年產(chǎn)15000萬噸味精設計說明書

1、僅供個人參考年產(chǎn)L5萬噸味精工廠發(fā)酵車間設計說明書引言味精是人們熟悉的鮮味劑，是L一谷氨酸單鈉鹽(Monosodiumglutamate)的一水化合物(HOOCCH2cH(NH2)COONa-H20),具有旋光性，有D型和L一型兩種光學異構體。味精具有很強的鮮味(閾值為0.03%),現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。1987年3月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會第十九次會議，宣布取消對味精的食用限量，再次確認為一種安全可靠的食品添加劑早期味精是由酸法水解蛋白質進行制造的，自從1956年日本協(xié)和發(fā)酵公司用發(fā)酵法生產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)迅速發(fā)展，目前世界

2、各國均以此法進行生產(chǎn)。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse谷氨酸發(fā)酵是通氣發(fā)酵，也是我國目前通氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中，生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)品產(chǎn)量最大的產(chǎn)業(yè)。該生產(chǎn)工藝和設備具有很強的典型性，本文對味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設備作簡要介紹，以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設備的有關知識。設計內(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。最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。整個設計內(nèi)容大體分成三部分，第一部分主要是

3、味精生產(chǎn)的工藝和設備選擇；第二部分包括發(fā)酵罐、種子罐及空氣分過濾器的設計與選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse由于我的水平有限，加之對先進設計的了解甚少，設計中有好多不足的地方敬請各位老師和同學批評指正。1味精生產(chǎn)工藝Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse1.1 味精生產(chǎn)工藝概述味精生產(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)

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。味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程見圖lo不得用于商業(yè)用途僅供個人參考僅供個人參考不得用于商業(yè)用途中和制味精粗谷氨酸溶液圖1味精生產(chǎn)總工藝流程圖1.2 原料預處理及淀粉水解糖制備1.2.1 原料的預處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結構，以便提高原料的利

5、用率，同時去除固體雜質，防止機器磨損。用于除雜的設備為篩選機，常用的是振動篩和轉筒篩，其中振動篩結構較為簡單，使用方便。用于原料粉碎的設備除盤磨機外，還有錘式粉碎機和輻式粉碎機。盤磨機廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機應用于薯干等脆性原料的中碎和細碎作用，輻式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細碎。1.2.2 淀粉水解糖制備在工業(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。1.3 種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵種子擴大培養(yǎng)為保證谷氨

6、酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴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。谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔一維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴射加熱器一維持管一真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應用較少。發(fā)酵設備，國內(nèi)味精廠大多采用機械攪拌通風通用式發(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

7、表不能及時反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通風發(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)空氣壓縮機壓縮后導入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，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，省去一級冷卻設備卬。1.4 谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等電點一離子交換法，國內(nèi)有些味精廠還采用等電點一鋅鹽法、鹽酸水解一等電點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，技術難度大等問

8、題，應用上受到限制s。1.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工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O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，設備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時廠房建筑要求較高，這樣均不如振動式干燥床應用效果好4。2發(fā)酵罐及種子罐的設計與選型2.1 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算2.1.1 工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù)(1)查發(fā)酵

9、工廠工藝設計概論P326表3味精行業(yè)國家企業(yè)標準,選用主要指標如表1表1味精發(fā)酵工藝技術指標指標名稱單位指標數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a15000（味精）生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵，一次等電點提取年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)量t/a50產(chǎn)品質量純度99倒灌率%1.0發(fā)醉周期h48發(fā)醉初糖Kg/m3150淀粉糖轉化率%95糖酸轉化率%48皴酸谷氨酸含量%90谷氨酸提取率%80味精對谷氨酸產(chǎn)率%112(2)主要原材料質量指標淀粉原料的淀粉含量為80%,含水14%。(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510,泡敵0.6,硫酸鎂0.002,硫酸亞鐵0.00

