【導讀】畢業(yè)設計（論文）題目：年產4萬噸味精工廠初步工藝設計。精生產的主要設備（發(fā)酵罐）的設計。味精，學名“谷氨酸鈉”。谷氨酸是氨基酸的一種，也是蛋白質的最后分解產物。我們每天吃的食鹽用水沖淡400倍，已感。鈉，用于水稀釋3000倍，仍能感覺到鮮味，因而得名“味精”。采用微生物發(fā)酵的方法由糧食制成的現(xiàn)代調味品。算,并繪制了發(fā)酵罐結構圖，發(fā)酵流程圖，全廠平面布置圖糖化流程圖，提取與精制流程圖.通過設計明確味精生產的工藝流程，對生產所需的總物料，熱量，以及相關設備進行計算，設計出一個具有高產量，低能耗，污染小。設計中的計算部分占總設計較多篇幅。得出了此次畢業(yè)設計所需的重要數(shù)據(jù):. 質量為噸，日運轉糖化罐4罐，投放料4罐次。該發(fā)酵罐的主要參數(shù)有：罐的高度。轉數(shù)75r/min，通風攪拌軸功率167kw，罐內工作壓力。蒸汽量1115t/d，每小時平均量，高峰時用量59t/h。21872t/d，二次水20201t/d，凝結水163t/d，每日排水。行性測試和研究.

　　

【正文】 。C ， 用二次水冷卻 ， 冷卻水進口溫度為 20176。C ， 出口溫度為 45176。C ， 平均用水量為 ： W=)2045( )6085( 0 0 0 8 ??? ????=(kg/h)=(t/d) 要求在 2 h 內把 200 m3液糖液冷卻到 40176。C ， 高峰用水量為 ： 2 0 9 7 2 9 4 9 4 6 3 ??? =(kg/h) 每日糖化罐同時運轉 ： 2530 ==4(罐 ) 每投放料罐次 ： ==4(罐 ) 每日冷卻水用量 ： 2=(t/d) 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算 ⑴ 培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量 ： 國內大多采用的發(fā)酵罐體積為 300m3。 30 m3發(fā)酵罐裝料系數(shù) ， 每罐產 100%MSG 量 ： 30011%94%95%=(t/d) 年產商品味精 4 萬噸 ， 日產 100% 噸 .發(fā)酵操作時間 42h(其中發(fā)酵時間 32 h)需發(fā)酵罐臺數(shù) ： 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 基礎恒算 22 ?=(臺 )取 8 臺 . 每罐初始體積 ： 210 m3糖濃度 ， 滅菌前培養(yǎng)基含糖 19%， 其數(shù)量 ： %19 %?=(t) 每日投 (放 )料罐次= 取 5 罐次。 日運轉 4232? =(罐 )取 7 罐次。 滅菌加熱過程中用 (表壓 )I=2743 KJ/kg， 使用板式換熱器 將物料由 20176。C預熱至 75176。C ， 再加熱至 120176。C ， 冷卻水由 20176。C 升到 45176。C 。 每罐滅菌時間 3h， 輸料流量 ： =(t/h) 消毒滅菌用蒸汽量 (D)： D= 027 43 )7512 0( 400 ?? ???? =4844(kg/h)≈(t/h) 式中 ： 為糖液的比熱容 ， [KJ/(kg176。C )] 每天用蒸汽量 ： 35=72(t/d) 高峰用蒸汽量： (t/h) 平均用蒸汽量： 72/24=3(t/h) ⑵ 培養(yǎng) 液冷卻用水量 ： 由 120176。C 熱料通過與生料熱交換 ， 降至 80176。C ， 再用水冷卻至 35176。C ， 冷卻水由20176。C 升至 45176。C ， 計算冷卻水量 (W)： W= 0 ?? ??? ）（ ）（ =103257(kg/h)=103(t/h) 全天用水量 ： 10335=1545(t/d) ⑶ 發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽量 ： ① 發(fā)酵罐體加熱 ： 300m3， 1Cr18Ni9 的發(fā)酵罐體重 ， 冷卻排管重 9t， 1Cr18Ni9 的 比熱容 kJ/（ kg ℃），使用 MPa 蒸汽（表壓）滅菌，發(fā)酵罐罐壓保持在 （表壓）沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 基礎恒算 23 下，由 20℃升至 127℃，維持 1h。