【正文】 K= 500kJ/（ m2封 =（ m3） 校核種子罐總?cè)莘e V39。 H： D=2： 1，則種子罐總?cè)莘e量 V39。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作時間 8~10h，生產(chǎn)周期 16~18h，因此，二級種子罐 6 個 已足夠 ，其中一個 備用 。 種子罐容積和數(shù)量的確定 ① 種子罐容積的確定：接種量為 8%計算，則種子罐容積 V 種 為： ? ?3m44%85 5 0%8 ????? 總種 VV 式中 V 總 —— 發(fā)酵罐總?cè)莘e（ m3） 由上 知可選用容積 50 m3 的種子罐進行反應(yīng) ② 種子罐個數(shù)的確定： 種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （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 。立式支座也分為三種即懸掛支座，支承式支座和裙式支座。 排料時間復(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，流過物料因管徑較原來計算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為 ? ? ???? FvQP 排料時間： ? ?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。 利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風(fēng)量 Qf[8] ? ?smQ f / 3?????? 取風(fēng)速 v=25m/s，則風(fēng)管截面積 Ff 為 ? ? mvQF ff ??? 氣dFf ? 則氣管直徑 d 氣 為： ? ?md ??氣 因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值?，F(xiàn)通風(fēng)比~，為常溫下 20℃， 下的情況，要折算 、 30℃ 狀態(tài)。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （論文） 21 ? ? mvQF ??物 dF ?物 管徑： ? ?mFd ??? 物 取無縫管φ 325 8mm， 309mm〉 287mm， 認(rèn)為合適。 ② 接管直徑的確定： 按排料管計算：該罐實裝醪量 ，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。 發(fā)酵罐壁厚的計算 ① 計算法確定發(fā) 酵罐的壁厚 S ? ? CPPQS ??? ??2 （ cm） 式中 P—— 設(shè)計壓力，取最高工作壓力的 倍，現(xiàn)取 P= D—— 發(fā)酵罐內(nèi)徑 ， D=680cm 〔σ〕 —— A3 鋼的應(yīng)用應(yīng)力，〔σ〕 =127MPa φ —— 焊接縫隙， φ = C—— 壁厚附加量（ cm） 321 CCCC ??? 式中 C1—— 鋼板負偏差，現(xiàn)取 C1= C2—— 為腐蝕余量，現(xiàn)取 C2=2mm C3—— 加工減薄量，現(xiàn)取 C3=0 ? ? ? ?cmmmC ????? ? ?cmS ????? ?? 選用 18mm 厚 A3 鋼板制作。 Ⅵ .校核布置后冷卻管的實際傳熱面積： ? ? mLdF ???? ?? 實平均實 ? 而前有 F=， FF ?實 ，可滿足要求。 現(xiàn)取豎蛇管圈端部 U 型彎管曲徑為 250mm，則兩直管距離為 500mm，兩端彎管總長度為 0l ： ? ?mmDl 1 5 7 ???? ? Ⅲ 冷卻管總長度 L 計算：由前知冷卻管總面積 mF ? 現(xiàn)取無縫鋼管φ 108 4mm，每米長冷卻面積為 ? ?20 mF ???? 則 : ? ?mFFL ??? 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （論文） 19 冷卻管占有體積： ? ?32 5 0 91 0 8 mV ???? Ⅳ 每組管長 L0 和管組高度： ? ?mnLL ?? 另需連接管 ： ? ?mLL ??實 可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭 500mm。 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 （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。 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：本罐采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。00 ?? ③ 計算通風(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 9 0 ???P 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （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 會小 ，為安全。 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 39510395 35339。武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （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菌醪，可視 為牛頓流體?！?) [8]。 采用豎式蛇 管換熱器，取經(jīng)驗值 K= 500 kJ/(m3 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 主要尺寸 設(shè)計 ；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。100000 = %，能滿足生產(chǎn)要求。 (V 總 24)≈ 8(個 ) 每天應(yīng)有 5 個發(fā)酵罐出料，每年工作 320 天， 實際產(chǎn)量檢驗算： 550 85% 5 320247。（ 22060%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： ? ?3m6 2 0 9 03 2 0/6 6 9 0 0 0 ??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 的機械發(fā)酵罐，其全容量為 550 m3?，F(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。 （ 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。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （論文） 13 四 設(shè)備設(shè)計與選型 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 , 我國谷氨酸發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機械渦輪攪拌 ,即大家所說的通用罐。 amVVV aat ???? 根據(jù)設(shè)計，實際味精年生產(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。 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 7 9 6 8 1 791424 339。故這項無菌空氣耗量為： V’＝ 20％ V＝ （ m3/h） 單罐每年用氣量為： )/( 3639。 （ 1） 單罐發(fā)酵過程用氣量（常壓空氣） V＝ 55085%60＝ （ m3/h） 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （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)等其他無菌空氣耗量 可根據(jù)接種量、通氣速率、培養(yǎng)時間等進行計算。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。在此過程中冷卻水由 20℃ 升溫至 45℃ ，由此計算出冷卻水的用量： 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％。 7H2O）用量 G4 ? ? ? ?kgVVG 214 ??? （ 11）消泡劑（泡敵）耗用量 G5 ? ?kgVG 15 ?? （ 12）谷氨酸（麩酸）量 發(fā)酵液谷氨酸含量為 ： ? ? ? ?kgG %%601 ??? 實際 生產(chǎn)的谷氨酸（提取率 80%）為： ? ? 1 9% 1 1 6 ?? 物料衡算結(jié)果 由上述生產(chǎn) 1000kg 味精（ 100%純度） 的物料衡算結(jié)果 ，可求得 100000t/a 味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計算。 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。 （ 4）發(fā)酵培養(yǎng)基（ g/L） 水解糖 150，糖蜜 4，硫酸鎂 ，氯化鉀 ，磷酸 ，泡敵 。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 （論文） 6 三 工藝計算 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%。味精的干燥過程，國內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設(shè)備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。粗品經(jīng)提純、加工、包 裝，得到成品。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制 。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 （論文） 5 可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設(shè)備。 由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