年产5万吨味精厂生产工艺设计1样本.doc

XX大学
课程设计任务书

20xx～20xx 年第x学期

学生姓名： 专业班级： 级生物工程
指导老师： 工作部门： 化工和材料学院
课程设计题目： 年产5万吨味精工厂生产工艺设计
课程名称：生化工程设备
一、课程设计内容
1、经过查阅啤酒（味精）生产工艺相关资料，熟悉现在啤酒（味精）生产基础工艺步骤。
2、进行糖化、发酵车间物料衡算和热量衡算等。
3、糖化车间设备设计及选型。
4、发酵种子罐、发酵罐选型及大小尺寸计算。
5、绘制糖化锅、发酵罐设计图。
6、撰写课程设计说明书
二、课程设计要求
（一）、设计规模要求
全班按学号分为10组（其中末尾为1、3、5、7、9，设计啤酒工厂；末尾为0、2、4、6、8，设计味精工厂）。
学号末尾
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
设计规模（万吨/年）
4
14
5
18
6
22
7
26
9
30

（二）、 课程设计说明书要求
学生在课程设计过程中可相互讨论，但要求各自独立完成并撰写设计说明书，设计说明书通常要求在5000字以上，具体内容以下：
1． 序言
2． 设计任务和设计基础依据
3． 工艺设计
关键包含步骤选择、生产工艺、物料衡算和热量衡算等。
4． 设备设计或设备选型
关键包含设备选型和设备大小计算等。
5． 收获和体会
6． 参考文件
三、课程设计应完成工作
1．课程设计说明书一份
2．糖化锅(啤酒)或发酵罐（味精）设计图1张
四、课程设计进程安排

集中讲授
实训及答疑
1
设计动员、下达设计任务书
2课时（十一周周一第1,2节，HF104）

2
查阅资料

12
3
设计计算
2课时（十一周周三第1,2节，HF104）
26

设计计算
4课时（十二周周二第1,2,3,4节，HF105）

4
绘图
2课时（十二周周三第1,2节，HF105）
8
5
整理、修改说明书、制作PPT
2课时（十二周周四第1,2节，HH201）
10
6
设计小结、考评
4课时（十二周周五第1,2,3,4节，HH501）
8
累计

16
64

五、关键参考资料
吴思方主编. 生物工程工厂设计概论. 中国轻工业出版社. .7
教研室主任署名：
年 月 日

年产5万吨味精厂生产工艺设计

摘 要

味精，学名“谷氨酸钠（C5H8NO4Na）”。谷氨酸是氨基酸一个，也是蛋白质最终分解产物。我们天天吃食盐用水冲淡400 倍，已感觉不出咸味，一般蔗糖用水冲淡200 倍，也感觉不出甜味了，但谷氨酸钠，用于水稀释3000倍，仍能感觉到鲜味，所以得名“味精”。
味精是采取微生物发酵方法由粮食制成现代调味品。
本设计为年产5万吨味精厂生产工艺，经过双酶法、谷氨酸中糖发酵和一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。了解味精生产中原料预处理、发酵、提取部分生产方法和生产步骤，依据实际情况来选择发酵工段适宜生产步骤，并对步骤中原料进行物料衡算、热量衡算及设备选择。最终，画出发酵工段工艺步骤图和平面部署图。
本设计工艺步骤为
发酵预处理（种子培养、原料预处理，制无菌空气）→发酵→等电点提取→中和制味精→浓缩结晶→精制分装。
该处理工艺含有结构紧凑简练，运行控制灵活等特点。为味精生产理想路径。含有良好经济效益、环境效益和社会效益。

关键词：谷氨酸钠、双酶法、糖发酵、等电点提取。

productive technology designed for the monosodium glutamate factory which produce 50,000 tons per year 

Abstract
Monosodium glutamate (MSG) is the sodium salt of the non-essential amino acid glutamic acid，which is the final resolve product from protein. If we dilute the salt with 400 times water, we can’t taste salty any more. If we dilute the sucrose with 200 times water, we can’t taste sweetness too. But even if 3000 times water, Monosodium glutamate still taste flavor.
Monosodium glutamate is a modern spice made of food by using microbial fermentation.
This productive technology designed for the monosodium 
glutamate factory which produces 50,000 tons per year by Double Enzyme、Sugar fermentation in glutamic acid and an isoelectric point of extraction to produce glutamic acid. We know through pretreatment of raw material、fermentation、extraction to learn Monosodium glutamate’s production methods and production process. According to its situation, choose the way to fermentation which suit for production process. At the same time balance the material 、heat and choose the equipment . Finally draw out the fermentation process flow diagram and floor plan.
The technological process of this design is:
Fermentation pretreatment（Seed development；Pretreatment of raw materials；System sterile air）→fermentation→Isoelectric point of extraction→neutralization to Production of MSG→Concentration crystal→processing and repacking.
this productive technology designed has many traits. Such as, well-knit structure, pithy quick control, lasting attacked, less sledge capacity,and its running and management is uncomplicated.

