合肥学院Hefei University发酵设备课程设计univb题目:80立方米味精发酵罐设计系别:专业:学号:姓名:指导教师:2013 年 1 月 3 日发酵工程与设备课程设计任务书一、课程设计的内容1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐或厌氧发酵罐的有关资料，熟悉基本工 作原理和特点。2、进行工艺计算3、主要设备工作部件尺寸的设计4、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据生物工程10-2 班：味精发酵罐设计 任务：80M3味精发酵罐设计具体要求：按要求进行味精工艺设计及说明 发酵罐具体设计及计算 发酵罐装配图纸一张（2 号图纸）三、设计论文的内容组成：1、设计任务书2、目录3、设计方案简介4、生产工艺设计及说明（发酵菌株、生产条件、原料、工艺流程等）5、发酵罐设计（发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果）（1）罐体（2）罐体壁厚（3）封头壁厚计算（4）搅拌器（5）仪表接口（6）挡板等（7）人孔和视镜（8）管道接口（9）冷却装置设计 其他内容自己可以设计 参考文献1 潘红良赫俊文.过程设备机械设计M.杭州：华东理工大学出版 社，2006.42 吴思芳.发酵工厂工艺设计概论M.北京：中国轻工业出版社， 2006.73 郑裕国.生物工程设备M.北京：化学工业出版社，20074 郑裕国薛亚平金利群等生物加工过程与设备M.北京：化学工 业出版社，2004.75 李功样，陈兰英，崔英德.常用化工单元设备的设计M.广州：华 南理工大学出版社，20066 陈英南，刘玉兰.常用化工单元设备的设计M.杭州：华东理工大 学出版社，2005目录一、味精生产工艺1.1 味精的概述（5）1.2 味精生产工艺简述（5）1.3 原料预处理及淀粉水解糖制备（6）1.3.1 原料的预处理（6）1.3.2 淀粉水解糖制备（6）1.4 种子扩大培养及谷氨酸发酵（6）1.5 谷氨酸的提取（6）1.6 谷氨酸制取味精及味精成品加工（6）二、设备的主要配件计算及说明、辅助设备的设计和选型计算2.1筒体的直径和高度（包括封头） （6）2.1.1 公称直径的确定（6）2.1.2 封头 （6）2.1.3 实际容积的校核（7）2.2确定筒体和封头的壁厚并强度校核 （7）2.2.1 筒体壁厚的计算（7）2.2.2封头壁厚的计算 （7）2.2.3 水压试验及强度校核（8）2.3搅拌器、搅拌轴和联轴器的设计和计算 （8）2.3.1 搅拌器设计和搅拌功率计算（8）2.3.2搅拌轴轴径的计算 （10）2.3.3联轴器的设计 （11）2.4 蛇管的设计与计算（11）2.4.1 冷却面积的计算（11）2.4.1.1热负荷q总的计算 （11）总2.4.1.2传热面积F计算 （13）2.4.2蛇管设计 （14）2.4.3灭菌后冷却要求计算 （16）2.4.4培养基灭菌蒸汽消耗量计算 （17）2.5 接管设计（17）2.5.1 排料管设计（17）2.5.2 通风管设计（18）2.6选择搅拌传动装置和密封装置 （18）2.6.1 传动装置设计（18）2.6.2密封装置的设计 （19）2.7 有关零部件的设计和选用（19）2.7.1 消泡器的设计（19）2.7.2 人孔 （19）2.7.3 容器法兰（19）2.7.4 空气分布器（19）2.7.5 发酵罐的支座选型（20）2.7.6 挡板的设计（20）2.8 管口设计（20）三、设计结果汇总3.1 发酵罐参数设计汇总（21）3.2 辅助设备有关参数汇总（21）3.2.1 冷却装置（21）3.2.2 辅助设备（21）3.2.3 搅拌器有关参数（21）四、设计评述五、参考文献一、味精生产工艺1.1味精的简述味精是人们熟悉的鲜味剂，是L谷氨酸单钠盐(Mono sodium glutamate) 的一水化合物(HOOC-CH CH(NH )-C00NaHO)，具有旋光性，有D型和L型两 种光学异构体。味精具2有很强2的鲜味(阈值2 为0. 03%)，现已成为人们普遍采用 的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。谷氨酸发酵是通气发酵M,也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、 产品产量最大的产业。该生产工艺和设备具有很强的典型性，本文对味精发酵生 产工艺及主要设备作简要介绍，有助于巩固通气发酵工艺和主要设备的有关知 识。1.2 味精生产工艺概述味精发酵法生产的总工艺流程，如下：斜面培养预处理空气压缩机菌种原料空气1r1rF摇瓶扩大培养水解冷却过滤*气液分离除铁淀粉水解糖配料种子罐扩大培养发酵*过滤除菌过滤脱色浓缩结晶*离心细谷氨酸等电点调节沉淀离心粗谷氨酸母液溶解中和制味精小结晶*F燥J1拌盐粉碎1粉状味精大结晶*干燥*过滤成品味精味精生产全过程可划分为四个工艺阶段： (1)原料的预处理及淀粉水解糖的 制备；(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵；(3)谷氨酸的提取及谷氨酸单钠的制备； (4)味精精制。