年產(chǎn)9000噸味精生產(chǎn)工藝設計

1、武漢工程大學化工與制藥學院課程設計任務書年產(chǎn)9000噸味精工廠（以液氨為氮源）的生產(chǎn)工藝設計專業(yè) 班級 學生姓名 學號 日期 年 月 日書面整理與設計：物料計算： 繪圖部分：目錄摘要：4Abstract:5前言 ：6設計依據(jù)與主要工業(yè)設計參數(shù)71設計依據(jù)71.1設計任務71.2工藝流程71.3基礎(chǔ)數(shù)據(jù)71.4原（輔）料及動力單耗82.物料衡算82.1生產(chǎn)過程的總物料衡算82.1.1生產(chǎn)能力82.1.2總物料衡算92.1.3淀粉的單耗：92.1.4原料及中間體的計算102.1.5總物料衡算結(jié)果102.2制糖工序物料衡算112.2.1淀粉漿量及加水量112.2.2液化酶用量112.2.3CaCl2

2、的加入量112.2.4糖化酶用量112.2.5糖化液量112.2.6加珍珠巖量和濾渣量112.2.7生產(chǎn)過程進入的蒸汽和洗水量122.2.8衡算結(jié)果122.2.9糖化過程衡算圖122.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵過程物料衡算132.3.1發(fā)酵培養(yǎng)的糖液量132.3.2配料132.3.3衡算結(jié)果匯總142.3.4發(fā)酵過程衡算圖152.4谷氨酸提取工序的物料衡算152.4.1發(fā)酵液數(shù)量152.4.2加98%硫酸量152.4.3谷氨酸產(chǎn)量152.4.4母液數(shù)量152.4.5谷氨酸分離洗水量162.4.6母液回收過程中用水以及酸、堿等數(shù)量162.4.7物料衡算結(jié)果162.5精制工序的物料衡算16物料衡算匯總表17

3、3熱量衡算183.1液化工序的熱量衡算183.1.2滅酶蒸汽用量193.1.3液化液冷卻用水量193.2糖化工序熱量衡算193.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算203.3.1培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量203.3.2培養(yǎng)冷卻水用量213.3.3發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量223.4谷氨酸提取工序冷量衡算233.5谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算233.5.1熱平衡與計算加熱蒸汽量233.5.2冷卻二次蒸汽所消耗冷卻水量243.6干燥過程的熱量衡算253.7生產(chǎn)過程耗用蒸汽量結(jié)果匯總26設備的設計與選型261基本參數(shù)262發(fā)酵罐272.1發(fā)酵罐生產(chǎn)能力272.2發(fā)酵罐臺數(shù)272.3設備容積272.4校核282

4、.5冷卻管283種子罐313.1種子罐容積313.2種子罐臺數(shù)313.3冷卻面積的計算314種子罐空氣過濾器324.1過濾層直徑324.2過濾器直徑334.3過濾器高度334.4分過濾器強度的計算334.5分過濾器強數(shù)量334.6過濾層厚度335連消塔335.1連消塔的主要參數(shù)335.2連消塔長度345.3進料管直徑345.4連消蒸汽耗量345.5進氣管直徑355.6出料管直徑355.7連消塔外圓尺寸355.8外筒有效長度的校核355.9設備結(jié)構(gòu)的工藝設計366 維持罐366.1維持罐的選型36總結(jié)：37參考文獻40摘要：谷氨酸鈉俗稱味精是一種重要的鮮味劑，對香味具有增強作用。谷氨酸鈉廣泛用于

5、食品調(diào)味劑，既可單獨使用，又能與其它氨基酸等并用。用于食品內(nèi)，有增香作用。日常生活中很多食品都含有味精。谷氨酸鈉（C5H8NO4Na），化學名-氨基戊二酸一鈉，是一種由鈉離子與谷氨酸根離子形成的鹽。其中谷氨酸是一種氨基酸，而鈉是一種金屬元素。生活中常用的調(diào)味料味精的主要成分就是谷氨酸鈉。過去生產(chǎn)味精主要用小麥面筋水解法進行，現(xiàn)改用微生物發(fā)酵法來進行大規(guī)模生產(chǎn)。而谷氨酸的通氣發(fā)酵，是我國目前通氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中，生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)品產(chǎn)量最大的生產(chǎn)方式,該生產(chǎn)工藝和設備具有很強的典型性。本次設計為年產(chǎn)9000噸谷氨酸鈉生產(chǎn)工藝設計，經(jīng)指導老師的指導和本小組各組員的努力完成。關(guān)鍵詞 ：味精 發(fā)酵 工藝流程圖

6、 Abstract:MSG is monosodium glutamate is an important flavor agent, has enhanced the role of fragrance. Glutamate is widely used in food flavoring agent, can be used alone, can also with other amino acids and other use. 