Key words: MSG; Double Enzyme; Sugar fermentation; Isoelectric point of extraction

目 录

课程设计任务书 I
摘 要 III
Abstract IV
1序言 1
1.1研究意义及目标 1
1.2研究目标和关键问题 1
1.3研究现实状况和内容 1
2工艺步骤选择及说明 1
2.1工程概况 1
2.1.1工厂概况 1
2.1.2设计依据 1
2.1.3设计范围 1
2.1.4设计标准 2
2.2味精发酵工艺步骤 2
2.2.1建设规模 2
2.2.2处理工艺步骤选择 2
2.2.3处理工艺路线确实定 2
2.3关键处理构筑物设计及选型 4
3工艺步骤计算 5
3.1味精厂计算和构筑物设计 5
3.1.1谷氨酸发酵物料衡算 5
3.1.2谷氨酸发酵热量衡算 9
3.1.3谷氨酸发酵水平衡计算 14
3.1.4谷氨酸发酵无菌氧气耗量衡算 15
3.1.3设备设计和选型 16
4关键参考文件 32
谢 辞 32
发酵罐附图 33

1 序言
1.1研究意义及目标
为加强对味精发酵了解。了解味精发酵工艺步骤，关键熟悉味精发酵过程中对发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料选择及物料平衡、热平衡、水平衡和无菌空气平衡计算。
1.2研究目标和关键问题
研究目标是理清味精发酵步骤工艺及生产工艺，关键问题是对味精发酵过程中包含发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料选择及物料平衡、热平衡、水平衡和无菌空气平衡计算。
1.3研究现实状况和内容
本设计为年产5万吨味精厂生产工艺，经过双酶法、谷氨酸中糖发酵和一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。了解味精生产中原料预处理、发酵、提取部分生产方法和生产步骤，依据实际情况来选择发酵工段适宜生产步骤，并对步骤中原料进行物料衡算、热量衡算及设备选择。最终，画出发酵工段工艺步骤图和平面部署图。

2 工艺步骤选择及说明
2.1工程概况
2.1.1工厂概况
通常味精厂年产味精5～10万吨，生产过程关键为：发酵预处理（种子培养、原料预处理，制无菌空气）→发酵→等电点提取→中和制味精→浓缩结晶→精制分装。味精生产厂家通常全部设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为关键生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并经过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供水经消毒、过滤系统处理，供水管路输送到各个生产需求部位。
2.1.2设计依据
1.生物工程工厂设计概论。【1】
2.味精相关资料。
2.1.3设计范围
本工程设计范围为：生产味精量达成年产5万吨左右要求
2.1.4设计标准
1．采取优异、合理、成熟可靠处理工艺，并含有显著环境效益、社会效益和经济效益。
2.工艺设计和设备选型能够在生产运行过程中含有较大灵活性和调整余地、能适应水质、水量改变，确保出水稳定，达标排放。
3.在运行过程中，便于操作管理，便于维修，节省动力消耗和运行费用。
2.2味精发酵工艺步骤
2.2.1建设规模
生产味精量达成年产5万吨左右。
2.2.2处理工艺步骤选择
1.味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：
（1）原料预处理及淀粉水解糖制备；
（2）种子扩大培养及谷氨酸发酵；
（3）谷氨酸提取；
（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。
2.和这四个工艺阶段相对应味精生产厂家通常全部设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为关键生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并经过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供水经消毒、过滤系统处理，供水管路输送到各个生产需求部位。
2.2.3处理工艺路线确实定
经过上述分析比较，其工艺步骤图2-1所表示。

斜面培养
摇瓶扩大培养
种子罐扩大培养
预处理
水解
过滤
淀粉水解糖
配料
发酵
空气压缩机
冷却
气液分离
过滤除菌
等电点调整
沉淀
离心
粗谷氨酸
溶解
中和制味精
母液
离子交换处理
粗谷氨酸溶液
粗谷氨酸
除铁
过滤
脱色
浓缩结晶
离心
小结晶
干燥
拌盐粉碎
粉状味精
大结晶
干燥
过滤
成品味精
图2-1 味精厂生产工艺【2】
配料罐
定容罐
二级种子罐
实消
降温
二级种子培养
消泡剂
水
无机盐
糖蜜
玉米浆
纯生物素
氮液
消泡剂
水
无机盐
糖蜜
玉米浆
纯生物素
一级种子
斜面
无菌空气
发酵罐
葡萄糖
定容罐
连消器
维持罐
换热器
消泡剂
高浓度糖液
液氨

