【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 氨酸含量為：G150%（11%）=200450%99%=（kg）實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸為：90%=（kg） 10000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算表由上述生產(chǎn)1000kg味精（100%純度）的物料衡算結(jié)果，可以得10000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。具體計(jì)算結(jié)果如下表物料名稱生產(chǎn)1t味精（100%）物料量生產(chǎn)1t味精（99%）的物料量10000t/a味精（99%）生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）種子培養(yǎng)液（m3）發(fā)酵水解用糖（kg）種子培養(yǎng)用糖（kg）水解糖總量（kg淀粉原料（kg）尿素（kg）糖蜜（kg）玉米漿（kg）硫酸鎂（kg）181645硫酸錳（g）硫酸亞鐵（g）氯化鉀（g磷酸氫二鉀（kg）磷酸氫二鈉（kg）泡敵（kg）谷氨酸（kg） 淀粉液化工序的熱量衡算液化加熱蒸汽量 淀粉液化時(shí)加熱需要消耗的蒸汽量（W蒸汽1）可按下式計(jì)算： W蒸汽1=Gc(t2t1)/(I)式中，G—淀粉漿的重量（kg/h）；c—淀粉漿的比熱容﹝kJ/(kgK)﹞；t1—淀粉漿的初始溫度（℃）；t2—液化溫度（℃），I—加熱蒸汽的熱焓，2738 kJ/kg（,表壓）；—加熱蒸汽凝結(jié)水的熱焓，363K時(shí)377 kJ/kg。淀粉漿量G 根據(jù)物料衡算可知，24h連續(xù)液化，（t/h）。液化調(diào)漿時(shí)淀粉與水的比例關(guān)系為1:，淀粉漿量就為3182=11137（kg/h）淀粉漿中淀粉的濃度為：318286%/11137100%=%淀粉漿的比熱容c可按下式計(jì)算： ﹝kJ/(kgK)﹞式中，c0—淀粉的比熱容﹝kJ/(kgK)﹞；x—淀粉漿中淀粉的含量（濃度）；c水—水的比熱容﹝kJ/(kgK)﹞。蒸汽用量W蒸汽1： W蒸汽1=滅酶用的蒸汽量W蒸汽2滅酶時(shí)需將液化液由90℃加熱至100℃，100℃時(shí)蒸汽的為419（kJ/kg）,那么滅酶用的蒸汽量W蒸汽2：W蒸汽2=滅酶過(guò)程一般要求在20min內(nèi)使液化液由90℃加熱至100℃，則蒸汽的高峰用量為： 60/20=(kg/h)因此，+=1335(kg/h)，,+=1674(kg/h)。液化液的冷卻水用量液化、滅菌過(guò)程完成后，需將物料內(nèi)100℃降溫至65℃，假設(shè)冷卻水的進(jìn)口溫度是20℃，℃，那么需要的冷卻水用量即為： W=24=（t/d）。年產(chǎn)10000噸味精工廠，按前面計(jì)算，日產(chǎn)24%，247。=273(m2)。糖化操作周期為30h，選用100m3的糖化罐，裝填系數(shù)75%，則需要糖化罐數(shù)量為： 取整數(shù)，需5只罐。按生產(chǎn)上的流程使用板式換熱器，使糖化液（經(jīng)滅菌后）由85℃降至60℃，用二次水冷卻，冷卻水的進(jìn)口溫度20℃，出口溫度為45℃，其平均用水量為： 式中的12472為糖化液量（液化液+蒸汽冷凝水=11137+1335）。生產(chǎn)上一般要求在2h內(nèi)把75m3的糖液冷卻至40℃，其高峰用水量為： 25/30=(罐)；每天冷卻水的用量為：2=261（t） 培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量 發(fā)酵過(guò)程所用的發(fā)酵罐為100，那么每只罐產(chǎn)100%MSG的量應(yīng)為：每罐初始體積為75，滅菌前培養(yǎng)基的含糖量為19%，起數(shù)量應(yīng)為： ，其I=2743kj/kg分兩步加溫，先用板式換熱器將物料由20℃預(yù)熱到75℃，再加熱到120℃，而冷卻水的溫度由20℃升至45℃。設(shè)每罐的滅菌時(shí)間為3h，需要輸料流量為，滅菌所用的蒸汽量為：其中 ——糖液的比熱容[KJ/(kg*K)]這樣每天的滅菌蒸汽用量就是，（t/h）,平均用量是培養(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(guò)與生料進(jìn)行熱交換，降溫至80℃后，再用冷卻水冷卻至35℃，在此過(guò)程中冷卻水由20℃升溫至45℃，所以冷卻水用量為：全天冷卻水用量為： 發(fā)酵罐空罐滅菌的蒸汽用量 由于發(fā)酵罐的體積是100，假設(shè)發(fā)酵罐體是由不銹鋼1Cr18Ni9制造而成，,冷卻排管重有6t，[KJ/(kg*K)]，，由20℃升溫至127℃，蒸汽的用量為：充滿發(fā)酵罐空間需要的蒸汽量 因?yàn)?00的發(fā)酵罐的容積實(shí)際上大于100，考慮到管內(nèi)有排管、攪拌器等配件所占有的空間，罐的自由體積仍按100計(jì)算，充滿罐空間需要的蒸汽量為： 其中 ——發(fā)酵罐自由空間，即全容積（）；——加熱蒸汽的密度（kg/） ——(表壓)的蒸汽密度（kg/）滅菌過(guò)程中的熱損失 