7、For food, a flavoring effect.Many foods contain MSG in daily life.Monosodium glutamate (C5H8NO4Na), chemical name of alpha amino glutaric acid sodium, is composed of a sodium ion and glutamate ionic salts formed. Th

8、eglutamic acid is an amino acid, and sodium is a metal element. The main component of MSG seasoning used in life is sodium glutamate.The past production of monosodium glutamate vital wheat gluten hydrolysis method, is to use 

9、to make large-scale production by microbial fermentation. Theventilation and glutamic acid fermentation, is currently China's largest ventilationfermentation industry, product yield, the largest manufacturer of mode of pr

10、oduction, the production technology and equipment has a strong typical.The design for the annual production capacity of 9000 tons of monosodium glutamate production process design, by the guidance of the teacher's guidance and the team membe

11、rs to finish.Keywords: MSG Fermentation Process chart 前言 ：本設計主要內(nèi)容為，了解味精生產(chǎn)中的原料預處理、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對流程中的原料進行物料衡算、熱量衡算及設備的選擇、管道管徑的確定。最后，畫出工藝管道流程圖和車間布置圖。味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：（1） 原料的預處理及淀粉水解糖的制備（2） 種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵（3） 谷氨酸的提取（4） 谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四個工藝階段相對應味精生產(chǎn)廠家一般都設置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制

12、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，同時還設置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設置供水站。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生產(chǎn)需求部位。 本設計利用淀粉為原料，雙酶水解制糖后，通過微生物發(fā)酵、等電點沉淀提取來生產(chǎn)味精，總工藝流程圖如下：玉米淀粉液化、糖化酶制劑葡萄糖液糖漿壓濾菌種NH3發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵液育晶冷凍H2SO4純堿中和、脫色、除鐵谷氨酸鈉水溶液濃縮流加濃縮粉體谷氨酸鈉球磨烘干分離晶體谷氨酸鈉分離分篩烘干成晶粉體味精成晶晶體味精 濃縮流加晶體谷氨酸鈉分篩烘干分離成晶晶體味精濃縮粉體谷

13、氨酸鈉分離烘干球磨成晶粉體味精設計依據(jù)與主要工業(yè)設計參數(shù)1設計依據(jù)1.1設計任務年產(chǎn)MSG的量：9000t(含7000噸98%MSG，2000噸83%MSG)生產(chǎn)周期48h，每年生產(chǎn)日=300天，1.2工藝流程味精生產(chǎn)工藝為利用淀粉為原料，雙酶水解制糖后，通過微生物發(fā)酵、等電點沉淀提取生產(chǎn)味精的工藝是目前最成熟、最典型的生產(chǎn)工藝。1.3基礎(chǔ)數(shù)據(jù)工藝技術(shù)指標和基礎(chǔ)參數(shù)如下：發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸的工藝技術(shù)指標序號生產(chǎn)工序參數(shù)名稱技術(shù)指標1234567制糖(雙酶法)發(fā)酵發(fā)酵谷氨酸提取精制發(fā)酵倒灌率淀粉糖化轉(zhuǎn)化率產(chǎn)酸率g/100mL糖酸轉(zhuǎn)化率%提取收率%精制收率%操作周期h%98%8.0508090<

14、;4811.4原（輔）料及動力單耗味精生產(chǎn)過程的原輔材料及動力單耗（1t99%MSG計算）物料名稱規(guī)格單耗（t/d）玉米淀粉含淀粉86%2.029硫酸98%0.45液氨99%0.35純堿98%0.34活性炭0.03水309電2000kwh/t蒸汽11.42.物料衡算 2.1生產(chǎn)過程的總物料衡算 2.1.1生產(chǎn)能力 年產(chǎn)9000噸MSG，設純度為100%，按每年生產(chǎn)天數(shù)300計，日產(chǎn)100%的MSG為30噸。2.1.2總物料衡算 1000kg純淀粉理論上能生產(chǎn)100% MSG的量為：1000kg純淀粉實際上能生產(chǎn)100% MSG的量為：1000kg工業(yè)淀粉（含量86%的玉米淀粉）生產(chǎn)100% M

15、SG的量為： 2.1.3淀粉的單耗：生產(chǎn)1000kg100%MSG理論上消耗純淀粉量為： 1000/1153.5=0.8669 (t)生產(chǎn)1000kg100%MSG理論上消耗工業(yè)淀粉量為： 0.8669/86%=1.008 (t)生產(chǎn)1000kg99%MSG實際消耗純淀粉量為： 1000/498.1= 2.008(t)生產(chǎn)1000kg1000%MSG實際消耗工業(yè)淀粉量為： 1000/428.4=2.334 (t)總收率：淀粉利用率：生產(chǎn)過程的總損失：物料在生產(chǎn)過程中損失的原因：糖化轉(zhuǎn)化率稍低發(fā)酵過程中部分糖消耗于長菌體及呼吸代謝；殘?zhí)歉?；滅菌損失；產(chǎn)生其他產(chǎn)物提取收率低，母液中Glu含量高精制

