长江师范学院年产2万吨谷氨酸厂发酵罐设计说明书设计人:龙 丹学号:2班级:2009级牛物工程1班设计时间:2011.12.512.25指导老师:陈今朝成 绩:目录1前言12设计理念和方案33任务书设计主体43.1谷氨酸生产工艺流程、工艺技术指标及基础数据 43.1.1谷氨酸发酵工艺流程示意图 43.1.2工艺技术指标及基础数据 53.1.3 谷氨酸发酵车间的物料衡算 53.1.4 20000 t/a 谷氨酸厂发酵车间的物料衡算表 73 2 发酵罐的设计和选型 8321 发酵罐的选型 83 2.2 发酵罐的生产能力、容积及个数的确定 832.3 主要尺寸的计算 .83.2.4 冷却面积的确定 93.2.5 搅拌器设计 103.2.6 搅拌轴功率的确定 113.2.7 设备结构的工艺设计 123.2.8 竖直蛇管冷却装置设计 123.2.9 设备材料的选择 153.2.10 发酵罐壁厚的计算 153.2.11 接管设计 164 设计结果和讨论 18、八前言味精，又名为谷氨酸钠， 是烹饪中常用的一种鲜味调味品。 烹调时在菜里或 汤里略加少许味精，立刻可使菜肴的味道更佳鲜香浓郁、味美可口。 2004 年全 球的味精市场约为 1700000t ，其年增长率预计为 4%，2010年已达到 2100000t1 。 由于我国味精产量增加， 各项技术指标提高幅度大， 产品成本降低， 在国际市场 上具有较强竞争力， 2005年出口味精达 100000t 2 。1909年味精作为商品问世以来已有 102年历史3 。早期味精是由酸法水解蛋 白质进行制造的，自从 1956 年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生 产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产 4 。实际上发酵法在微生物发酵阶 段，主要是获得谷氨酸，制造味精是后续加工完成的。谷氨酸学名是a -氨基戊二酸，结构式为 hooc-ghch_ch（nh）-cooH。谷 氨酸在水中溶解度小，但其钠盐溶解度较大 。谷氨酸分子中有两个羧基，一个 氨基，具有酸味，中和成一钠盐后，酸味消失而鲜味增加。当前，我国的味精生产发酵法占统治地位，而发酵生产的发酵罐仍是机械搅 拌通风发酵罐，即大家常说的通用罐。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪 液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵和代谢所 需要的氧气。它主要由罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷 却管、消泡器、人孔、视镜等组成 。现在国内最常用的发酵罐为 200400用2，有关通用式发酵罐的系列尺寸如 表1-1所示。表1-1通用发酵罐的系列尺寸公称容积罐内径圆柱高封头高罐体总 高封头容积圆柱部分 容积50L320mm640mm105mm850mm6.3L52L100L400mm800mm125mm1050mm11.5L100L200L500mm1000mm150mm1300mm21.3L197L500L700mm1400mm200mm1800mm54.5L540L1.0m3900mm1800mm250mm2300mm0.112m1.14m35.0m31500mm3000mm400mm3800mm0.487m5.3m310m31800mm3600mm475mm4550mm0.826m9.15m320m2300mm4600mm615mm5830mm1.76m319.1m350m3100mm6200mm815mm7830mm4.2m346.8m3100m4000mm8000mm1040mm10080m m9.02m3100m200m5000mm10000mm1300mm12600m m16.4m3197m不计上封 头的容积全容积搅拌桨直 径搅拌转数电动机 功率搅拌 轴直 径冷却方式58.3L64.6L112mm470r/mi n0.4kW25mm夹套112L123L135mm400r/mi n0.4kW25mm夹套218L239L168mm360r/mi n0.6kW25mm夹套595L649L245mm265r/mi n1.1kW35mm夹套1.25m31.36m3315mm220r/mi n1.5kW35mm夹套5.79m36.27m3525mm160r/mi n5.5kW50mm夹套9.98m310.8m3630mm145r/mi n13kW65mm夹套20.86m322.6m3770mm125r/mi n23kW80mm列管51吊55.2m31050mm110r/min55kW110mm| 列管109m3118吊1350mmAAA列管213m230m1700mmAAA列管近几年，随着味精生产的不断发展，产量迅速增加，生产规模不断扩大，作为发酵生产最关键的设备一一发酵罐也在不断向大型化的方向发展。在发酵设备向大型化发展的同时，人们更加重视对设备结构上的改进。 通过改进设备，增强 了设备性能，降低造价，节约能源，提高了效益。使用新的现代化技术成果来提 高设计水平，增加技术含量，不断改进发酵罐的结构设计是现在和今后的发展趋 势。