10、2。(4)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,硫酸錦0.002,尿素(總尿)40,泡敵0.6,植物油l.Oo(5)接種量為2%o2.1.2 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算首先計算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。（1）發(fā)酵液量V1匕=1000+（150X48%X80%x99%xll2%）=15.66（/?73）式中150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）48%糖酸轉化率80%谷氨酸提取率99%一除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率112%味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率（2）發(fā)酵液配制需水解糖量Gi以純糖算，G=匕x

11、150=2349（kg）（3）二級種液量V2匕=2%匕=0.313（/）（4）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量G2G?=25匕=7.83（"尸）式中25一一二級種液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為：G=G+G2=2356.8（奴）（6）耗用淀粉原料量理論上，100kg淀粉轉化生成葡萄糖量為111kg,故理論上耗用的淀粉量G淀粉為：G；淀粉=2356.8+（80%x95%x1H%）=2793.7（kg）式中80%一淀粉原料含純淀粉量95%淀粉糖轉化率（7）尿素耗用量二級種液耗尿素量為V3匕=3.5匕=1（依）發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4%=40匕=626.4（kg）故

12、共耗尿素量為627.5kg（8）甘蔗糖蜜耗用量二級種液耗用糖蜜量V5匕=20匕=6.26（kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6匕=4匕=62.64（kg）合計耗糖蜜69.9kg（9）氯化鉀耗量GkciGkci=0.812.53（）（10）磷酸氫二鈉（Na2HPO47H2O）耗量G3G?=0.2匕=3.13（kg）（11）硫酸鎂（MgSCU7H2O）用量G4G4=0.6（%+匕）=9.58（kg）（12）消泡劑（泡敵）耗用量G5G5=0.6匕=9.4（奴）（13）植物油耗用量G6Ge=1.5匕=23.5（kg）（14）谷氨酸（效酸）量發(fā)酵液谷氨酸含量為：Gx48%（11%）=1116.2（kg）實際生產(chǎn)

13、的谷氨酸（提取率80%）為：1116.2x80%=893（kg）2.1.315000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結果由上述生產(chǎn)1000kg味精（100%純度）的物料衡算結果，可求得15000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計算。具體計算結果如表2表215000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算物料名稱生產(chǎn)It味精15000t/a味精生產(chǎn)每日物料量(100%)的物料量的物料量發(fā)酵液(1迪)15.662.35X105783二級種液(m3)0.313469515.65發(fā)酵水解用糖(kg)23493.52X1071.17X105二級種培養(yǎng)用糖7.831.18X105391.5(kg)水解糖總量(kg)23

14、56.83.53X1071.18X105淀粉(kg)2793.74.19X1071.40X105尿素(或液氨)627.59.41X1063.14X104糖蜜(kg)69.91.05X1063495氯化鉀(kg)12.531.88X105626.5磷酸氫二鈉(kg)3.134.70X104156.5硫酸鎂(kg)9.581.44X105479泡敵(kg)9.41.40X105470植物油(kg)23.53.53X1051175谷氨酸(kg)8931.34X107446502.2設備設計與選型2.2.1發(fā)酵罐(1)發(fā)酵罐的選型選用機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐(2)生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定發(fā)酵罐容積的確

15、定：選用200m3罐生產(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精50t,谷氨酸的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間)。則每天需糖液體積為V糖。每天產(chǎn)純度為99%的味精50t,每噸100%的味精需糖液15.66m3匕唐=15.66x50x99%=775.1/m3)設發(fā)酵罐的填充系數(shù)6=70%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為V。(發(fā)酵周期為48h)。vo=/*=ZZ=llO7.4(m3)發(fā)酵罐個數(shù)的確定：公稱體積為200m3的發(fā)酵罐，總體積為230m3775.17x48V©024 230x0.7x24=9.63(個)取公稱體積200m3發(fā)酵罐11個，其中一個