16、加工過程損耗及產(chǎn)生焦谷氨酸鈉等2.1.4原料及中間體的計算 淀粉用量為：糖化液純糖量為：換算成含量24%的糖液量為：發(fā)酵液量的計算純Glu的量：（t/d）;折算為8g/dl的發(fā)酵液：（m3）;(t)(1.05為發(fā)酵液的相對密度)提取Glu量純Glu量：（t/d），折算為90%的Glu量：（t/d）Glu廢母液量（采用等點新離子回收法，以排出之廢母液含Glu0.7g/dl計算）：（m3/d）2.1.5總物料衡算結(jié)果年產(chǎn)9000噸味精生產(chǎn)工藝的總物料衡算結(jié)果2-1項目以玉米淀粉為原料（t/d）原料淀粉（t）66.285624%糖液量（t）258.37590%谷氨酸量（t）25.115混合MSG量（

17、t）30排除含0.7%谷氨酸廢液量（m3）442.932.2制糖工序物料衡算2.2.1淀粉漿量及加水量味精生產(chǎn)過程中，淀粉加水比例為：1：2.5，即1000kg工業(yè)淀粉調(diào)漿時加水量為2500kg，由此制得的淀粉漿量為3500kg。淀粉漿中干物質(zhì)（純淀粉）濃度：2.2.2液化酶用量 -淀粉酶用量為淀粉漿的0.017%，則-淀粉酶用量為3500×0.017%=0.6(kg)2.2.3CaCl2的加入量 Ca2+能使-淀粉酶的活性大為提高，CaCl2的加入量是淀粉漿量的0.043%，則CaCl2的加入量為3500×0.043%=1.5(kg)2.2.4糖化酶用量 糖化酶用量是淀粉

18、漿量的0.043%，則糖化酶用量 3500×0.043%=1.5(kg)2.2.5糖化液量 淀粉經(jīng)液化、糖化后，制得24%糖化液量為（kg）24%糖化液的相對密度為1.09，那么糖化液的體積為：3897.95÷1.09=3576.1(L)2.2.6加珍珠巖量和濾渣量 淀粉經(jīng)糖化、液化后的糖化液過濾比較困難，需加珍珠巖進行助濾，其加入量為糖化液的0.15%，即：3897.95×0.15%=5.847(kg)過濾后濾渣是含水70%廢珍珠巖，則濾渣量為2.2.7生產(chǎn)過程進入的蒸汽和洗水量 （kg）2.2.8衡算結(jié)果（年產(chǎn)9000噸味精）：根據(jù)總物料衡算，日投入工業(yè)淀粉6

19、6.3t，物料衡算匯入下表 制糖工序物料衡算匯總表2-2進入糖化過程的物料離開糖化過程的物料項目物料比例（kg）日投料量（kg）項目物料比例（kg）日投料量（kg）工業(yè)淀粉1000663000糖化液3897.95258434.09配料水2500165750濾渣19491292.187液化酶0.639.78CaCl21.599.45糖化酶1.599.45珍珠巖585385.66洗水和蒸汽407.99327049.94累計3917.44259726.27累計3917.44259726.282.2.9糖化過程衡算圖以1000kg工業(yè)淀粉為基準（下面同理）86%工業(yè)淀粉液體液化酶0.6kgCaCl2

20、1.5gk液體糖化酶1.5kg2.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵過程物料衡算2.3.1發(fā)酵培養(yǎng)的糖液量1000kg的工業(yè)淀粉經(jīng)水解后，得到24%的糖液3897.95kg，發(fā)酵培養(yǎng)基的初糖濃度為16.4g/dL，則接種前發(fā)酵培養(yǎng)基的糖液量為發(fā)酵培養(yǎng)的糖液量質(zhì)量為：5704.3×1.06=6046.6(kg)，（16.4g/dL糖液的相對密度為1.06）2.3.2配料發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為：水解糖16.4%，糖蜜0.30%，硫酸鎂0.06%，氯化鉀0.08%，尿素4.0%，磷酸氫二鈉0.02%，玉米漿0.20%，泡敵0.05%，硫酸錳0.2mg/100mL，硫酸亞鐵0.2mg/100mL，植物油0.10%

21、，接種量1%。按放罐發(fā)酵液體積計算： 玉米漿：(kg)甘蔗糖蜜：(kg)無機鹽（P, Mg, K）: 配料時培養(yǎng)基中的含糖量不低于19%，向24%的糖液中加水量：滅菌過程加入蒸汽量及補水：發(fā)酵零小時數(shù)量驗算：其體積為：6046.6/1.06=5704.3(L)，與以上計算一致。接種量：(L) 發(fā)酵過程加液氨數(shù)量，為發(fā)酵液體積的2.8%：（kg），液氨容重為0.62kg/L,165.4/0.62=264.05(L) 加消泡劑量，為發(fā)酵液的0.05%：（kg）,消泡劑的相對密度為0.8，2.95/0.8=3.65（L） 發(fā)酵過程從排風帶走的水分：進風25，相對濕度=70%，水蒸氣分壓18mmHg