我国独立研发设计的790m3超大型发酵罐2006年已成功投产，该设备由沈 阳宏成生物工程技术研发中心设计的，这是至今国内外最大容积的谷氨酸发酵罐2 。此设备充分考虑了传质。传热、溶氧、功耗、细菌生长和发酵水平诸多因素。 该设备投产、运行稳定，控制性能好，发酵产酸率和转化率都比较高。2设计理念和方案本任务书拟选择味精发酵生产中最关键的设备，发酵罐作为设计主题，并 以年产2万吨为规模进行模拟设计，并决定选用历史比较悠久，资料较齐全的机 械搅拌通风发酵罐，作为任务书的主要设计目标根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求： 结构严密，经得起蒸汽的 反复灭菌，内壁光滑，耐腐性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的 影响；有良好的气-液-固接触和混合性能以及高效的热量、 质量、动量传递性 能；在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；有良好的热量交换性能，以 维持生物反应最是温度；有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自 动化控制。发酵罐的设计和选型，除了计算发酵罐罐体的尺寸、各部结构、搅拌功率、 壁厚和容积等，还应该绘出发酵罐结构图和发酵设备图。根据以上思路，初步考虑任务书进行过程可以分为三个阶段：第一阶段：查阅资料确定谷氨酸的生产工艺流程并初步考虑发酵罐及相关设 备轮廓。第二阶段：任务书进入实行阶段，包括物料衡算、发酵罐选型计算以及绘图等。第三阶段：完善任务书和数据阶段3任务书设计主体3.1谷氨酸生产工艺流程、工艺技术指标及基础数据3.1.1.谷氨酸发酵工艺流程示意图谷氨酸发酵采用淀粉原料，双酶法糖化，中初糖发酵流加高糖，等电点 离子交换法提取的工艺。其工艺流程示意图如图3-1所示。菌种淀粉调浆喷射液化空气 I高效前置过滤器斜面培养瓶扩大培养种子罐扩大培养淀粉水解糖配料空气压缩机冷却丝网分离器过滤除菌除铁过滤浓缩结晶脱色干燥发酵粉碎成品味精等电点调节粗谷氨酸、工艺流程图沉淀丄L溶解粗谷氨酸溶液母液离子交换处理粗谷氨酸中和制味淖3-1谷氨酸精制生产总3.1.2工艺技术指标及基础数据（1）.主要技术 表3-2主要技术指标指标名称单位指标数生产规模t/a20000（味精）生产方法采用淀粉原料，双酶法糖化，中初糖发酵流 加高糖，等电点-离子交换法提取的工艺年生产天数d/a300产品日产量t/d66.67产品质量纯度99%发酵周期h41淀粉糖化转化率%109糖酸转化率%61谷氨酸提取率%96发酵初糖Kg/m3150流加高浓糖%500麸酸谷氨酸含量%95味精对谷氨酸产 率%122倒罐率%0.2(2)主要材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%(3) 二级种子培养基(g/L)水解糖50,蜜糖20,磷酸二氢钾1.0,硫酸 镁0.6,玉米浆510,泡敌0.6,生物素0.02mg，硫酸锰2mg/L,硫酸亚铁 2mg/L。(4) 发酵初始培养基(g/L)水解糖150,蜜糖4,硫酸镁0.6,氯化钾0.8, 磷酸0.2,生物素2卩g,泡敌1.0.接种量8%。3.1.3谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产1000Kg纯度为100%勺味精需要耗用的原材料以及其他物料量。(1) 发酵液量设发酵初糖和溜加高浓度糖最终发酵液总糖浓度为220 Kg/m3,则发酵液量为：10003V1 = =6.38m220X 61%X 96%X 99.8%X 122%式中 220 发酵培养基终糖浓度(Kg/m3)61%糖酸转化率96%谷氨酸提取率99.8%出去倒罐率0.2%后的发酵成功率122%味精对谷氨酸的精制产率(2) 发酵液配制需水解糖量以纯糖计算mh=220V1=1403.6(Kg)(3) 二级种子液量3V2=8% V1=0.5104(m)(4) 二级种子培养液所需水解糖量m2=50 V2=25.52 ( Kg)式中50 二级种子液含糖量(Kg/m3)(5) 生产lOOOKg味精需水解糖总量m=mi+m2=1429.12 (Kg)(6) 耗用淀粉原料量理论上，1OOKg淀粉转化生成葡萄糖量为111Kg，故耗用淀粉量为:1429.12m淀粉=1476.49 (Kg)80% X 109%111%淀粉原料的淀粉含量 淀粉糖化转化率式中 80%109%(7)Kg ;此外，提取过程中耗用Kg。(8) 甘蔗糖蜜耗用量 二级种液耗用糖蜜量为： 发酵培养基耗糖蜜量为： 合计耗用糖蜜35.728 Kg(9)液氨耗用量 发酵过程中用液氨调pH和补充氮源，耗用260280160170 Kg，合计每吨味精消耗 42045020V2=10.208 (Kg)氯化钾耗用量(1O)(11)(12)(13)(14)m3=0.8V1=5.14(Kg)磷酸二氢钾(KH2PO4 H2O)耗用量m4=1.0V2=0.5104(Kg)硫酸镁(MgSO4 7H2O)耗用量m5= 0.6 (V1+V2) =4.13424 (Kg) 消泡剂(泡敌)耗用量m6 =1.0 V1=