【正文】 Hydrolysis Fermentation Key word: Monosodium glutamate fermentation。 整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容大體分成三部分，第一部分主要是味精生產(chǎn)的工藝和設(shè)備選擇；第二部分包括發(fā)酵罐、種子罐及空氣分過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。 谷氨酸發(fā)酵是通氣發(fā)酵，也是我國(guó)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) ［ 2］ 。 H20)，具有旋光性，有 D— 型和 L— 型兩種光學(xué)異構(gòu)體。味精具有很強(qiáng)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(fèi)量在國(guó)內(nèi)外均呈上升趨勢(shì)。該生產(chǎn)工藝和設(shè)備具有很強(qiáng)的典型性，本文對(duì)味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備作簡(jiǎn)要介紹，以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設(shè)備的有關(guān)知識(shí)。 關(guān)鍵詞： 味精發(fā)酵；工藝計(jì)算；設(shè)備選型； CAD 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Monosodium glutamate production process can be divided into four processstages: (1) pretreatment of raw materials and the preparation of starch hydrolysis sugar。 Process calculation。 1987 年 3 月，聯(lián)合國(guó)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(huì)第十九次會(huì)議，宣布取消對(duì)味精的食用限量，再次確認(rèn)為一種安全可靠的食品添加劑。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 2 二 味精生產(chǎn)工藝 味精生產(chǎn)工藝概述 味精生產(chǎn)全過(guò)程可劃分為四個(gè)工藝階段 : (1)原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備 。 與這四個(gè)工藝階段相對(duì)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。 味精生產(chǎn)總工藝流程圖 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 3 圖 1 味精生產(chǎn)總工藝流程圖 原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備 原料的預(yù)處理 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)，防止機(jī)器磨損。 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(guò)程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。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(jí)乃至二級(jí)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。 發(fā)酵設(shè)備，國(guó)內(nèi)味精廠大多采用機(jī)械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在 50m3 到200m3 之間。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 5 可采用空氣壓縮、冷卻過(guò)濾流程，省去一級(jí)冷卻設(shè)備。粗品經(jīng)提純、加工、包裝，得到成品。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 6 三 工藝計(jì)算 發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)及基本數(shù)據(jù) （ 1）查《生物工程工程設(shè)計(jì)概論》 P70 表 48 谷氨酸發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo) ，選用主要指標(biāo)如表 1 表 1 谷氨酸發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo) 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo)數(shù) 生產(chǎn) 規(guī)模 t/a 100000（味精） 生產(chǎn)方法 中糖發(fā)酵，一次等電點(diǎn)提取 年生產(chǎn)天數(shù) d/a 320 產(chǎn)品日產(chǎn)量 t/a 產(chǎn)品質(zhì)量 純度 (%) 99 倒灌率 % 發(fā)酵周期 h 50 發(fā)酵初糖 kg/m3 150 淀粉糖化轉(zhuǎn)化率 % 108 糖酸轉(zhuǎn)化率 % 60 麩酸谷氨酸含量 % 95 谷氨酸提取率 % 93 味精對(duì)谷氨酸產(chǎn)率 % 122 （ 2）主要原材料質(zhì)量指標(biāo) 淀粉原料的淀粉含量為 85%，含水 13%。 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 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。在此過(guò)程中冷卻水由 20℃ 升溫至 45℃ ，由此計(jì)算出冷卻水的用量： hkgW /)2045( )3580( 2???? ????冷卻 式中： 為水的平均比熱， ? ?Cj 0kgk ? 全天冷卻水用量為 天噸 /7 5 ????? dkg 發(fā)酵過(guò)程 空氣基本數(shù)據(jù) 根據(jù) 100 000 t/a 味精廠發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)及物料平衡計(jì)算結(jié)果，列出與空氣消耗有關(guān)的基本數(shù)據(jù)有： 每天生產(chǎn) 味精的發(fā)酵液量為 103 m3； 種液： 102 m3； 發(fā)酵時(shí)間： 32h； 發(fā)酵周期（含清洗、滅菌等）： 40h； 發(fā)酵罐公稱容積： 500 m3（ 9 個(gè)）； 發(fā)酵罐裝罐系數(shù)： 85％。 （ 1） 單罐發(fā)酵過(guò)程用氣量（常壓空氣） V＝ 55085%60＝ （ m3/h） 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 11 （ 2） 單罐年用量 Va＝ V32180=107（ m3） 式中 180―― 每年單罐發(fā)酵批次 種子培養(yǎng)等 其他無(wú)菌空氣耗量 可根據(jù)接種量、通氣速率、培養(yǎng)時(shí)間等進(jìn)行計(jì)算。 amVV a ???????? 式中 8―― 種子罐培養(yǎng)時(shí)間 發(fā)酵過(guò)程高峰無(wú)菌空氣消耗量 )/(9 8 1 7 9 6 8 1 791424 339。