22、(1mmHg= 133.322Pa)，排風32，相對濕度=100%，水蒸氣分壓27mmHg。進罐空氣的壓力為1.5atm（表壓），排風0.5atm（表壓），則出進空氣的濕含量差：通風比1:0.2，則帶走水量（其中1.157為32時干空氣密度（kg/m3）過程分析、放罐殘留及其他損失：52kg發(fā)酵終點時發(fā)酵液質(zhì)量：2.3.3衡算結(jié)果匯總：年產(chǎn)9000噸商品味精日投工業(yè)淀粉66.3t連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的物料衡算匯總?cè)缦?連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序物料衡算2-3進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目1t工業(yè)淀粉之匹配物料(kg)日投料量(t/d)項目1t工業(yè)淀粉之匹配物料(kg)日投料量(t/d)24%糖液3897.9525

23、8.434發(fā)酵液6194.0410.662玉米漿11.690.775空氣帶走水量29.21.936甘蔗糖蜜17.541.163過程分析、放罐殘留及其他損失523.448無機鹽11.690.775配料水1025.7868.009滅菌過程進蒸汽及水1081.9571.730接種量61.984.109液氨163.7110.854消泡劑2.920.194總計6275.2415.506總計6275. 2415.5062.3.4發(fā)酵過程衡算圖24%3937.7kg糖液3937.7kg8g/dl谷氨酸發(fā)酵液6194.0kg2.4谷氨酸提取工序的物料衡算采用冷凍等點及其新離交回收工藝（按1000kg工業(yè)淀粉之

24、匹配量計）2.4.1發(fā)酵液數(shù)量：5846.9L，6194.0kg2.4.2加98%硫酸量：為發(fā)酵液的3.6%（W/V） (kg)98%H2SO4的相對密度1.84.，故210.5/1.84=114.4（L)2.4.3谷氨酸產(chǎn)量分離前谷氨酸量Glu量：（kg）分離后谷氨酸量純Glu：（kg）(80%為Glu提取收率) 90%的Glu沉淀：（kg）2.4.4母液數(shù)量：母液含Glu0.7%g/dl （kg）2.4.5谷氨酸分離洗水量 （L）2.4.6母液回收過程中用水以及酸、堿等數(shù)量 2.4.7物料衡算結(jié)果 根據(jù)以上計算，再乘以66.3t（日投工業(yè)淀粉數(shù)）即得出每日之物料量谷氨酸提取工序物料衡算匯總

25、表2-4進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料（kg）t/d項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料（kg）t/d發(fā)酵液6194.0410.66290%谷氨酸415.813.3H2SO4210.513.956母液13371.4401.1分離用洗水83.25.516回收加水等7326.5485.773累計13787.2821.27113787.2821.2712.5精制工序的物料衡算2.5.1谷氨酸數(shù)量99%Glu 374.2kg ；90%Glu 415.8kg2.5.2Na2CO3量 (kg)2.5.3加活性炭量 (kg)2.5.4中和液數(shù)量 （L） （kg）(1.16為含40%（W/V）MSG溶液的相

26、對密度2.5.5中和加水量 （kg）2.5.6產(chǎn)MSG量產(chǎn)MSG量精制收率90%，產(chǎn)量為 (kg)2.5.7產(chǎn)母液量：母液平均含MSG量25%（W/V）(L)，母液的相對密度1.1，則： （kg）2.5.8廢濕活性炭數(shù)量：濕炭含水75% （kg）2.5.9 MSG分離調(diào)水洗水量 （kg）2.5.10中和脫色液在潔凈蒸發(fā)過程中蒸發(fā)出的水量 (kg)物料衡算匯總表精制工序物料衡算匯總表2-5進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料(kg)t/d項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料(kg)t/d90%Glu415.827.5799%MSG471.231.24Na2CO3152.210.09母液186.212

27、.35活性炭12.90.86廢炭51.63.42中和加水952.963.18蒸發(fā)水量894.659.31分離洗水23.61.57累計1603.6136.32累計1603.6136.322.5.12谷氨酸精制過程衡算圖90%谷氨酸415.8kgNa2CO3152.2kg活性炭12.9kg廢炭58.4kg40g/dl中和液1568.8kg100%谷氨酸492.7kg25g/dl母液190kg3熱量衡算3.1液化工序的熱量衡算3.1.1液化加熱蒸氣量加熱蒸氣消耗量，式中：G-淀粉漿量(kg/h),C-淀粉漿比熱榮kJ/(kg.K),t1-漿料初溫(293K)，t2-液化溫度(363K)，I加熱蒸氣焓

28、2738kJ/kg(0.3MPa，表壓)，-加熱蒸汽凝結(jié)水的焓，363K時為377kJ/kg1) 淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉30t；連續(xù)液化，30 t/24=1.25t/h加水量1：2.5，淀粉漿量為（kg）2) 粉漿干物質(zhì)濃度 3) 淀粉漿比熱C C0-淀粉質(zhì)比熱容，1.55kJ/(kg.K)，X-粉漿干物質(zhì)含量，24.6%，C水-水的比熱容，4.18 kJ/(kg.K)KJ/(kg·K)4) 蒸汽用量(kg/h)3.1.2滅酶蒸汽用量滅酶時將液化液由90加熱至100，在100是的為419 kJ/kg (kg/h)要求在20min內(nèi)是液化液從90升至100，則蒸汽高峰量