16、留作備用。實際產(chǎn)量驗算：230x0.7x3x3oo=15580.6()15.66x99%'7富裕量15580.6-150000nn/=3.9%15000能滿足產(chǎn)量要求(3)主要尺寸的計算：取高徑比H：D=2：1的嚓=唳+2%=2300?；則有:=0.78502x2。+三。3x2=23024H=2D；解方程得:1.5703+0.26Q3=230230D = ?1.83取 D=5mH=2D=10m；封頭高:Hk=h。+hh=1300(nmi)封頭容積：V 封=16.4 (m3)圓柱部分容積:V =197m3驗算全容積V全:匕；=丫筒+2匕寸=197+2xl6.4=229.8(m3)V全=丫

17、'全符合設計要求，可行。(4)冷卻面積的計算對谷氨酸發(fā)酵，每Inf發(fā)酵液、每lh傳給冷卻器的最大熱量約為4.18X6000kJ/(m32。采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗值K=4.18X500kJ/(n】3h)岡。平均溫差、：At.-At.AttmIt,111-532 20 a32275代入12-5111對公稱容量200m3的發(fā)酵罐，每天裝5罐，每罐實際裝液量為手=155周換熱面積Q4.18x6000xl55J3F=-=232.5(777IK與4.18x500x8'7(5)攪拌器計算選用六彎葉渦輪攪拌器。該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關系攪拌器葉徑R='=1=L67(

18、m)取d=L7(111)葉寬：5=0.21=0.2x1.7=0.34("。弧長：I=0.375J=0.375x1.7=0.64(?)底距：C=£盤踞：4=0.75。=0.75x1.7=1.28(/h)葉弦長：L=0.250=0.25xl.7=0.43(a)葉距：Y=D=5(/77)彎葉板厚：8=12(mm)取兩擋攪拌，攪拌轉速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m,轉速2/3Ni=110r/mino以等Po/V為基準放大求得：2d2）= 110x2/3=80（r/miii）(6)攪拌軸功率的計算淀粉水解糖液低濃度細菌醪，可視為牛頓流體。計算RemD2NP=式中D一一攪拌器

19、直徑，D=1.7mN=1.33(/75)N一攪拌器轉速，60P醪液密度，P=1050kg/m3U醪液粘度，U=1.3X10-3Ns/m2將數(shù)代入上式：Re1.72 x1.33x10501.3x103= 3.1x106>104視為湍流，則攪拌功率準數(shù)Np=4.7計算不通氣時的攪拌軸功率P0：Pq=NpN3D5p式中Np一一在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7N攪拌轉速，N=80i7min=l.3317sD一一攪拌器直徑，D=1.7mP醪液密度，P=1050kg/m3代入上式:=4.7xl.333xl.75xl050=88.2xl()3W=88.2kW兩擋攪拌：PQ=2PQ=l76AkW計算通風

20、時的軸功率Pg(p1NO3A039”.25乂10-3又'行(kW)IV/式中Po不通風時攪拌軸功率(kW),)2=176.42=3.1x104N軸轉速，N=80r/minD攪拌器直徑(cm),D3=1.73X106=4.9X106Q通風量(ml/min),設通風比VVm=0.110.18,取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11;則Q=155X0.11X106=1.7X107(ml/min)e008=(1.7xl07)°08=3.79代入上式：pin-3f3.1xl04x80x4.9xl06g3.79J=69.1(kW)求電機功率P電：P,治=xl.01采用三角帶

21、傳動m=0.92；滾動軸承n2=0.99,滑動軸承n3=0.98；端面密封增加功率為1%。；代入公式數(shù)值得：P.=-xl.01=78.2(kW)也0.92x0.99x0.98(7)設備結構的工藝計算空氣分布器：本罐采用單管進風，風管直徑6133X4mm。擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設擋板密封方式：本罐采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。冷卻管布置：采用豎式蛇管I最高負荷下的耗水量Ww-。總一。兒式中Q總一一每Inf醪液在發(fā)酵最旺盛時，出的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積?？?4.18x6000X155=3.89x1O6(V/?)cp冷卻水的比熱容，4.18kJ/(kgK)t2冷卻水終

