【文章內(nèi)容簡介】 Pst 攪拌軸功率 ,為 即計(jì)算得 : ? ?hkJPQ stst / ????? ? 而 Qe為排氣使發(fā)酵液水分汽化帶出的熱焓 ,根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ,可取 : Qe== 107(KJ/h) 故發(fā)酵熱為 : Q=Qb+Qst－ Qe= 107＋ 1008504－ 107= 107(KJ/h) 物料名稱 生產(chǎn) 1t味精（ 100%）的物料量 100000t/a 味精生產(chǎn)的物料量 每日物料量 發(fā)酵液（ m3） 105 103 種液（ m3） 53500 發(fā)酵水解用糖（ kg） 108 105 培養(yǎng)用糖（ kg） 106 103 水解糖總量（ kg） 108 105 淀粉 (kg) 108 105 糖蜜（ kg） 106 104 氯化鉀（ kg） 105 磷酸 105 硫酸鎂（ kg） 105 泡敵（ kg） 105 谷氨酸（ kg） 820 107 105 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 培養(yǎng)液冷卻水用量 由培養(yǎng)液板式換熱器滅菌流程可知， 120℃ 的熱料先通 過與生料進(jìn)行交換，降溫至80℃ 后，再用冷卻水冷卻至 35℃ 。在此過程中冷卻水由 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 /????? dkg 發(fā)酵過程 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） ； 發(fā)酵罐裝罐系數(shù)： 85％。 發(fā)酵過程無菌空氣用量計(jì)算 發(fā)酵車間無菌空氣消耗量主要用于谷氨酸發(fā)酵過程通風(fēng)供氧，其次為種子培養(yǎng)的通氣以及培養(yǎng)基壓料輸送也需要壓縮空氣。此外，因設(shè)備和管路、管件等的消毒吹干以及其他損耗構(gòu)成無菌空氣的耗用量。 單罐發(fā)酵無菌空氣耗用量 根據(jù)資料可知， 500m3規(guī)模的通氣攪拌發(fā)酵罐的通氣速率為 ～ ，取最高值 vvm 進(jìn)行計(jì)算。 （ 1） 單罐發(fā)酵過程用氣量（常壓空氣） V＝ 550 85% 60＝ （ m3/h） （ 2） 單罐年用量 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） Va＝ V 32 180= 107（ m3） 式中 180―― 每年單罐發(fā)酵批次 種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量 可根據(jù)接種量、通氣速率、培養(yǎng)時間等進(jìn)行計(jì)算。單通常的設(shè)計(jì)習(xí)慣，是把種子培養(yǎng)用氣、培養(yǎng)基壓送及管路損失等算作一次，一般取這些無菌空氣消耗量之和約等于發(fā)酵過程空氣耗量的 20％。故這項(xiàng)無菌空氣耗量為： V’＝ 20％ V＝ （ m3/h） 單罐每年用氣量為： )/( 9 6 31808 3639。39。 amVV a ???????? 式中 8―― 種子 罐培養(yǎng)時間 發(fā)酵過程高峰無菌空氣消耗量 )/(9 8 1 339。m a x hmVVV ??????? 式中： 5―― 種子罐數(shù) 發(fā)酵車間無菌空氣消耗量 )/( 3839。 amVVV aat ???? 根據(jù)設(shè)計(jì)，實(shí)際味精年生產(chǎn)量為： G=100 000 t/a 故發(fā)酵車間無菌空氣單耗量為： )/(??? 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可得出 100 000 t/a 味精無菌空氣用量衡算表，如表所示。 100 000 t/a 味精無菌空氣用量衡算表 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 發(fā) 酵 罐 公稱容積（ m3） 單罐通氣量（ m3/h） 種子培養(yǎng) 耗氧量（ m3/h） 高峰空氣耗量（ m3/h） 年空氣耗量（ m3/a） 空氣單耗 （ m3/ t 味精） 500 98175 108 5226 注：發(fā)酵罐裝料系數(shù) 85％，發(fā)酵周期 40h，年生產(chǎn)天數(shù) 320d，實(shí)際生產(chǎn)能力 105 t/a，公稱容積 500 m3 ，全容積 550 m3。 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 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） （ 2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 當(dāng)前 , 我國谷氨酸發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機(jī)械渦輪攪拌 ,即大家所說的通用罐。選用這種發(fā)酵罐的原因主要是 :歷史悠久 ,資料齊全 , 在比擬放大方面積累了較豐富的成功經(jīng)驗(yàn) ,成功率高。 （ 3） 發(fā)酵罐容積的確定 : 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 , 生產(chǎn)發(fā)酵罐的專業(yè)廠家越來越多 , 現(xiàn)有的發(fā)酵罐容量系列如 5, 10, 20, 50, 60, 75, 100, 200, 150, 250, 500m3 等等。一般來說單罐容量越大 , 經(jīng)濟(jì)性能越好 , 但風(fēng)險也越大 , 要求技術(shù)管理水平也越高。現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)成熟，使得大型發(fā)酵罐使用越來越廣泛，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。 發(fā)酵罐個數(shù)的確定 生產(chǎn)能力的計(jì)算 ,每噸 99%純度的味精需要 V=1000 247。