29、為(kg/h)以上兩項合計： 平均量：457.9+66.6=524.5(kg/h) (t/h) 高峰量：457.9.3+199.8=657.7(kg/h)3.1.3液化液冷卻用水量使用板式患熱器，將物料由100降至65,使用二次水，冷卻水進口溫度20，出水溫度58.7，需冷卻水量W(kg/h) 即86.10(t/d)3.2糖化工序熱量衡算日產(chǎn)24%糖液116.94t，即116.94/1.09=107.3m3糖化操作周期30h，其中，糖化時間為25h。裝料系數(shù)75%(100m3糖化罐裝料75m3)，則需糖化罐 （臺），取2臺。使用板式換熱器，使糖化液(經(jīng)滅酶后)由85降至60，用二次水冷卻，冷卻

30、水今口溫度20，出口溫度45，平均水量為：(kg/h)要求在2h內(nèi)把75m3糖液冷卻至40，高峰用水量為 (kg/h)每日糖化罐同時運轉(zhuǎn)：（罐）每日投料罐次,需2罐次每日冷卻水用量： (t/d)3.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算3.3.1培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量選罐問題：若選100m³的罐，發(fā)酵罐公稱容積為100m3，裝料系數(shù)0.7，每罐產(chǎn)MSG量：(t)年產(chǎn)9000t商品味精，日產(chǎn)MSG 28.4t發(fā)酵操作時間48h，其中發(fā)酵時間38h，需發(fā)酵罐臺數(shù):（臺），取11臺。每日投料罐次 取6罐日運轉(zhuǎn)：（罐） 取8罐每罐初始體積70m3，唐濃度為16.4g/dl，滅菌前培養(yǎng)基含糖19%，其含

31、量為(t)滅菌加熱過程中用0.4Mpa蒸汽(表壓)I=2743kJ/kg，使用板式換熱器將物料由20升至75，再加熱至120。冷卻水由20升至45。每罐滅菌時間3h，輸料流量:(t/h)消毒滅菌蒸汽用量(kg/h)=3.2(t/h)其中糖液比熱容為3.7kJ/(kg.K)每天用蒸汽量：(t/h)，高峰量3.2t/h，平均量:(t/h)與下面200m³相比，每天平均耗費的蒸汽量增大，罐的個數(shù)也增大。另一方面，因又為200的罐比100的罐難于維修，所以，綜合考慮，選200的發(fā)酵罐。發(fā)酵罐公稱容積為200m3，裝料系數(shù)0.7，每罐產(chǎn)100%MSG量： (t)年產(chǎn)9000t商品味精，日產(chǎn)10

32、0%MSG 28.4t發(fā)酵操作時間48h，其中發(fā)酵時間38h，需發(fā)酵罐臺數(shù):（臺），取6臺。每日投料罐次 日運轉(zhuǎn)：每罐初始體積140m3，唐濃度為16.4g/dl，滅菌前培養(yǎng)基含糖19%，其含量為(t)滅菌加熱過程中用0.4Mpa蒸汽(表壓)I=2743kJ/kg，使用板式換熱器將物料由20升至75，再加熱至120。冷卻水由20升至45。 每罐滅菌時間3h，輸料流量:(t/h)消毒滅菌蒸汽用量(kg/h)=3.2(t/h) 其中糖液比熱容為3.7kJ/(kg.K)每天用蒸汽量：(t/d)，高峰量3.2t/h，平均量:(t/h)3.3.2培養(yǎng)冷卻水用量120熱料通過與生料熱交換，降至80，再用冷

33、卻水冷至35，冷卻水由20升至45，計算冷卻水用量(W) (kg/h)=69(t/h)全天用水量:(t/h)3.3.3發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量1) 發(fā)酵罐體加熱設所用罐體為1Cr18Ni19材質(zhì)的發(fā)酵罐，罐體重34.3t，冷卻排管重有6t，不銹鋼的比熱容是0.5kJ/(kgK)，用0.2Mpa(表壓)蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15Mpa(表壓)下，由20升溫至127, 0.15Mpa蒸汽(表壓)I=2718kJ/kg，蒸汽的用量為： 2) 充滿發(fā)酵罐空間需要的蒸汽量 因為200 m3的發(fā)酵罐的容積實際上大于200 m3,考慮到罐內(nèi)有排管、攪拌器等配件所占有的空間，罐的自由體積仍按200 m3計算，

34、充滿罐空間需要的蒸汽量為：式中，V發(fā)酵罐自由空間，即全容積(m3)；-加熱蒸汽的密度(kg/ m3)，0.2Mpa(表壓)蒸汽密度為1.622kg/ m3。3) 滅菌過程中的熱損失 設發(fā)酵罐的外壁溫度為70，此時輻射與對流的聯(lián)合給熱系數(shù)為=33.9+0.19×(70-20)=43.4kJ/(m2hK)200 m3的發(fā)酵罐的表面積為201 m2,耗用蒸汽量為：4) 罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗0.01 附壁水平均壁厚(mm)5) 滅菌過程中的蒸汽滲漏可取總蒸汽消耗量的5%。空罐滅菌時蒸汽消耗量為：每次空罐滅菌的時間是1.5h， 用蒸汽量:（kg/罐）則每日蒸汽耗用量為：(kg/d)平均