其蒸汽用量為 ： )20207( ? ???? ）（=14800(kg) 式中 —— MPa（表壓）蒸汽熱焓， kJ/kg —— ， 127℃時蒸汽凝結水熱焓， kJ/kg ② 填充發(fā)酵罐空間的蒸汽量 ： 因 300 m3發(fā)酵罐的全容積 大于 3003m3， 考慮到罐內之排管 ， 攪拌器等所占之空間罐之自由空間仍按 300 m3計算 ， 填充空間需 蒸汽量 ： D 空 =Vρ=300=(kg) 式中 ： V— 發(fā)酵罐全容積 (m3) ρ— 加熱蒸汽的密度 (kg/ m3) mPa(表壓 )時為 ③ 滅菌過程的熱功當量損失 ： 輻射與對流聯(lián)合給熱系數(shù) α， 罐外壁溫度 70176。C 。 α=＋ (70－ 20)=[kg/(m3h176。C )] 300m3發(fā)酵罐的表面積為 310 ㎡ ， 耗用蒸汽量 ： D 損 = )2070( ?? ??? =308(kg) ④ 罐壁附著洗滌水升溫的蒸 汽消耗 ： )2070( ?? ????? =63(kg) 式中 ： — 附壁水平均厚度 (1mm) 1000— 水密度 (kg/m3) ⑤ 滅菌過程蒸汽滲漏 ， 取總汽消耗量的 5%， 空罐滅菌蒸汽消耗量 。 633084871480 ? ??? =2461(kg/h) 每空罐滅菌 h， 用蒸汽量 ： 2461=3961(kg/罐 ) 每日用蒸汽量 ： 39615=19805(kg/d)=（ t/d） 平均用蒸汽量 ： 2419805 =825(kg/h) 高峰用量： 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 基礎恒算 24 2461? 7=（ t/d） ⑥ 發(fā)酵過程產生的熱量及冷卻用水量： 發(fā)酵過程的熱量計算有下列幾種方法： ⑴ 通過計算生化反應來計算發(fā)酵熱 Q 總 Q 總 =生物合成熱 +攪拌熱 汽化熱 生物合成熱可通過下列方程計算： C6H12O6+6O2→6CO 2+6H2O+2813KJ C6H12O6+NH3+→C 5H9O4N+CO2++890KJ 攪拌器 =860P(P— 攪拌功率， KW) 汽化熱 =空氣流量 (m3/h)(I 出 － I 進 )ρ 式中： I 出 ， I 進 — 進出之空氣熱焓 (KJ/Kg 趕空氣 ) ρ— 空氣密度 ⑵ 通過燃燒熱進行計算： Q 總 = ?? ? 產物燃燒作用物燃燒 有關物料的燃燒熱： 葡萄糖： 15633KJ/Kg 谷氨酸： 15424KJ/Kg 玉米漿： 12289KJ/Kg 菌 體： 20900KJ/Kg 以發(fā)酵 6— 20 小時耗糖速率最快，為放熱高峰。 (3) 通過冷卻水帶走的熱量進行計算： 在最熱 季節(jié)，發(fā)酵放熱高峰期，測定冷卻水量及進出口溫度，然后即可算出最大發(fā)熱量 Q 最大 ， [KJ/(m3h)] Q 最大 = ? ?)( )/( 3m thKg發(fā)酵液總體積 冷卻水 進出 ?? (4) 通過發(fā)酵液溫度升高進行計算 ： 關閉冷卻水觀察罐內發(fā)酵液溫度升高 ， 用下式計算 Q 最大 Q 最大 = V tCGGCt )( 111? [KJ/(m3h)] 式中 ： G— 發(fā)酵液重量 (kg) C— 發(fā)酵液比熱容 [KJ/(kg176。C ) 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 基礎恒算 25 t— 1h 內發(fā)酵液溫度升高數(shù) (176。C ) G1— 設備筒體的重量 (kg) C1— 設備筒體的比熱容 [KJ/(m3h)] V— 發(fā)酵液體積 (m3) 以上四種方法，以 (3)(4)比較簡單使用。根據(jù)部分味精廠的實測和經驗數(shù)，谷氨酸的發(fā)酵熱高峰值約 104 KJ/(m3h) 300 m3發(fā)酵罐 ， 裝料量 210 m3使用新鮮水 ， 冷卻水進口溫度 10176。C ， 出口溫度 20176。C ，冷卻水用量 (W)： W=)1020( 4 ?? ??=150718(kg/h)=151(t/h) 日運轉 3 臺 ， 高峰用 水量 ： 1516=1057(t/h) 日用水量 ： 105724=20294(t/d) 平均用水量 ： 2420294 =846(t/h) 式中 ： — 各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù) 谷氨酸提取工序冷量衡算 等電罐 300 m3，裝液量 210m3， 相對密度 。由 30176。C 降至 5176。C ， 降溫速度 2176。