22、溫，t2=27ti冷卻水初溫，ti=20將各值代入上式3.89x106-4.18x(27-20)=L33x喇依/)=36.9(kg/s)冷卻水體積流量為3.69X10-2m3/s,取冷卻水在豎直蛇管中的流速為lm/s,根據(jù)流體力學方程式，冷卻管總截面積S總為：式中W冷卻水體積流量，W=3.69X10-2m3/sV冷卻水流速，v=lm/s代入上式：333=3.69x10(2)進水總管直徑：耳陛正二0心V0.785V0.785II冷卻管組數(shù)和管徑：設冷卻管總表面積為S總，管徑do,組數(shù)為n,則：取n=8,求管徑。由上式得：n0.785查金屬材料表選取689X4mm無縫管，d內(nèi)=81.g=5.12k

23、g/m,九d0,認為可滿足要求，1平均=80皿?，F(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,。：I。=M=3.14x600=1884(nun)III冷卻管總長度L計算：由前知冷卻管總面積F=2325/現(xiàn)取無縫鋼管689X4mm,每米長冷卻面積為尸。=3.14x0.08x1=0.25")則:T"急")冷卻管占有體積：V=0.785x0.0892x930=5.8(/w3)IV每組管長Lo和管組高度：L=乙=等=77.5(?)另需連接管8m：工實=£+8=930+8=938("?)可排豎式直蛇管的高度，設為靜

24、液面高度，下部可伸入封頭250mnio設發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5n】3,則：總占有體積為V總=%+V管+V附件=155+5.8+0.5=161.In/)則筒體部分液深為：)豎式蛇管總高笆=7.4+0.25=7.7(m)又兩端彎管總長。=1884仍?，兩端彎管總高為600mm,則直管部分高度：h="管一600=7700-600=7100(mm)則一圈管長：l=2h+l0=2x7100+1884=16084("掰”V每組管子圈數(shù)no：。=24=5（圈）I10.1現(xiàn)取管間距為2.52卜=2.5x0.089=0.22（加），豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m,則可計算出攪拌器的

25、距離在允許范圍內(nèi)（不小于200mm）。VI.校核布置后冷卻管的實際傳熱面積：F賣=血平均L實=3.14x0.08x938=235.6（m2）而前有F=232.5n】2,F實F,可滿足要求。（8）設備材料的選擇選用A3鋼制作，以降低設備費用。（9）發(fā)酵罐壁厚的計算計算法確定發(fā)酵罐的壁厚SS=RQFC(cm)2夕-P式中P一一設計壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPaD發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=500cm（。）A3鋼的應用應力，（o）=127MPa4）焊接縫隙，4）=0.7C壁厚附加量（cm）C=C+J+。3式中C1鋼板負偏差，現(xiàn)取C1=0.8111111C2為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mmC3

26、加工減薄量，現(xiàn)取C3=0C=0.8+2+0=2.8（仍?）=0.28（c?）0.4x5002x127x0.7-0.4+ 0.28 = 1.4(c/77)選用14mm厚A3鋼板制作。封頭壁厚計算：標準橢圓封頭的厚度計算公式如下:(cm)s=PQ+c2(j(p-P式中P=0.4MPaD=500cm(。)=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38(cm)6=0.70.38 = L5(cm)S=°/x40°+2x127x0.7-0.4（10）接管設計接管的長度h設計：各接管的長度h根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取100200mm。接管直徑的確定：按排料管計算：該罐實裝醪量

27、155m3,設4h之內(nèi)排空，則物料體積流量Q=8=0.0108仇3/$）3600x4）發(fā)酵醪流速取v=lm/s;則排料管截面積為F物。Q 0.0108O.Oll(/?72)%=0.785/管徑：=0.118(?)取無縫管6133X4mm,125.mm)118mm,認為合適。按通風管計算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為2025m/s?，F(xiàn)通風比0.10.18vvm,為常溫下20,O.IMPa下的情況,要折算0.4MPa、30狀態(tài)。風量Qi取大值，Q=155x0.18=28（?3/min）=0.46（?3/s）。利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風量Q/8】=0.46x0.1x0.35273+30