35、耗汽量：2448/24=102(kg/h)3.3.4發(fā)酵過程冷卻水用量根據(jù)實測數(shù)據(jù)，谷氨酸的發(fā)酵熱約為3.0×104(kJ/m3h),200 m3谷氨酸發(fā)酵罐，裝料量140 m3，使用新鮮的冷卻水冷卻，冷卻水的進口溫度是10，出口溫度為20，冷卻水的用量就可按下式進行計算：因為每天運轉(zhuǎn)的發(fā)酵罐是4.14罐次，高峰用水量為100×4.14=414(t/h)日用水量為(t/d)，0.8-各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)平均用水量：(t/h)3.4谷氨酸提取工序冷量衡算等電罐200m3，裝液量146m3,相對密度1.06，由30°C降至5°C，降溫速度2°C/h

36、。其冷量為：（kJ/h）,發(fā)酵比熱容為3.97kJ/(kg·K)中和時，H2SO4對水的溶解熱為92kJ/mol,6h加98%H2SO45100kg，其溶解熱為：(kJ/h)每天運轉(zhuǎn)4.14罐。總制冷量：(kw)3.5谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算年產(chǎn)9000噸商品味精，日產(chǎn)100%MSG28.4t，選用25m3強制內(nèi)循環(huán)結(jié)晶罐，濃縮結(jié)晶操作周期24h，其中輔助時間4h。每罐產(chǎn)100%MSG10t，需結(jié)晶罐臺數(shù)：，取4臺 1.6為每罐投入的晶種量3.5.1熱平衡與計算加熱蒸汽量每罐投入40g/dl的中和脫色液（俗稱原液）23m³，流加30g/dl母液32m³，

37、過程中加水6m³，在70下真空蒸發(fā)結(jié)晶，濃縮3h，育晶17h。放料數(shù)量20m³。1） 熱量衡算來料帶入熱量：(kJ)加水代入熱量：(kJ)晶種帶入熱量：(kJ)，1.67kJ/(kg·K)為MSG比熱容結(jié)晶放熱：(kJ) MSG結(jié)晶熱為12.7kJ/mol母液帶走量：分離母液12m³，折算為相對密度1.26時，15t比熱容為2.83kJ/(kg·K) (kJ)隨二次蒸汽帶走熱量：（kJ）結(jié)晶罐放罐時的結(jié)晶液量為20m³隨結(jié)晶MSG帶走熱量：（kJ）需外界供給熱量：=（kJ）2) 計算蒸汽用量每罐次用汽量：熱損按5%計算(kg/罐)每罐

38、濃縮結(jié)晶時間20h，每小時耗蒸汽高風量：45830/20=2292(kg/h)4.14臺罐同時運轉(zhuǎn)，高峰用蒸汽量：（kg/h）每日用蒸汽量：（kg/d）=189.7(t/d)每小時平均用蒸汽量：189.7/24=7.9(t/h)3.5.2冷卻二次蒸汽所消耗冷卻水量1）二次蒸汽數(shù)量，即水蒸發(fā)速度(m³水/h)2）冷卻水用量：使用循環(huán)水，進口溫度30，出口溫度45，70水蒸氣焓2626.8(kJ/kg)，需冷卻水量（W）(kg/h)=80(t/h)2臺罐，高峰用水量：(t/h)全日用水量：(t/d)平均用水量：6624/24=276(t/h)3.6干燥過程的熱量衡算分離后之濕MSG含水2

39、%，干燥后達到0.2%，進加熱之空氣為18，相對濕度=70%，通過加熱器使空氣升至80，從干燥器出來的空氣為60。年產(chǎn)9000噸商品味精，日產(chǎn)濕味精30t，二班生產(chǎn)，即30/16=1.88(t/h)干燥水分量：(kg/h)18空氣濕含量=70%，X0=0.009kg/kg干空氣，I0=41.8kg/kg干空氣；加熱89，I1=104.5kJ/kg干空氣(kJ/kg水)(kJ/kg水)(kJ/kJ水)設X2=0.0108(kJ/kg空氣)空氣耗量為：（kg/h）80時空氣的比容0.83m³/kg實際消耗空氣量為：(m³/h)耗用蒸汽量（D）：使用0.1MP（表壓）蒸汽加熱，熱

40、損失按15%計：（kg/h）每日用蒸汽量：（kg/d）平均每小時用蒸汽量：1532.9/24=63.9（kg/h）3.7生產(chǎn)過程耗用蒸汽量結(jié)果匯總生產(chǎn)過程耗用蒸汽量表生產(chǎn)工序日用量t/d平均量t/h高峰量t/h液化糖化12.590.520.66聯(lián)消9.60.43.2發(fā)酵罐空消2.450.11.6精制81.423.44.2干燥0.510.0210.03中和脫色略略略空氣凈化及其他略略略累計106.574.4419.69設備的設計與選型1基本參數(shù)年產(chǎn)9000噸味精（7000t98%和2000t83%）廠設備設計與選型4-1名稱單位數(shù)量生產(chǎn)規(guī)模t/a9000生產(chǎn)方法發(fā)酵年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)