C /h，基冷量為 ： 2101032= ? (KJ/h) 式中 ： — 發(fā)酵液比熱容 [KJ/(kg176。C )] 中和時 H2SO4對水的溶解熱為 92KJ/mol， 6h 加 98% H2SO411620kg， 其溶解熱為 ： %986 %9811620? ? 92=(KJ)(可忽略 ) 6? =527(kw) 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 基礎恒算 26 每天運轉 6 臺 ， 總制冷量 ： 5277=3195(kw) 谷氨酸鈉溶液濃縮結晶過程的熱量衡算 年產 4 萬噸商品味精 ， 日產 100% 噸 ， 選用 300 m3強制內循環(huán)結晶罐 ，濃縮結晶罐操作周期 12h， 每罐產 100%MSG18 噸 ， 需結晶罐臺數(shù) ： 2412218 ?? =(臺 ) 取 4 臺 . 式中 ： 2— 每罐投入的晶種量 (t) ⑴ 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 )， 流加 30g/dl 母液 m3， 過程中加水 8 m3， 在 70176。C 下真空蒸發(fā)結晶 ， 濃縮 2h， 育晶 10h， 放料數(shù)量 20m3 熱量衡算： ① 來料帶入熱量 ： 進料溫度 35176。C ， 比熱 KJ/(kg176。C )。 Q 來料 =(＋ )35103=107 (KJ) 式中 ： — 脫色液濃度 (g/dl) — 母液濃度 (g/dl) ② 加水帶入熱量 ： Q 來水 =835103= ? (KJ) ③ 晶種帶入熱量 ： MSG 比熱容 KJ/(kg176。C ) Q 來晶 =202020= 410 (KJ) ④ 結晶放熱 ： MSG 結晶熱為 Q 晶熱 = 187 )210( 6 ??? = ? (KJ) ⑤ 母液帶走熱量 ： 分離母液 25 m3， 折算為相對密度 時 ， 比熱容為 KJ/(kg176。C ). 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 基礎恒算 27 Q=10370= ? (KJ) ⑥ 隨二次蒸汽帶走熱量 ： Q 二蒸 =(++) 2626 610? = ? (KJ) 式中： — 結晶罐放 罐時的結晶液量 (m3) 2626— 70176。C 蒸汽焓 (KJ/kg) ⑦ 隨結晶 MSG 帶走熱量 ： Q 出晶 =1810370= ? (KJ) 需外界供給熱量 ： Q=(Q 母 ＋ Q二 蒸 ＋ Q 出晶 )－ (Q 來料 ＋ Q 來水 ＋ Q 來晶 ＋ Q 晶熱 )=( ? ＋ 810 ＋ 610 )－ ( 710 ＋ 610 ＋ 410 ＋ 610 )=108(KJ) 計算蒸汽用量 ： 每罐次用蒸汽量 ： 熱損按 5%折算 ， 通蒸汽為 (表壓 ) D=)5352717( 8?? ?=69950(kg/罐次 ) 式中： 2717— mPa(表壓 )下的蒸汽焓 (KJ/kg) 535— mPa(表壓 )下的凝結水焓 (KJ/kg) 每罐 濃縮結晶器時間 ： 2069950 =(kg/ h) 4 臺罐 (實際是 臺 )同時運轉，高峰用蒸汽量 ： =(kg/ h) 每日用蒸氣量： =(kg/ d)=(t/d) 每小時平均用蒸汽量 ： =(t/h) ⑵ 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 ： 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 基礎恒算 28 20 ???= (m3水 /h) ② 冷卻水用量 ： 使用循環(huán)水 ， 進口溫度 30176。C ， 出口溫度 45176。C ， 70176。C 水蒸汽焓 (KJ/kg)，需冷卻水量 (W) W=)3045( ) 6 2 6( 3 ?? ????=206601(kg/h)=207(t/h) 4 臺罐高峰用水量 2074=827(t/h) 全日用水量 ： 20720=15400(t/d) 平均用水量 ： 2415400 =642(t/h) 為了保證 循環(huán)水溫度不低于 30176。C ，需加二次水。 干燥過程的熱量衡算 分離之后濕 MSG 含水 2%， 干燥后達到 %， 進加熱之空氣為 18176。C ， 相對濕度 ? =70%， 通過加熱器使空氣升至 80176。C ， 從干燥器出來的空氣為 60176。C 。 年產 4 萬噸商品味精 ， 日產濕味精 ? =(t