味精发酵设计

味精发酵设计 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】化学化工学院生物与制药工程系生物工艺学课程设计题目：4500年产吨的味精发酵罐的设计名：姓郝嘉斌学号：业专：生物工程1301指导教师：赵秋勇20 17 年 1 月 13 日目录第一章设计依据、设计原则概述设计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；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。

本设计的任务是对一个年产一万吨的味精厂前两个阶段的工艺进行设计，主要是谷氨酸发酵阶段的设计。

设计的内容包括：1）确定生物反应器的类型、材质、反应温度和反应压强；2）进行物料衡算，确定反应器的公称容积和反应器各部主要尺寸；3）生物反应器通气和搅拌装置的设计，确定通气量和通气管内径；4）生物反应器传动形式的设计，能防止染菌和微生物污染；5）进行热量衡算，由换热器类型和进出料温度进行换热器传热面积的计算；6）确定搅拌器的类型，由搅拌器转速进行搅拌功率、搅拌轴直径的计算；7）其它辅助设备的设计与选型；设计依据1.《发酵工厂工艺设计概论》北京中国轻工业出版社 20082.《谷氨酸工程设计统一技术规定》北京轻工业出版社 19993.《化工工厂初步设计内容深度的规定》北京轻工业部颁发 20014.《化工厂公用设施设计手册》北京化学工业出版社 20055.《采暖通风及空气调节设计手册》北京建筑工业出版社 2006设计原则1.查阅大量文献，加大科技含量，采用先进、可靠、合理、经济的工艺。

2.贯彻符合实际、多向思考、反复求证的思想充分利用现有的资源、条件、设施，努力降低成本，达到符合技术经济的设计标准。

3.在符合实际的前提下，积极采用国内新技术、新设备，在节能降耗方面采取有效措施。

4.坚持环境保护“三同时”，采取可靠的治理措施，强化洁净工艺技术，做到达标排放第二章设计内容生物反应器的类型、材质、反应温度和反应压强的确定设计生产规模为年产4500吨纯度99%味精发酵罐。

使用机械搅拌发酵罐生产。

材质选用碳钢。

发酵罐设计在太原地区使用，综合当地气温和谷氨酸发酵温度，确定发酵罐的工作温度在32℃到34℃。

谷氨酸发酵为低压发酵，设计压力为，反应压力。

表1 设计条件表序号项目数值1名称谷氨酸发酵罐2用途99%味精的生产3反应压力（MPa）4工作温度（℃）32℃到34℃5公称容积（m3）506装量系数7工作地点太原市（室外）物料衡算及发酵罐的主要设计工艺技术参数（1）生产基础数据：生产规模： 4500吨／年生产规格：纯度为99％的味精生产方法：以工业淀粉为原料、双酶法糖化、低温浓缩、等电提取生产天数： 300天／年倒罐率： 1%发酵周期： 40小时生产周期： 48小时种子发酵周期： 8小时种子生产周期： 16小时原料淀粉含量： 80％发酵醪初糖浓度: 150 kg/m3淀粉糖转化率： 95％糖酸转化率： 50％谷氨酸提取收率： 80％味精对谷氨酸精制收率：112％发酵罐接种量： 2％发酵罐填充系数： 75％（2）种子培养基：种子培养基(g/L)：水解糖：25，糖蜜：20，玉米浆：10，MgS04：，MnSO4：，FeSO4：，K2HP04：1，尿素：，消泡剂：，泡敌：（3）谷氨酸发酵菌株:谷氨酸发酵菌株:目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。

本次选用北京棒杆菌及其诱变株D110等菌株。

（4）发酵培养基：发酵培养基(g/L)：水解糖：150，糖蜜：3， MgS04：，KCl．，Na2HP04：，MnSO4：，FeSO4：，尿素：40，消泡剂：4，泡敌：物料衡算表2 主要技术指标生产规模4500t/a发酵初糖150%生产方法中糖发酵，一次等电点提取发酵罐接种量2%年生产天数300d/a淀粉糖化转化率95%产品日产量15t/d糖酸转化率50%产品质量纯度99%麸酸谷氨酸含量90%倒灌率1%谷氨酸提取率80%生产周期48h味精对谷氨酸产率112%主要原材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。

