味精工厂发酵车间设计

《生物工程工厂设计》课程设计报告题目 130000t/a味精工厂发酵车间设计系别：专业班级：姓名：学号：指导教师：（课程设计时间：2012年6月4日——2012年6月24日）XXXXX学校摘要课程设计是普通高校本科教育中非常重要的一个环节，同时也是理论知识与实际应用相结合的重要环节。

本设计为年产13万吨味精厂的生产车间设计，通过双酶法谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。

本文对味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。

设计内容为，了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。

最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。

AbstractCourse design is very important links to common college undergraduate education , but also the combination of theoretical knowledge and practical application . The design is about of the annual output of 130000 tons of Gourmet Powder Factory's workshop design, through the two enzymes method of fermentation and sugar glutamic acid a second-class electric point extraction technology production glutamic acid sodium. In this paper, it briefly introduced the monosodium glutamate fermentation production process and the main equipment . In order to help us to understand the fermentation process and the main equipment ventilation of relevant knowledge.The content of design conclude understanding the monosodium glutamate production material pretreatment, fermentation, the methods of extracting production and production process. To select suitable fermentation production process and conduct the material balance, heat balance calculations and equipment choice according to actual condition.目录1 课程设计目的 (1)2 课程设计题目描述和要求 (2)2.1 设计题目描述 (2)2.2设计内容 (2)2.3 设计要求 (2)3 130000t/a味精工厂发酵车间的物料衡算 (3)3.1味精发酵法生产的总工艺流程 (3)3.2工艺技术指标及基础数据 (4)3.3谷氨酸发酵车间的物料衡算 (5)3.4 130000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果 (7)4 味精发酵过程热量衡算 (8)4.1液化工序热量衡算 (8)4.1.1液化加热蒸汽量 (8)4.1.2灭酶用蒸汽量 (9)4.1.3液化冷却水用量 (9)4.2糖化热量衡算 (9)4.3连续灭菌和发酵工序热量衡算 (10)4.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量 (10)4.3.2培养液冷却用水量 (11)4.3.3填充发酵罐空间所需的蒸汽量 (11)4.3.4发酵过程产生的热量及冷却用水量 (11)5 水平衡计算 (13)5.1糖化工序用水量 (13)5.2连续灭菌工序用水量 (13)5.3发酵工序用水 (13)6无菌压缩空气消耗量计算 (18)6.1 谷氨酸发酵无菌空气平衡示意图 (18)6.2 发酵工艺指标及基础数据 (18)6.3 发酵过程无菌空气用量计算 (18)6.4 年产130000吨味精无菌空气衡算表： (19)7 设备设计与选型 (20)7.1 发酵罐设计 (20)7.1.1 发酵罐选型与数量 (20)7.1.2 发酵罐主要尺寸 (20)7.1.3 冷却面积计算 (20)7.1.4 搅拌器计算 (22)7.1.5 搅拌轴功率的计算 (19)7.2 设备结构的工艺计算 (24)7.3 设备材料的选择[6] (27)7.4 发酵罐壁厚的计算 (27)7.5 接管设计 (28)7.6 支座选择 (29)7.7 种子罐 (29)7.7.1种子罐容积和数量的确定 (29)7.7.2主要尺寸的确定 (30)7.7.3冷却面积的计算 (31)7.7.4设备材料的选择及设备工艺 (31)8 工艺设计计算结果汇总及主要符号说明 (36)附录一 130000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果 (36)附录二热量衡算 (37)附录三发酵过程无菌空气用量 (38)附录四设备参数 (38)9 总结 (40)参考文献 (40)1 课程设计目的生物工程设备课程的课堂教学和课程设计形成一个典型的综合性教学环节,课程设计是课堂课程教学的最后一个环节，这种教学安排对本课程的学习具有是十分重要意义，主要表现在一下几个方面：（1）本课程设计旨在让学生综合运用机械设计及其有关先修课程，如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学等的理论和生产实际知识进行机械训练，使理论和实际结合起来。

