>　　表3 45000t/a味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表</p><p><b>　　第5章 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張克旭．氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)，中國輕工業(yè)出版社，19

109、92：279-280。</p><p>　　[2]張啟先．我國發(fā)酵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)伏與對策科技導(dǎo)報(bào)，1992（2）：44-45。</p><p>　　[3]高孔榮．發(fā)酵設(shè)備，中國輕工業(yè)出版社，1991：1-5。</p><p>　　[4]王旭 禹鄭超．味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及其主要設(shè)備，高等函授學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1995（4）：45-48。</p><p&

110、gt;　　[5]吳思方．發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，中國輕工業(yè)出版，1995。</p><p>　　[6]梁世中．生物工程設(shè)備，中國輕工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　[7]黎潤鐘．發(fā)酵工廠設(shè)備，中國輕工業(yè)出版社，1991。</p><p>　　[8]姚玉英．化工原理，天津大學(xué)出版社，1999。</p><p>　　[9]國家醫(yī)藥管理局上

111、海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，化工工藝設(shè)計(jì)手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，1996。</p><p>　　[10]華南工學(xué)院，發(fā)酵工程與設(shè)備，北京輕工業(yè)出版社，1981。</p><p>　　[11]何銘新等．機(jī)械制圖，高等教育出版社，1997。</p><p>　　[12]何銘新等．建筑制圖 高等教育出版社，1994。</p><p>　　[13]華東理工大學(xué) 浙

112、江大學(xué)，生物工程(技術(shù))專業(yè)英語，化學(xué)工業(yè)出版社，1999。</p><p>　　[14]許贛榮．發(fā)酵生物技術(shù)專業(yè)英語，中國輕工業(yè)出版社，2004。</p><p>　　[15]英漢生物化學(xué)詞典，科學(xué)出版社，1983。</p><p>　　[16]Chemical Engineering progress ．March，1976。</p><p&

113、gt;　　[17]Lydersen B. K, D'elia Nelson K.L． Bioprocess Engineering : Systems, equipment and facilities, ed. john Wiley & Sons, INC. 1994.New York.。</p><p>　　[18]W.L.McCabe and J.C.Smith． Unit Operatio