淀粉浆量及加水量味精生产过程中，淀粉加水的比例为1：，即1000kg的工业淀粉调浆时的加水量为2500kg，由此制得的淀粉浆量为3500kg.淀粉浆中干物质（淀粉）的浓度 1000×86%/3500=%液化用酶的量淀粉液化用酶是α-淀粉酶，其用量为淀粉浆的%，即α-淀粉酶的用量为：3500×%=（kg）一般来说，CaCl2的加入量是淀粉浆量的%，那么CaCl2量3500×%=（kg）糖化酶的用量糖化酶的用量是淀粉浆量的%，即糖化酶量：3500×%=（kg）制得的24%糖化液的量为：1000×86%××98%/24%=3898(kg)24%的糖液的相对密度为，那么糖化液的体积就为：3898/=3576(l)加珍珠岩量和滤渣量淀粉需加入珍珠岩进行助滤，加入量为糖化液的%，即：3898×%=（kg）而过滤后的滤渣是含水70%的废珍珠岩，滤渣量有：(1-70%)=(kg)生产过程进入的蒸汽和洗水量3898+—3500—（++）—=(kg)其中淀粉原料每日用量为39000kg，则根据比例可得表3 糖化过程物料表以生产1t纯度为100%的味精需要的原辅料及其他物料为例：(1)发酵液量V1=1000/（150×50%×80%×99%×112%）=（m F）其中 150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3）50%——糖酸转化率80%——谷氨酸提取率99%——除去倒灌率1%后的发酵成功率112%——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算，G1=V1×150=（kg）其中 150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3）(3)种液量V2=2%V1=（m3）其中 2%——接种量(4)种子培养液所需水解糖量G2=25V2=（kg）其中 25——种液含糖量（kg/m3）(5)生产1t味精需水解糖总量为：G=G1+G2=+=（kg）(6)耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉可转化生成111kg葡萄糖，则理论上耗用淀粉量为：G淀粉=（80%×95%×111%）=（kg）其中 80%——淀粉原料含纯淀粉量95%——淀粉糖化转化率(7)尿素耗用量种子培养基耗尿素量为 =（kg）发酵培养基耗尿素量为 40V1=（kg）则耗尿素总量为(8)糖蜜耗用量种子培养基耗用糖蜜量为 20V2=（kg）发酵培养基耗用糖蜜量为 4V1=（kg）则耗用的糖蜜总量为（kg）(9)玉米浆耗量种子培养基玉米浆耗量为 8V2=（kg）耗用的玉米浆总量为（kg）(10)硫酸镁（MgSO4·7H2O）用量（V1+V2）=（+）=（kg）(11)硫酸锰耗用量2（V1+V2）=2×（+）= (g)(12)硫酸亚铁耗用量2（V1+V2）=2×（+）=(g)(13)氯化钾耗用量V1=×=（kg）(14)磷酸氢二钾（ K2HP04·7 H2O）耗用量1V2=1×=（kg）(15)Na2HP04耗用量=×=（kg）(16)泡敌耗用量（V1+V2）=（+）=（kg）(17)植物油耗用量V1=（kg）(18)谷氨酸量发酵液谷氨酸含量为：G1×50%×（1-1%）=×50%×99%=（kg）实际生产的谷氨酸为：×80%=（kg）4500t/a味精厂发酵车间的物料衡算表由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料衡算结果，可以得4500t/a味精厂发酵车间的物料平衡计算。

具体计算结果如下表：表4 物料衡算表物料名称生产1t味精（100%）物料量4500t/a味精（99%）生产的物料量每日物料量发酵液（m3）68318种子培养液（m3）发酵水解用糖（kg）种子培养用糖（kg）水解糖总量（kg淀粉原料（kg）尿素（kg）27375009125糖蜜（kg）273363玉米浆（kg）10945硫酸镁（kg）27872硫酸锰（g）139372硫酸亚铁（g）139372氯化钾（g54654磷酸氢二钾（kg）1368磷酸氢二钠（kg）13663泡敌（kg）41813谷氨酸（kg）4058109发酵罐的设计机械搅拌通风发酵罐是一种密封式受压设备，其主要部件包括：罐身、轴封、消泡器、搅拌器、联轴器、中间轴承、挡板、空气分布管、换热装置和人孔以及管路等。

发酵罐公称容积的确定现每天产99%纯度的味精15吨，谷氨酸生产周期为48h （包括发酵、发酵罐清洗、灭菌进出物料等辅助操作时间）。

则每天需发酵液体积为V 发酵。

每天产纯度为99%的味精15吨，每吨100%的味精需发酵糖液：V 发酵=×15×99%=（m 3）发酵罐填充系数为ψ=75%，则每天需要发酵罐的总容积为V 0（生产周期为48h ）。

V 0= V 发酵/ψ==（m 3）以公称容积为50 m 3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为基础，则需要发酵罐的个数为N 查表知公称容积为50 m 3的发酵罐的总容积为V 总= ，则有N= V 发酵τ/（V 总ψ*24）=×48/（××24）=（个）则需要取公称容积为50 m 3的发酵罐11个；实际产量为： 富裕量：（4900-4500）/4500=%，满足产量要求。

随着科技的发展，现有的发酵罐容量系列有：5，10，20，50，60，75，100，120，150，200，250，500m 3等等。

一般说来单罐容量越大，经济性能越好，但风险也越大，要求技术管理水平也越高，根据生产的规模和实用性，可以先选择公称容积为50m 3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐。

发酵罐各部主要尺寸计算（1）酵罐罐体的尺寸比例：DH～3 W =（～）Dd=（1/2～1/3）D8.0 BB～1 H---发酵罐筒身高度(m) D----罐内径(m) d----搅拌器直径 S----两搅拌器的间距 B----最下一组搅拌器距罐底的距离 W----挡板宽度（2）实际体积的计算：V 全=V 筒+2V 封头= m 3，忽略封头折边不计，则有：V 全=×H+2πD 3/24= 其中，设H=2D ， D 3+ D 3=，可求得D=（m ）取D=，则H=2D=查表可知封头高H 封=815（mm ），则全容积V ＇全= V 筒+2V 封头=×H+2πD 3/24+××2=（m 3）表5发酵罐的主要尺寸序号 名称 数值 1 公称容积（m 3） 502 公称直径（m ）3 反应器高度（m ）4 封头高（m ）5 罐体总高（m ）6 筒体体积（m 3）7 封头体积（m 3）8 实际体积（m 3）9 搅拌桨直径（m ）10 搅拌转数（r/min ） 110 11 电动机功率（kW ） 5512 搅拌轴直径（m ）13冷却方式列管发酵罐的通气设计（1）单罐发酵无菌空气的消耗量根据生产情况，50m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速度为—，计算时按最大值进行计算。