图2-2 谷氨酸发酵工艺步骤【3】
2.3关键处理构筑物设计及选型
关键设备见表2-2。

表2-2 关键设备一览表

3工艺步骤计算
3.1味精厂计算和构筑物设计
3.1.1谷氨酸发酵物料衡算
⑴关键技术指标【4】
指标名称
单位
指标数

指标名称
单位
指标数
生产规模
t/a
50000
发酵初糖
Kg/
150
生产方法
中糖发酵，等电点-离子交换提取
淀粉糖化转化率
%
108
年生产天数
产品日产量
d/a
t/a
300
167
流加高浓糖
糖酸转化率
Kg/
%
500
60
产品质量
纯度99%
麸酸谷氨酸含量
%
95
倒罐率
%
0.2
谷氨酸提取率
%
95
发酵周期
h
40
味精对谷氨酸产率
%
122

⑵关键原材料质量指标
淀粉原料含量为80%，含水14%
⑶二级种子培养基（g/L）
水解糖50，糖蜜20，磷酸二氢钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5～10，泡敌0.6，生物素0.02mg，硫酸锰2mg/L，硫酸亚铁2mg/L。
⑷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2μɡ，泡敌1.0，接种量为8%
⑸谷氨酸发酵车间物料衡算
首先计算生产1000kg纯度为100%味精需耗用原材料和其它物料量。
⒈发酵液量
设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为220kg/，则发酵液量为：

式中 220—发酵培养基终糖浓度（kg/）
60%—糖酸转化率
95%—谷氨酸转化率
99.8%—除去倒罐率0.2%后发酵成功率
122%—味精对谷氨酸精制产率
⒉发酵液配制需水解糖量
以纯糖计算：
⒊二级种液量

⒋二级种子培养液所需水解糖量

式中 50—二级种液含糖量（kg/）
⒌生产1000kg味精需水解糖总量

⒍耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故耗用淀粉量为：

式中 80%—淀粉原料含纯淀粉量
108%—淀粉糖化转化率
⒎液氨耗用量
发酵过程用液氨调pH和补充氮源，耗用260～280kg；另外，提取过程耗用160～170kg，累计每吨味精消耗420～450kg。
⒏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：
累计耗糖蜜36.68kg
⒐氯化钾耗量

⒑磷酸二氢钾（）耗量

⒒硫酸镁（）用量

⒓消泡剂（泡敌）耗用量

⒔玉米浆耗用量（8g/L）

⒕生物素耗用量

⒖硫酸锰耗用量

⒗硫酸亚铁耗用量

⒘磷酸耗用量

⒙谷氨酸（麸酸）量
发酵液谷氨酸含量为：
实际生产谷氨酸（提取率95%）为：

⑹50000t/a味精厂发酵车间物料衡算表
物料名称
生产1t味精（100%）物料量
50000t/a味精生产物料量
每日物料量
发酵液量/
二级种液量/
发酵水解用糖量/kg
二级种培养用糖量/kg
水解糖总量/kg
淀粉用量/kg
液氨用量/kg
糖蜜用量/kg
氯化钾用量/kg
磷酸二氢钾用量/kg
硫酸镁用量/kg
泡敌用量/kg
玉米浆用量/kg
生物素用量/g
硫酸锰用量/g
硫酸亚铁用量/g
磷酸用量/kg
谷氨酸用量/kg
6.55
0.524
1441
26.2
1467.2
1529.9
420
36.68
5.24
0.524
4.24
6.55
4.19
0.0236
1.048
1.048
1.31
819.8
327.5
26.2
720.5
1.31
733.6
764.95
21
1.834
262
26.2
212
327.5
209.5
1180
5.24
5.24
6.55
40.99
1093.85
87.51
240.65
4375.4
245.02
255.49
701.4
6125.56
875.08
87.51
708.08
1093.85
699.73
3.94
175.02
175.02
218.77
136.91
3.1.2谷氨酸发酵热量衡算
热量衡算是依据能量守恒定律建立起来，热平衡方程表示以下：
           ∑Q入=∑Q出+∑Q损
式中 ∑Q入─输入热量总和（kJ）
∑Q出─输出热量总和（kJ）
∑Q损─损失热量总和（kJ）
通常， ∑Q入=Q1+Q2+Q3
∑Q出=Q4+Q5+Q6+Q7
∑Q损=Q8
式中 Q1—物料带入热量（kJ）
Q2—由加热剂（或冷却剂）传给设备和所处理物料热量（kJ）
Q3—过程热效应，包含生物反应热、搅拌热等（kJ）
Q4—物料带出热量（kJ）
Q5—加热设备需要热量（kJ）
Q6—加热物料需要热量（kJ）
Q7—气体或蒸汽带出热量（kJ）
把（4-5）～（4-7）式代入（4-4）式，得
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8
值得注意是，对具体单元设备，上述Q1～Q8各项热量不一定全部存在，故进行热量衡算时，必需依据具体情况进行具体分析。
连续灭菌和发酵工序热量衡算计算指标（以淀粉质为原料）
计算指标见表3.1。