针对设计过程中所遇到的问题和困惑更深的巩固我们课堂所学基本原理和理论，实现从点到面的广泛学习，再从面到点的总结归纳，使我们能更好地掌握生产设备设计的基本原则、基本程序和基本方法。

（2）生工设备课程设计是以实际训练为主的课程，学生应在过程中收集设计数据，在教师指导下完成一定的设备设计任务，以达到培养设计能力的目的，学习和掌握机械设计到的一般步骤和方法，培养设计能力和解决实际问题的能力，也为毕业设计乃至承担工业生产全程设计打下良好的基础。

（3）要树立正确的设计思想和求是精神，本着严谨、负责、协调、创新的工作作风，进行基本技能的训练，对准确地工程计算、制图、查阅资料（如手册、图册、技术标准、规范等）、搜集数据以及进行经验估算等机械方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平，并能用简洁的文字、清晰的图表来表达设计意图，培养综合应用知识能力、全面思考问题和团队协作精神。

2 课程设计题目描述和要求2.1 设计题目描述设计一个年产130000吨的味精发酵车间。

已知条件为 A 采用中糖发酵，等电点—离子交换提取的生产方法； B 选用A3钢板，材料在设计温度下的许用应力MPa t 170][=σ; C 钢板厚度负偏差;2,8.021mm C mm C ==腐蚀裕量取 D 使用含淀粉86%的工业淀粉原料； 试确定该发酵车间的各设备及其布置情况。

2.2设计内容根据所给的设计题目完成以下内容： (1)设计方案确定； (2)相关衡算； (3)主要设备工艺计算； (4)主要工艺流程设计；(5)辅助（或周边）设备的计算或选择；(6)制图（包括带节点控制的工艺流程图和发酵车间的设备平面布置图）、编写设计说明书及其它。

2.3 设计要求设计时间为两周。

设计成果要求如下： 1. 完成设计所需数据的收集与整理 2. 完成发酵车间中各设备的各种计算 3. 完成相关设施的设计计算4. 完成谷氨酸发酵流程图，完成车间设备布置平面图5. 完成设计说明书或计算书（手书或电子版打印均可）3 130000t/a味精工厂发酵车间的物料衡算3.1味精发酵法生产的总工艺流程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-离子交换提取的工艺。

其工艺流程示意图见图1。

图1 味精生产总工艺流程图3.2工艺技术指标及基础数据（1）味精行业国家企业标准［1］，选用主要指标如表1表1 味精发酵工艺技术指标指标名称 单位 指标数 生产规模 t/a130000（味精）生产方法 中糖发酵，等电点-离子交换提取 年生产天数 d/a 300 产品日产量 t/d433.33产品质量 纯度99% 倒灌率 % 0.2 发酵周期 h 48 发酵初糖 Kg/m 3 150 淀粉糖转化率 % 108 流加高浓糖 % 500 糖酸转化率 % 60 麸酸谷氨酸含量 % 95 谷氨酸提取率 % 95 味精对谷氨酸产率 %122（2）主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为86%，含水14%（3）二级种子培养基（g/L ） 水解糖50，糖蜜20，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5~10，泡敌0.6，生物素 0.02mg ，硫酸亚铁2mg/L ，硫酸锰2mg/L 。

（4）发酵初始培养基（g/L ） 水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸0.2，生物素2μg ，泡敌1.0，接种量为8%。

3.3谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg 纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。