設(shè)發(fā)酵罐的外壁溫度為70℃，此時(shí)輻射與對(duì)流的聯(lián)合給熱系數(shù)為： 100發(fā)酵罐的表面積為101，耗用蒸汽量為：罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗量：其中 ——罐壁附著洗滌水的平均厚度（1mm）滅菌過(guò)程的蒸汽滲漏消耗的蒸汽 一般滅菌過(guò)程的蒸汽滲漏可取總蒸汽消耗量的5%，因此，空罐滅菌時(shí)的蒸汽消耗量為：，耗用的蒸汽量為：每日耗用的蒸汽量為：平均耗用蒸汽量： 發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的熱量及冷卻水用量：根據(jù)部分味精廠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以知道谷氨酸的發(fā)酵熱約為 100的味精發(fā)酵罐，一般裝料是75，使用新鮮的冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻水的進(jìn)口溫度是10℃，出口溫度為20℃，那么冷卻水的用量就可以按下式計(jì)算：，高峰用水量為，日用水量為（注：），平均用水量為 過(guò)程水的衡算 糖化工序用水量 配料用水量 （t），配料時(shí)的加水比例是1:，=（t/d）。 液化液冷卻用水量 （t/d）。 糖化液冷卻用水量 261（t/d）。 連續(xù)滅菌工序的用水量 配料用水量 由于糖化后的糖液含糖量是24%，而培養(yǎng)基的含糖量是19%，（t）,那么每罐料需要加水的量是： 每天按3罐計(jì)算，配料需要的水量為3=76（t/d）。 滅菌后料液的冷卻水用量 621（t/d）或26（t/h）。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(guò)與生料進(jìn)行熱交換，降溫至80℃后，再用冷卻水冷卻至35℃，在此過(guò)程中冷卻水由20℃升溫至45℃，所以冷卻水用量為：全天冷卻水用量為： 100的味精發(fā)酵罐，一般裝料是75，使用新鮮的冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻水的進(jìn)口溫度是10℃，出口溫度為20℃，那么冷卻水的用量就可以按下式計(jì)算：，高峰用水量為，日用水量為（注：），平均用水量為 根據(jù)生產(chǎn)情況。單罐發(fā)酵過(guò)程的用水量（常壓空氣）V=10075%60=810（m3/h）單罐年用氣量 Va=V38150=81038150=4617000m3 式中：38——發(fā)酵周期（h）；150——每年單罐發(fā)酵批次。取無(wú)菌空氣消耗量之和等于發(fā)酵過(guò)程空氣消耗量的25%。故無(wú)菌空氣的用量為 式中：6——發(fā)酵罐個(gè)數(shù)。 Vmax=6(V,+V)=6(+810)=461700025%6=6075(m3/h) Vt=6150(V,+V)=6150（+810）=107（m3）第四章 主要設(shè)備選型及設(shè)備計(jì)算 = =式中: N— 設(shè)備的操作臺(tái)數(shù) Z— 工段的生產(chǎn)能力，以每晝夜加工原料和半成品的噸數(shù)表示 — 設(shè)備的每個(gè)操作周期（h）V0— 一晝夜內(nèi)被加工的原料、半成品的容量（m3）Va—一臺(tái)設(shè)備的容量— 設(shè)備的填充系數(shù)，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，在相同規(guī)模下，選擇單臺(tái)設(shè)備容量大些、臺(tái)數(shù)小些比單臺(tái)設(shè)備容量小些、臺(tái)數(shù)多些的投資費(fèi)用與管理費(fèi)用要少。 發(fā)酵罐 發(fā)酵罐的選型耗氣發(fā)酵罐的研究從40年代開(kāi)始，取得了一系列的成果，各種罐型紛紛出現(xiàn)。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)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，即大家常說(shuō)的通用罐。本次設(shè)計(jì)選用渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。選用這種發(fā)酵罐的原因主要有：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。 生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定㈠發(fā)酵罐容積的確定隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)有的發(fā)酵罐容量系列有：5，10，20，50，60，75，100，120，150，200，250，500m3等等。