表3.1 计算指标
项目
指标
淀粉糖化转化率
98.5%
发酵产酸率（浓度）
11%
发酵对糖转化率
60%
培养菌种耗糖为发酵耗糖
1.5%
谷氨酸提取收率
95%
精制收率
122%
商品淀粉中淀粉含量
80%
发酵周期（含辅助时间）
40h
整年工作日
300d
⑴ 培养液连续灭菌用蒸汽量：
采取发酵罐体积为200m3。
200m3发酵罐装料系数0.80，每罐产100%MSG量：
200×0.80×11%×95%×122%×1.272=25.94（t/d）
1.272－＝

年产商品味精5.0万吨，日产100%MSG167吨.发酵操作时间40h（其中发酵时间32 h）需发酵罐台数：
取11台

因为装罐率，所以每罐初始体积160m3糖浓度15.0g/dl，灭菌前培养基含糖20.0g/dl，其数量：

每日投（放）料罐次 （罐）取7罐次。
灭菌加热过程中用0.4mPa（表压）I=2743 KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C，再加热至120°C，冷却水由20°C升到45°C。
消毒灭菌用蒸汽量（D）：
D==3212 （kg/h）≈3.2 （t/h）
式中：3.97为糖液比热容， [KJ/（kg·°C）]
天天用蒸汽量：
3.2×3×3=28.8 （t/d）
高峰用蒸汽量：
3.2×7=12.8 （t/h）
平均用蒸汽量：
28.8/24=1.2（t/h）
⑵ 发酵罐空罐灭菌蒸汽量：
① 发酵罐体加热：
200m3，1Cr18Ni9发酵罐体重34.3t，冷却排管重6t，1Cr18Ni9比热容0.5 KJ/（kg·°C）[8]，用0.4mPa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15 mPa（表压）下由20°C升至127°C，其蒸汽量为：

② 填充发酵罐空间蒸汽量：
因200 m3发酵罐全容积大于200 m3，考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间罐之自由空间仍按500 m3计算，填充空间需蒸汽量：
D空=Vρ=200×1.39=278 （kg/h）
式中 ： V—发酵罐全容积（m3）
ρ—加热蒸汽密度（kg/ m3）0.15mPa（表压）时为1.39（kg/m3）
③ 灭菌过程热功当量损失：
辐射和对流联合给热系数α，罐外壁温度70°C。
α=33.9＋0.19×（70－20）=43.4[kg/（m3·h·°C）]
200m3发酵罐表面积为201㎡，耗用蒸汽量：
D损=
④ 罐壁附着洗涤水升温蒸汽消耗：

式中： 0.001—附壁水平均厚度（1mm）
1000—水密度 （kg/m3）
⑤ 灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量5%，空罐灭菌蒸汽消耗量;