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 13 四 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 發(fā)酵罐 發(fā)酵罐 的選型及容積 （ 1）發(fā)酵罐的選型 選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐 （ 2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 當(dāng)前 , 我國(guó)谷氨酸發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機(jī)械渦輪攪拌 ,即 大家所說(shuō)的通用罐?，F(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)成熟，使得大型發(fā)酵罐使用越來(lái)越廣泛，且大型發(fā)酵罐效益好，考慮到這方面，我們決定用 500m3 的發(fā)酵 罐。 (V 總 24)≈ 8(個(gè) ) 每天應(yīng)有 5 個(gè)發(fā)酵罐出料，每年工作 320 天， 實(shí)際產(chǎn)量檢驗(yàn)算： 550 85% 5 320247。 主要尺寸 設(shè)計(jì) ；封筒全 3550m2 ??? VVV 則有： 32 ????? DDDV π全 H=； 解方程得： ? ?mD ?? H==； 封頭容積 ： V 封 = 247。 采用豎式蛇 管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值 K= 500 kJ/(m3武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 16 以等 P0/V 為基準(zhǔn) [6]放大求得： ? ?m i n/ 3/23/22112rDDNN?????????????????? （ 2） 攪拌軸功率 淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視 為牛頓流體。00 ?? ③ 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率 Pg ? ?kWQ NDPP g ??????????? ? 式中 P0—— 不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（ kW）， 5220 9 0 ???P 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 17 N—— 軸轉(zhuǎn)速， N= D—— 攪拌器直徑（ cm）， D3= 106= 107 Q—— 通風(fēng)量（ ml/min），設(shè)通風(fēng)比 VVm=~，取低限，如通風(fēng)量變大， Pg 會(huì)小，為安全。 K） t2—— 冷卻水終溫， t2=27℃ t1—— 冷卻水初溫， t1=20℃ 將各值代入上式 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 18 ? ?? ? ? ?skghkgW/57??????? 冷卻水體積流量為 102m3/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： vWS ?總 式中 W—— 冷卻水體積流量， W= 102m3/s V—— 冷卻水流速， v=1m/s 代入上式： ? ?222 81 8 ?? ????總S 進(jìn)水總管直徑 ： ? ? 2 ???? ?總總 Sd Ⅱ 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： 取 n=12，求管徑。 Ⅵ .校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積： ? ? mLdF ???? ?? 實(shí)平均實(shí) ? 而前有 F=， FF ?實(shí) ，可滿足要求。 ② 接管直徑的確定： 按排料管計(jì)算：該罐實(shí)裝醪量 ，設(shè) 2h 之內(nèi)排空，則物料體積流量 ? ?smQ / 3??? 發(fā)酵醪流速取 v=1m/s?，F(xiàn)通風(fēng)比~，為常溫下 20℃， 下的情況，要折算 、 30℃ 狀態(tài)。 排料時(shí)間復(fù)核：物料流量 Q=，流速 v=1m/s； 管道截面積： ? ?22 mF ??? ， 在相同的流速下，流過(guò)物料因管徑較原來(lái)計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為 ? ? ???? FvQP 排料時(shí)間： ? ?ht ??? 支座選 擇 生物工程工廠設(shè)備常用支座分為臥式支座和立式支座。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 22 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)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級(jí)乃至二級(jí)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 。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時(shí)間 8~10h，生產(chǎn)周期 16~18h，因此，二級(jí)種子罐 6 個(gè) 已足夠 ，其中一個(gè) 備用 。封 =（ m3） 校核種子罐總?cè)莘e V39。℃） Ⅲ 平均溫差：發(fā)酵溫度 32℃；水初溫 20~23℃，取 23℃；水終溫 27℃，則 平均溫差： ℃72 59 ???? mt Ⅳ 冷卻面積 F： ? ?25 mtKQF m ??? ???? 總 設(shè)備材料的選擇 采用 A3 鋼制作 壁厚計(jì)算 Ⅰ內(nèi)罐的壁厚 CEDm P LDS ???????? 式中 D—— 設(shè)備的公稱直徑， 310cm 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(guó)， m=3 P—— 設(shè)計(jì)壓力， 與水壓有關(guān)， P= E—— 金屬材料的彈性模量 [9]，對(duì) A3 鋼 E=2 105MPa C—— 壁厚附加量， C=C1+C2+C3=++0= L—— 筒體長(zhǎng)度， L=110cm 將數(shù)值代入公式： 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 24 ? ?cmS 5???????? ??? ???? 取 12mm 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 i 對(duì)于上封頭，取δ 封 =9mm ii 對(duì)于下封頭， 取δ 封 =12mm Ⅲ 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 =9mm Ⅳ 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 ， 確定δ 套封 =12mm 設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì) Ⅰ 擋板：根據(jù)全擋板條件， ??ZDB 式中 B—— 擋板寬度 B＝（ ） D= 3100=310mm D—— 罐徑 D＝ 3100mm Z—— 擋板數(shù)： ???? BDZ 取 Z＝ 6 塊 Ⅱ 攪拌器：采用六彎葉渦輪攪拌器 直徑： Di＝ ~ 現(xiàn)取： mmDD i 9303 1 0 ???? 葉片寬度： mmDh i 6203 1 0 ???? 弧長(zhǎng)： mmDr i 1 6 23 1 0 03 7 7 ???? 盤徑： mmD i 2 3 2 53 1 0 ????? 葉弦長(zhǎng)： mmDl i 7 7 53 1 0 ???? 攪拌器間距： 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 25 mDY ?? 底距： mb ? 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]， N1＝ 470r/min， 攪拌器直徑 Di=112mm ? ?m i n/3/23/22112rDDNN?????????????