28、 _273+20 -0.14(7773 /5)取風速v=25m/s,則風管截面積Ff為"，專=黑久皿心則氣管直徑d氣為:0056V 0.785= 0.084（?）因通風管也是排料管，故取兩者的大值。取小133X4mm無縫管,可滿足工藝要求。排料時間復核:物料流量Q=0.0108m3/s,流速v=lm/s；管道截面積：F=0.785x0.1252=0.0123(7h2),在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計算結果大，則相應流速比為=0.88（倍）DQ0.01081齊一（）.0123x1排料時間:(11)支座選擇選用裙式支座2.2.2種子罐發(fā)酵所需的種子從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶

29、培養(yǎng)，擴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。(1)二級種子罐容積和數(shù)量的確定二級種子罐容積的確定：接種量為2%計算，則種子罐容積V種2為：V種2=V總X2%=230X2%=4.6（11?）式中V總一一發(fā)酵罐總容積(m3)二級種子罐個數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對應上料。發(fā)酵罐平均每天上5罐，需二級種子罐6個。種子罐培養(yǎng)8h,輔助操作時間810h,生產(chǎn)周期1618h,因此，二級種子罐6個已足夠，其中一個備用。主要尺寸的確定種子罐仍采用幾何相似的機械攪拌通風發(fā)酵罐。H：D=2：1,則種子罐總容積量V%為：喔=%+2vH簡化方程如下：=2X2

30、+0.785。2x2D=4.6(m3)整理后1.57。3+。.26。3=4.6解方程得D=1.4m則H=2D=2X1.4=2.8(m)查得封頭高H%"時=350+25=375(?)罐體總高H"：端=2時+筒=2x375+2800=3550(")單個封頭容量：V'封=0.398(m3)封頭表面積：S=2.23in2圓筒容量：V筒=0.785D2x2D=4.3l(m3)不計上封頭容積：效北+%=4.13+0.398=4.53環(huán))校核種子罐總容積V%：V總=2匕；+V筒=2x0.398+4.13=4.93(機3)比需要的種子罐容積4.6m3大，可滿足設計要求。冷

31、卻面積的計算采用夾套冷卻I發(fā)酵產(chǎn)生的總熱量：?？?4.18x6000x155x2%=7.78x103/4）II夾套傳熱系數(shù)：K=4.18x(150250/(加2)現(xiàn)取K=4.18X220kJ/(m2h)III平均溫差：發(fā)酵溫度32；水初溫2023,取23；水終溫27,則平均溫差：IV需冷卻面積F：7.78xl04KMm 4.18x220x7= 12.1（m2）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：H。_ 3.1-0.398- 0.785xl.42= 1.76（m）液深：Hl=封+Hq=375+1760=2135(nun)夾套可能實現(xiàn)的冷卻面積為封頭表標面積S封與圓筒被

32、液體浸沒的筒體為表面積S筒之和：S夾=§筒+5封=+S封=3.14x1.4x1.76+2.23=13.6（m2）夾套高度應不高于動態(tài)時的液面高度，因高于液面的傳熱面積，并沒有起多少冷卻作用。綜上，傳熱需要的面積F=12.1(n12)該設計夾套能提供的冷卻面積為S夾=13.6m2S夾F,可滿足工藝要求。設備材料的選擇采用A3鋼制作壁厚計算I夾套內(nèi)罐的壁厚s=4三+c2.6EDJ式中D一一設備的公稱直徑，140cmm一一外壓容器的穩(wěn)定系數(shù)，與設備的起始橢圓度有關，在我國，m=3P設計壓力，與水壓有關，P=0.4MPaE金屬材料的彈性模量也對A3鋼E=2X105MPaC壁厚附加量,C=Ci