（ 220 60% 93% %122%） =，生產(chǎn) 100 000t/a 味精為 100000 = 105 m3 工作 320 天，每天需糖液體積： ? ???糖V 若取發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ =85%，則每天需要發(fā)酵罐總?cè)萘繛椋? V0=V 糖 /85%=(m3) 先選用公稱體積 500 m3 的機(jī)械發(fā)酵罐，其全容量為 550 m3。 那么每天需要 550 m3發(fā)酵罐個數(shù)為： （個）5550/00 ?? VN 共需要的發(fā)酵罐數(shù)為： N1=V0τ 247。 (V 總 24)≈ 8(個 ) 每天應(yīng)有 5個發(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。 =111808（ t） 設(shè)備富裕量為（ 111808100000） 247。 100000 = %，能滿足生產(chǎn)要求。 取公稱體積 500 m3 發(fā)酵罐 9個，其中一個留作備用。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 主要尺寸 設(shè)計(jì) ；封筒全 3550m2 ??? VVV 則有： 55 0224278 32 ????? DDDV π全 H=； 解方程得： ? ?mD ?? H==； 封頭容積 ： V 封 = 247。 24=41（ m3） 圓柱部分容積： V 筒 = =468m3 驗(yàn)算全容積 V 全 ： ? ?3m5504124682 ?????? 封筒‘ 全 VVV V 全 =V’ 全 符合設(shè)計(jì)要求，可行。 冷卻面積 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 6000kJ/(m3 h) [5]。 采用豎式蛇 管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值 K= 500 kJ/(m3 h℃ ) [8]。 平均溫差Δ tm： 2121mtΔtΔlntΔtΔtΔ ?? 32℃ 32℃ 20℃ 27℃ 12 5 代入 ℃Δ 8512ln 512t m ??? 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 換熱面積 ? ? mtK QF m ??? ???? Δ 攪拌器 及攪拌軸功率 （ 1） 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(guān)系 攪拌器葉徑 ? ?mDD i ??? 葉寬 ： ? ?mDB 4 5 i ???? 弧長： ? ?mdl ???? 底距： ? ?mDC ??? 盤踞 ： ? ?mDd ii ???? 葉弦長： ? ?mDL i ???? 葉距 ： ? ?mDY ?? 彎葉板厚： δ =14（ mm） 取 兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N2可根據(jù) 50m3罐，攪拌直徑 ，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min。以等 P0/V為基準(zhǔn) [6]放大求得： ? ?m in/ 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。 ①計(jì)算 Rem μ ρNDm 2Re ? 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 式中 D—— 攪拌器直徑， D= N—— 攪拌器轉(zhuǎn)速， ? ?srN / ?? ρ —— 醪液密度，ρ =1050 kg/m3 μ —— 醪液粘度， μ = 103N s/m2 將數(shù)代入上式： 432 ＞?? ???m 視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù) Np= ②計(jì)算不通氣時的攪拌軸功率 P0： ρ530 DNNP P? 式中 Np—— 在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù) N—— 攪拌轉(zhuǎn)速， N= D—— 攪拌器直徑， D= ρ —— 醪 液密度，ρ =1050kg/m3 代入上式： kWWP 3 9 5103 9 5 1 0 5 35339。0??? ???? 兩擋攪拌： kWPP 7902 39。00 ?? ③計(jì)算通風(fēng)時的軸功率 Pg ? ?kWQ NDPP g ??????????? ? 式中 P0—— 不通風(fēng)時攪拌軸功率（ kW）， 5220 0 ???P 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會小，為安全。現(xiàn)取 ； 則 Q= 106= 107（ ml/min） 代入上式： ? ?kWP g ????????? ??????? ? ④求電機(jī)功率 P電： 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文） 321 g ?? ???電P 采用三角帶傳動η 1=；滾動軸承η 2=，滑動軸承η 3=；端面密封增加功率為 1%[7]；代入公式數(shù)值得： ? ?kWP 3 4 4. 3 0 4. 5 ?????電 設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ① 空氣分布器：本罐采用單管 進(jìn)風(fēng) 。 ②擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 ③密封方式：本罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。 ④冷卻管布置：采用豎式蛇管 [7] Ⅰ 最高負(fù)荷下的耗水量 W ? ?12 ttc QW P ?? 總 式中 Q 總 —— 每 1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時， 1h 的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積 ? ?hkJQ /101 . 04 94 1 8. 1 2 56 0 7?????總 cp—— 冷卻水的比熱容， （ kg K） t2—— 冷卻水終溫， t2=27℃