1.3 原料预处理及淀粉水解糖制备1.3.1 原料的预处理 此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去 除固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒 筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广 泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中 碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。1.3.2 淀粉水解糖制备 在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称 为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将 淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工 艺。1.4 种子扩大培养及谷氨酸发酵 种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有种 子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养， 扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种 子。1.5 谷氨酸的提取 谷氨酸的提取一般采用等电点离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点锌盐法、盐酸水解等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在废水 污染大，生产成本高，技术难度大等问题，应用上受到限制。1.6 谷氨酸制取味精及味精成品加工 精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠，即味精。粗品经提纯、加工、包 装，得到成品。二、设备的主要配件计算及说明、辅助设备的设计和选型计算2.1 确定筒体的直径和高度(包括封头)2.1.1 公称直径的确定：一般高径比为1:73,取高径比为1:3,公称容积为80m3,材料为不锈钢。V =kD 2 x 3D/4D = (4 x V/3 兀)i/3 = (4 x 40/3 兀)1/3 = 3.239m经圆整后,取 D=3200mm2.1.2 封头采用标准椭圆型封头，查发酵工厂工艺设计概论附录15 21，查得封头的主要尺寸如下：曲面高度：800mm ；直边高度：50mm；内表面积：11.6m2 ；容积：4.69 m32.1.3实际容积的校核H3D = 3 x 3.2 = 9.6m计发酵罐计算容积：V V + 2V =5/4) D2H + 2V实 筒 封 计 封(兀/4) x 3.22 x 9.6 + 2x 4.69 86.55m3而发酵罐的设计容积为80m3，所以取筒体高度为8.8m。V V + 2V =5/4) D2H + 2V =(兀/4) x 3.22 x 8.8 + 2 x 4.69 80.12m3 Q 80m3实 筒封实封H/D 8.8/3.2 2.75 沁 3因此，符合设计要求实际装液面高度:取装液系数为0.7，即70%贝 V V 80 x 70% 56液L (V -V )/S 4x(56-4.69)/伍 x3.22) 6.38m液液 封 筒2.2确定筒体和封头的壁厚并强度校核2.2.1筒体壁厚的计算罐灭菌压力2atm,罐设计受压4atm （表压），材料：不锈钢。r PD2klp - P式中：P：罐的设计压力，取最高工作压力的1.05倍（MPa） , P=0.4MPa D：罐径（cm）, D=320cmp :焊缝系数，一般取0.51之间，取p =0.7C：壁厚附加量（cm）C C + C + C 123C :钢板负偏差，视钢板厚度查表确定，其范围为0.131.3,现取C 0.8 11C :腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm，现取C 2mm 22C :加工减薄量，对冷加工C 0,热加工封头C S x 10%，现取C 0 33303代入上式得： C=0.8+2+0=2.85： a 3钢的允用应力，6 = 127MPaS 0.4 x 250/2 x 127 x 0.7 - 0.4 + 0.28 1.002cm 经