41、量t/d30倒灌率%1.0發(fā)酵周期h48發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度%15發(fā)酵轉(zhuǎn)化率%50谷氨酸提取率%80產(chǎn)品純度%2發(fā)酵罐2.1發(fā)酵罐生產(chǎn)能力選用公稱容積為200 m3的發(fā)酵罐，其總?cè)莘e為230m3，裝料系數(shù)為0.7,那么該罐生產(chǎn)100%味精的能力為: 每罐生產(chǎn)100%MSG的量=200×0.7×8%×86%×90%×1.25=10.842.2發(fā)酵罐臺數(shù)由前面的物料衡算中已知年產(chǎn)9000噸商品味精的工廠,日產(chǎn)28.4t100%味精。發(fā)酵的操作時間需要48h(其中發(fā)酵時間38h),這樣生產(chǎn)需要的發(fā)酵罐應為： (28.4/10.84)*(48/24)=5

42、.24臺取整后需6臺。每日投（放）罐次為28.4/10.84=2.62罐。2.3設備容積由前面的物料衡算中已知年產(chǎn)9000噸商品味精的工廠,日產(chǎn)純28.4t，所需發(fā)酵液：V0=10.84/(1.25×90%×80%×8%)=150.6m3/d所需設備總?cè)莘e： 150.6*48/(24*0.7)=430.3 m3主要尺寸的計算及攪拌軸功率（查表）4-2公稱容 積VN/m3罐內(nèi)徑D/mm圓筒高H0/mm封頭高h0/mm罐體總高H/mm不計上封頭容積/ m3全容積/ m3攪拌器直徑 D1/mm攪拌轉(zhuǎn)速nr/min電動機功率 N/kW2004600115001200139

43、00204.621811001422152.4校核查表公稱容積為200 m3的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為218 m3。則2臺發(fā)酵罐的總?cè)莘e為：218*3=436 m3>430.3 m3,可滿足需要。2.5冷卻管按發(fā)酵生成熱高峰、一年中最熱的半個月的氣溫、冷卻水可能到最高溫的條件下，設計冷卻面積。采用豎式列管式換熱器，取經(jīng)驗值)，換熱溫度發(fā)酵液保持32 oC，冷卻水，進口20oC，出口27oC，t1=32-20=12oC，t2=32-27=5oC對數(shù)平均溫差 每天裝1罐，每罐實際裝液量為 150.6/1=150.6m3換熱面積 F=Q/Ktm=4.18*6000*150.6/(4.18*500*8)

44、=229.5 m22.51冷卻管布置最高熱負荷下的耗水量W=Q/Cp(t2-t1)=4.18*6000*150.6/ 4.18*(27-20) = 35.82kg/s則冷卻水體積流量為W=0.0358m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為，冷卻管總截面積S總=W/=0.0358/1=0.0358m2進水總管直徑 d總=(S總/0.785)0.5=0.214 m冷卻管組數(shù)和管徑設冷卻管徑為d0，組數(shù)為n則：=0.0358 m2，根據(jù)本罐情況，取n=15，求管徑： 管徑d0=(S總/0.785n)0.5=0.055 m查味精工業(yè)手冊表：10-25 63×3.5無縫鋼管，d內(nèi)=56mm，d

45、內(nèi)>d0，可滿足要求，d平均=60 mm。取豎蛇管端部U型彎管曲率半徑為250 mm，則兩直管距離為500 mm，兩端彎管總長度l0=D=3.14*500=1570 mm冷卻管總長度L已知冷卻總面積F=230 m2，無縫鋼管63×3.5每米冷卻面積為：F0=3.14*0.06*1=0.19 m2，則冷卻管總長度：L= F/F0=230/0.19=1210.5 m冷卻管體積V=0.785*0.0632*1210.5=3.77(m3)每組管長L0和管組高度每組管長L0 =L/n=1210.5/15=80.7 m 另需連接管8m：L實=1210.5+8=1218.5m 可排豎直蛇管的

46、高度，設為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設發(fā)酵罐內(nèi)附件占體積為0.5 m3，則：V總=V液+V管+V附件=150.6+3.77+0.5=154.87m3筒體部分液深（V總-V封）/ S截=（154.87-16.4）/0.785×52=6.81 m豎直蛇管總高H =6.81+0.25=7.06 m 又兩端彎管總長，兩端彎管總高為500mm則直管部分高度h=H-500=7060-500=6560 mm則一圈管長l=2×h+l0=2×6560+1570=14690mm每組管子圈數(shù)n0n0=L0/l=80.7/15=6圈管間距為2.5d外=2.5*0.063=0.