33、+C2+C3=0.08+0.1+0=0.18L筒體長度，L=110cm將數(shù)值代入公式：S = 140x3xS4xU0I-2.6x2xl05xl40；=0.89(c?)取9mmII封頭的厚度6封：查發(fā)酵工廠工藝設計概論P317表16碳鋼橢圓封頭最大需用內(nèi)部壓力i對于上封頭，取3>,=6111111ii對于下封頭，取6封=8mmIII冷卻外套壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設計概論P314表13碳鋼與普低鋼制內(nèi)壓圓筒壁厚，確定8套=5mmIV外套封頭壁厚：查發(fā)酵工廠工藝設計概論P316表15橢圓形封頭(JBH5473),確定6套封=6mm設備結構的工藝設計DZ=0.5I擋板：根據(jù)全擋板條件，D式中B擋板

34、寬度8=(0.1-0.12)D=0.1X1400=140mmD罐徑D=1400mmZ一一擋板數(shù)：取Z=6塊II攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器直徑：Di=0.30.35D現(xiàn)取:0=0.35。=0.35x1400=490mm葉片寬度:h=0.2£)z=0.2x1400=280mm弧長:r=0.375Dj=0.375x1400=525mm盤徑:(P-0.75£>z.=0.75x1400=1050mm葉弦長:I=0.25Dj=0.25x1400=350?攪拌器間距:Y=Dj=490mm底距:b=490/77/77攪拌器轉速N2,根據(jù)50L罐，4700min,使用Po/v為基準放

35、大叫50L罐Ni=4701/min,攪拌器直徑Di=112mm=176(/7miii)兩擋攪拌。III攪拌軸功率的計算淀粉水解糖液低濃度細菌醪，可視為牛頓流體。i計算Rem網(wǎng)nD2NP,n=r式中D一一攪拌器直徑，D=0.49mN=»=2.93"）N一一攪拌器轉速，60P醪液密度，P=1050kg/m3U醪液粘度，n=1.3X10-3Ns/m2將數(shù)代入上式：Re0.492 x2.93x10501.3x10-3= 5.68x105>104視為湍流，則攪拌功率準數(shù)Np=4.7ii計算不通氣時的攪拌軸功率P。：P0=NpN3D5p式中Np一一在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7

36、N攪拌轉速，N=176r/min=2.9317sD攪拌器直徑，D=0.49mP醪液密度，P=1050kg/m3代入上式:=4.7x2.933x0.495x1050=3.5xl03W=3.5kW兩擋攪拌尸。=2%=7AWiii計算通風時的軸功率PgPg=2.25xl0-3x（鍥i（kW）1V/式中Po一一不通風時攪拌軸功率（kW）,后=72=49N軸轉速，N=176r/minD攪拌器直徑（cm）,D3=0.493X106=1.12X105Q通風量(ml/min),設通風比VVm=0.11-0.18,取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11;則Q=3.1X0.11X106=3.41X1

37、05(ml/min)eoos=（3.41xlO5）008=2.77代入上式:Pit =2.25x10-349xl76xl.l2xl05Z77=4.83（kW）iv求電機功率P電：P,K=xl.01%"川3采用三角帶傳動口=0.92；滾動軸承n2=0.99,滑動軸承n3=0.98；端面密封增加功率為1%;代入公式數(shù)值得：4.83x0.92x0.99x0.981.01 = 5.47（kW）IV進風管：該管距罐底2560mm之間，現(xiàn)取30mm向下單管。通風管管徑計算：設罐壓0.4MPa,發(fā)酵溫度t=32,風速v=20m/s,通風量為0.18Win,常壓下to=2O,送風量V為：V=3.1x

38、0.18=0.56(/?3/niiii)將通風換算成工作狀態(tài)，求通風管直徑5Vx以遼P273+"0.785xvx60o.56x22x2220.4 2930.785x 20x 60=0.012（m）= 12（圓整，查發(fā)酵工廠工藝設計概論,P313表12,無縫鋼管(YB231.70),管徑采用25X3mm，內(nèi)徑25-2X3=19mm大于12mm,可滿足生產(chǎn)要求。VI進出物料管：該管為物料進口，管底距罐底2560mm之間，現(xiàn)取30111111向下單管。按輸送物料算：20min送完3.1nI3物料則物料流量為V=31=0.0026m3/s物20x60管道截面為F,物料流速為v=0.5lm/s