（1）发酵液量V 1()()3155.6%122%8.99%95%602201000m V =⨯⨯⨯⨯÷=式中 220——发酵培养基初糖浓度（kg/m 3） 60%——糖酸转化率 95%——谷氨酸提取率99.8%——除去倒灌率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G 1以纯糖算，)(144122011kg V G =⨯=（3）二级种液量 V 2()312524.0%8m V V ==（4）二级种子培养液所需水解糖量 G 2()3222.2650m V G ==式中 50——二级种液含糖量（kg/m 3） （5）生产1000kg 味精需水解糖总量G 为：()kg G G G 2.146721=+=（6）耗用淀粉原料量理论上，100kg 淀粉转化生成葡萄糖量为111kg ，故理论上耗用的淀粉量G淀粉为：()()kg 9.1529%111%081%082.1467=⨯⨯÷=淀粉G式中 80%——淀粉原料含纯淀粉量 108%——淀粉糖转化率（7）液氨耗用量发酵过程中用液氨调PH 和补充氮源，耗用260~280kg ；此外，提取过程耗用160~170kg ，合计每吨味精消耗420~450kg （8）甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量V 3()kg V V 48.102023==发酵培养基耗糖蜜量V 4()kg V V 2.26414==合计耗糖蜜36.68kg （9）氯化钾耗量G KCl()kg V G KCl 24.58.01==（10）磷酸氢二钾（K 2HPO 4）耗量G 3()kg V G 524.0113==（11）硫酸镁（MgSO 4·7H 2O ）用量G 4()()kg V V G 24.46.0214=+=（12）消泡剂（泡敌）耗用量G 5()kg V V G 8644.66.00.1215=+=（13）玉米浆耗用量（8g/L ）()kg V G 19.4826==（14）生物素耗用量)0236.002.0002.0217g V V G （=+= （15）硫酸锰耗用量)(048.1002.028g V G == （16）硫酸亚铁耗用量)(048.1002.029g V G == （17）磷酸耗用量)(31.12.0110kg V G == （18）谷氨酸（麸酸）量发酵液谷氨酸含量为：()()kg G 9.862%2.01%601=-⨯实际生产的谷氨酸（提取率95%）为：()kg 8.819%959.862=⨯3.4.130000t/a 味精厂发酵车间的物料衡算结果表2 年产130000吨味精物料横算表物料名称生产1t 味精（100%）的物料量130000t/a 味精生产的物料量 每日物料量发酵液/m3 6.55 851.5310⨯2838.33 二级种液/m3 0.524 31012.68⨯ 227.07发酵水解用糖/kg 144161033.187⨯310433.624⨯二级种培养用糖/kg 26.2 610406.3⨯ 310353.11⨯ 水解糖总量/kg 1467.2 610736.190⨯ 310787.635⨯ 淀粉/kg 1423.13 61098.8871⨯ 310662.957⨯ 液氨/kg 420 6106.54⨯ 310182⨯ 糖蜜/kg 36.69 610768.4⨯ 310895.15⨯ 氯化钾/kg 5.24 3102.681⨯ 31027.2⨯磷酸氢二钾/kg 0.524 31012.68⨯ 227.07硫酸镁/kg 4.24 3102.551⨯ 310837.1⨯ 泡敌/kg 6.86 310892.372⨯ 3102.97⨯玉米浆/kg 4.19 3107.544⨯1815.7 生物素/kg 0.0236 3068 10.23 硫酸锰/g 1.048 31024.136⨯ 454.13 硫酸亚铁/g 1.048 31024.136⨯ 454.13 磷酸/g 1.31 3103.170⨯ 567.7谷氨酸/kg849.8610574.106⨯31025.355⨯4 味精发酵过程热量衡算热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的，热平衡方程表示如下：Q 1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中，Q1——带入的热量（J）Q2——蒸汽热量（J）Q3——各种热效应，如发酵热，稀释热，溶解热等（J）Q4——物料带走热量（J）Q5——消耗于设备上热量（J）Q6——设备向外界散失热量（J）4.1液化工序热量衡算液化工序流程图如图2所示：1——调浆罐 2——喷射器 3——维持罐 4——板式换热器 5——糖化罐图2 液化工序流程图4.1.1液化加热蒸汽量加热蒸汽消耗量（D），可按下式计算：D= )()12(λ-÷-⨯⨯IttCG式中 G--淀粉浆量（kg/h）C--淀粉浆比热容（kJ/（kg·K））t1--浆料初温（20+273=293K）t2--液化温度（90+273=363K）I--加热蒸汽焓，2738kJ/kg（0.3Mpa，表压）λ--加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377kJ/kg（1）淀粉浆量G：根据物料衡算，日投工业淀粉616.67t；连续液化，616.67/24=25.7（t/h）。