47、16m，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，可算出與攪拌器的距離為0.375m>0.25m，在允許范圍內(nèi)。作圖表明，各組冷卻管相互無影響。如發(fā)現(xiàn)無法排下這么多冷卻管，可考慮增大管徑，或增加冷卻管組數(shù)。校核冷卻管傳熱面積F實=d平均×L實=3.14×0.06×1218.5=229.6m2>FF實>F，可滿足要求。設備材料的選擇優(yōu)先考慮滿足工藝要求，其次是經(jīng)濟性。本例選A3鋼，以降低設備費用。 管直徑的大小和有無保溫層，一般取100-200mm。接管直徑的確定按排料管為例計算管徑發(fā)酵罐裝料150.6m3，1.5小時內(nèi)排空，體積流量Q=150.6/(3

48、600×1.5)=0.0279m3/s, 發(fā)酵液流速為=1m/s，排料管截面積S料=Q /=0.0279/1=0.0279m2排料管d=(S料/0.785)0.5=0.189m，取無縫鋼管219×9.5，內(nèi)徑200mm>189mm，適用。按通風管為例計算管徑通風比0.1-0.18vvm(0.1MPa，20oC)，通風量Q=137.6×0.18=24.77m3/min=0.4128m3/s折算到工作狀態(tài)下(0.45MPa，30oC)風量Qf=0.4128×0.1/0.45×(273+30)/(273+20)=0.088m3/s取風速=25m

49、/s，則通風管截面積Sf=Qf/=0.088/25=0.00354m3通風管徑df=(Sf/0.785)0.5=(0.00354/0.785)0.5=0.0694m,取無縫鋼管219×9.5也適用。排料時間復核 物料流量Q=150.6/(3600×2)=0.0209m3/s，流速為=1m/s管道截面積S=0.785×0.22=0.0314 m2相應流量比P=Q/S=0.0209/(0.0314×1)=0.67排料時間t=2×0.67=1.34h1.5h支座選擇裙式支座3種子罐3.1種子罐容積種子罐容積=發(fā)酵罐計量體積×接種比×

50、;（1+液體損失率）/種子罐裝料系數(shù)故:種子罐容積V種=218×1%/0.7=3.11m33.2種子罐臺數(shù)種子罐臺數(shù)=發(fā)酵罐臺數(shù)×種子罐周期（天）/發(fā)酵罐周期（天）故:種子罐臺數(shù)n種=6*18/48=2.25（個）圓整取3個3.3冷卻面積的計算每罐實際裝液量為150.6m3，則接種量=150.6×1%=1.506m3發(fā)酵產(chǎn)生的熱量Q=4.18×6000×1.506=3.78×104kJ/(m3.h)取K=4.18×220kJ/(m3.h.oC)，換熱溫度發(fā)酵液保持32 oC，冷卻水，進口20oC，出口27oC，t1=32-2

51、0=12oC，t2=32-27=5oC平均溫差t=（t1+t2）/2=（12+5）/2=8.5oC需要的換熱面積F=Q/(K·t)=3.78×104/(4.18×220×8.5)=5m2核算夾套冷卻面積：按靜止液深確定夾套高度 靜止液體浸沒筒體高度（V罐-V封）/ S罐=（1.4-0.48）/0.785×1.52=0.52m 液深H=H封+H0=0.4+0.52=0.92m夾套可實現(xiàn)的冷卻面積S實=S罐+S封=d平均H0+S封=3.14×1.5×0.52+2.5568=5.006 m2 需要的換熱面積F=4.415m2, S

52、實>F,可滿足工藝要求。4.3.4設備材料選擇不銹鋼材料罐4.3.5壁厚計算4.3.6設備結(jié)構(gòu)的工藝計算4.3.7.1擋板4.3.7.2攪拌器4.3.7.3進風管（進出料管），管底距罐30mm，向下單管按通風管計算管徑通風比0.1-0.18vvm(0.1MPa，20oC)，通風量Q=1.4×0.18=0.252m3/min=0.0042m3/s折算到工作狀態(tài)下(0.45MPa，32oC)下的風量風量Qf=0.0042×0.1/0.45×(273+32)/(273+20)=8.97×10-4m3/s取風速=20m/s，通風管徑df=(8.97

53、5;10-4/0.785×20)0.5=0.0076m=7.6mm按排料管計算管徑種子罐裝料1.506m3，20min內(nèi)排空，體積流量Q=1.506/(60×20)=0.00126m3/s, 物料流速為=0.5m/s，排料管截面積S料=Q /=0.00126/0.5=0.0025m2排料管d=(0.0025/0.785)0.5=0.056m=56mm取df、d中的較大者作為進氣管，取管徑D=56mm，查表知取76×5.5無縫鋼管冷卻水管管徑的計算需冷卻熱量Q=3.78×104kJ/(m3.h)，冷卻水溫變化23oC-27oC耗水量W=Q/Cp(t2-t1)= 3.51×104/4.18×(27-23)=2100kg/h=0.000628m3/s水的流速為=1m/s，冷卻管管徑d=(0.000628/0.785)0.5=0.0282m查金屬材料表取焊接管Dg=32mm可滿足要求取冷卻水接管長度h=100mm4.3.8支座選擇支撐式支座，將種子罐置于樓板上4種子罐空氣過濾器4.1過濾層直徑通風比0.1-0.1