一般說(shuō)來(lái)單罐容量越大，經(jīng)濟(jì)性能越好，但風(fēng)險(xiǎn)也越大，要求技術(shù)管理水平也越高，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和實(shí)用性，可以先選擇公稱容積為100 m3的六彎葉機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。㈡生產(chǎn)能力的計(jì)算現(xiàn)每天產(chǎn)99%，谷氨酸生產(chǎn)周期為48h（包括發(fā)酵、發(fā)酵罐清洗、滅菌進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間）。則每天需發(fā)酵液體積為V發(fā)酵。每天產(chǎn)純度為99%，每噸100%：V發(fā)酵=99%=442（m3）發(fā)酵罐填充系數(shù)為ψ=75%，則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為V0（生產(chǎn)周期為48h）。 V0= V發(fā)酵/ψ=442/=（m3） 3 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定以公稱容積為100 m3的六彎葉機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐為基礎(chǔ)，則需要發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為N。查表知公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐的總?cè)莘e為V總=118 m3，則有N= V發(fā)酵τ/（）=44248/（11824）=（個(gè)）則需要取公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐10個(gè)；實(shí)際產(chǎn)量為： 富裕量：（ 10000）/10000=%，滿足產(chǎn)量要求。公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐的主要尺寸計(jì)算：V全=V筒+2V封頭=118 m3，忽略封頭折邊不計(jì)， 則有：V全=H+2πD3/24=118 其中，設(shè)H=2D， D3+ D3=118，可求得D=（m） 取D=4m，則H=2D=8m查表可知封頭高H封=ha+hb=1000+50=1050（mm），則全容積V＇全： V＇全= V筒+2V封頭=H+2πD3/24+2 =（m3） V＇全≈V全為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多以及環(huán)境氣溫最高是也能冷卻下來(lái)，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的半個(gè)月的氣溫下，冷卻水可能達(dá)到的最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計(jì)冷卻面積。計(jì)算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即 發(fā)酵過(guò)程的熱量計(jì)算有許多方法，但在工程計(jì)算時(shí)更可靠的方法仍然是實(shí)際測(cè)得的每1 m3發(fā)酵液在每一小時(shí)傳給冷卻器的最大熱量，對(duì)谷氨酸發(fā)酵，每1 m3發(fā)酵液、6000kJ/（m3h）。采用豎式列管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=500kJ/（m3h℃）。平均溫度差Δtm： 32 ℃ ─→ 32 ℃ Δt1=3220=12 ℃ 20 ℃ ─→ 29 ℃ Δt2=3229=3 ℃ ℃對(duì)公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐，每天裝5罐，裝液量為則每罐實(shí)際裝液量為：442/5=（m3）換熱面積=（m2)機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌渦輪有三種形式，可根據(jù)發(fā)酵特點(diǎn)、基質(zhì)及菌體特性選用。由于谷氨酸發(fā)酵過(guò)程有中間補(bǔ)料操作，對(duì)混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定的比例關(guān)系，計(jì)算結(jié)果：攪拌器葉徑：Di=D/3=4/3=（m），取Di=（m）葉寬：B===（m）弧長(zhǎng)：l===（m）底距：C=D/3=4/3=（m）盤徑：di===（m）葉弦長(zhǎng)：L===（m）葉距：Y=D=4（m） 彎葉板厚：δ=12（mm）取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)50 m3罐，轉(zhuǎn)速N1=110r/min，以等P0/V為基準(zhǔn)放大求得：（r/min）淀粉水解糖液低濃度發(fā)酵醪可視為牛頓型流體，計(jì)算過(guò)程如下： 1 計(jì)算Rem 其中：D—攪拌器直徑，D= N—攪拌器轉(zhuǎn)速，N=95/60=（m/s） ρ—醪液密度，可取ρ=1050（kg/m3）μ—