39、,現(xiàn)取v=0.5m/s,則：尸=殳=鱉9=0.0052(nf)v0.5設管徑為：-V0.785V0.7857圓整，查發(fā)酵工廠工藝設計概論,P313表12,無縫鋼管(YB231.70),管徑采用108X4mm,內(nèi)徑108-2X4=100mm大于80mm,可滿足生產(chǎn)要求。VII冷卻水管：由前知需冷卻熱量Qmax=7.78xl0"j/，冷卻水溫變化23 » 27,水比熱容品=1x4.18J/(kg)則耗水量W為:7.78X1044.18x(27-23)= 4653(kg/h)d=JI®)=o.64(/h)取水流速v=4nVs；則冷卻管直徑為'4x0.78支座選型

40、選用支撐式支座(2)一級種子罐一級種子罐的選型選用機械攪拌通風發(fā)酵罐一級種子罐容積和數(shù)量的確定種子罐容積的確定：接種量按2%計算，則種子罐容積V種1為V種1=匕中2X2%=4.6X2%=0.092(/)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400nun,圓柱高800mm,封頭高125mm,罐體總高1050mm,封頭容積1L5L,圓柱部分容積100L,不計上封頭的容積112L,全容積123L,攪拌槳直徑135m冷卻選用夾套冷卻口°】。一級種子罐個數(shù)的確定：一級種子罐與二級種子罐對應上料。二級種子罐平均每天上5罐，需一級種子罐6個。種子罐培養(yǎng)8h,輔助操作時間810

41、h,生產(chǎn)周期1618h,因此，一級種子罐6個已足夠，其中一個備用。2.2.3 空氣分過濾器(1)二級種子罐分過濾器：二級分過濾器風量的計算：V=3.1x0.18xXX=0.0024(/?3/5)=0.144(/?73/miii)0.429360')'7查生物工程設備P389表319JLSD型空氣過濾器技術特性，選用JLSD025型空氣過濾器，過濾能力0.25m3/min,外型尺寸675X520nmi,重量5kg,進出口管徑620X20,與種子罐進風口不一致，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

42、只。(2) 一級種子罐分過濾器：一級分過濾器風量的計算：V=0.092x0.18xXx=0.000071(/7?3/5)=0.0043(3/mill)0.429360'''，查生物工程設備P389表319JLSD型空氣過濾器技術特性，選用JLSD001型空氣過濾器，過濾能力D01m3/min,外型尺寸622X150nmi,重量0.2kg,進出口管徑66X1,與種子罐進風口不一致，可采用法蘭變徑即可。過濾能力O.OlnF/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。(3)發(fā)酵罐分過濾器分過濾器濾層直徑計算：D濾層4V式中V通過發(fā)酵

43、罐分過濾器的空氣流量(0.4MPa下)01303IV=I53x0.l8xxx=0.429360Vs通過分過濾器的氣速，現(xiàn)取0.2ni/s分過濾器直徑：D過濾器=11L3D濾層?，F(xiàn)?。?#176;過濾器=13。濾層=1.3x0.874=1.136(m)查金屬材料表，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值:D過流=1200mm分過濾器的壁厚：設計壓力P=0.5MPa0.5x90.02x127x0.7-0.5+ 0.28 = 0.53(c?)取S=6mnio進出氣管：進出氣管直徑可取與設備通風管一致，即小133X4無縫管數(shù)量：分過濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個，共需11臺。濾層厚度：同種子罐，分過濾器56層超細玻璃纖維濾紙，經(jīng)樹脂處理過使用。分過濾器高度：h筒=L5x。過謔器=1.5x1200=18