每空罐灭菌1.5 h，用蒸汽量：
1511.6×1.5=2267.4 （kg/罐）
每日用蒸汽量：
2267.4=6802.2（kg/d）=6.8（t/d）
平均用蒸汽量：
6802.2/24 =283.4（kg/h）=0.028（t/h）
高峰用蒸汽量：
2267.44= 9069.6（kg/h）=0.9（t/h）
⑶ 液化工序热量衡算
（1）液化加热蒸汽量
加热蒸汽消耗量Ｄ可按下式计算
D=G×C×（T2-T1）÷[（h-i）η]
式中：G--淀粉浆量（kg/h）
G--淀粉浆比热容kJ/（kg*K）
T2--浆料初温（20+273=293K）
T1--液化温度（90+273=363K）
h--加热蒸汽焓2738kJ/kg（0.3Mpa,表压）
i--加热蒸汽凝结水焓，在363K时为377kJ/kg
①淀粉浆量G：依据物料衡算，日投工业淀粉255.49t；连续液化255.49/24=10.6（t/h）。加水量为1:2.5，分浆量为10600×3.5=37100（kg/h）
②粉浆比热C可按下式计算：
C=C0+C水
式中：C0--淀粉质比热容，取1.55kJ/（kg*K）
C水--水比热容，4.18 kJ/（kg*K）
C=1.55+4.18=3.53
③蒸汽用量
D=（kg/h）=4.1（t/h）
（2）灭酶用蒸汽量
灭酶时将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时i为419kJ/kg
D灭=（kg/h）=0.6（t/h）
要求在20min内使液化液由90℃升至100℃，则蒸汽高峰值为：
0.6×4=2.4（t/h）
以上两项累计，平均量4.1+0.6=4.7（t/h）；每日用量4.7×24=112.8（t/d）
⑷ 谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程热量衡算
年产5万吨商品味精，日产100%MSG167t，选择25m3强制内循环结晶罐，浓缩结晶操作周期24h，其中辅助时间4h。每罐产100%MSG 25.94t，需结晶罐台7台。每罐投入40g/dl中和脱色液（俗称原液）23m3，流加30g/dl母液32m3，过程中加水6m3，在70℃下真空蒸发结晶，浓缩3h，育晶17h。放料数量20m3
（1） 热量衡算
①来料带入热量：进料温度35℃，比热为3.5kJ/（kgoK）
  Q来料=（23×1.16+32×1.13）×3.5×35×103=7.7×106（kJ）
  ②加水带入热量：
        Q来水=6×4.18×35×103=8.8×105（kJ）
  ③晶种带入热量：MSG比热容1.67（kJ/（kgoK））
        Q来晶=1600×1.67×20=5.3×104（kJ）
④结晶放热：MSG结晶热为12.7kJ/mol
      Q晶热= =5.7×105（kJ）
⑤母液带走热量：分离母液12m3，折算为相对密度1.26时15t，比热容为2.83（kJ/（kgoK））
Q=15×103×2.83×70=3.0×106（KJ）
⑥随二次蒸汽带走热量：
Q二蒸=（23+32+6-20）×2626×106=1.077×108（kJ）
⑦随结晶MSG带走热量：
Q出晶=10×103×1.67×70=1.17×106（kJ）
需外界供给热量：
    Q=（Q母+Q二蒸+Q出晶）-（Q来料+Q来水+Q来晶+Q晶热）
    =（3.0×106+1.077×108+1.17×106）-（7.7×106+8.8×105+5.3×104+5.7×105）
    =9.5×107（kJ）
（2）计算蒸汽用量
每罐次用汽量：热损按5%折算。
D= =45830（kg/罐）
每罐浓缩结晶时间20h，每小时耗蒸汽高峰量：45830/20=2292（kg/h）
7台罐（实际是6.5台）同时运转，高峰用蒸汽量：
        6.5×2292=148898（kg/h）
每日用蒸汽量：
6.5×45830=297895（kg/d）=297.9（t/d）
每小时平均用蒸汽量：297.9/24=12.4（t/h）

⑸ 干燥过程热量衡算
分离后之湿MSG含水2%，干燥后达成0.2%，进加热之空气为18℃，相对湿度ψ=70%，经过加热器使空气升至80℃，从干燥器出来空气为60℃。
年产万吨商品味精，日产湿味精30.4t，二班生产，即30.4/16=1.9（t/h）。干燥水分量34（kg/h）
18℃空气湿含量ψ=70%，X0=0.009（kg/kg干空气），I0=41.8kJ/kg干空气；加热80℃，I1=104.5kJ/kg干空气
用公式：
Δ=（I2-I1）/（X2-X1）=Q物料+Q损失-Q初温
式中  Δ--空气经过干燥后热量改变（kJ/kg）
Q损失--损失热量，通常为有效热量10%
Q物料=1.9×103×（60-18）×0.4×4.18/34=3924（kJ/kg水）
Q损失=0.1×（595×4.18+0.47×60×4.18+3924-18×4.18）=645（kJ/kg水）
Δ=18×4.18-3924-645= -4494（kJ/kg水）
设X2=0.0108
   I2=I1+Δ（X2-X1）=104.5+（-4494）（0.0108-0.009）=96.4（kJ/kg空气）
空气耗量为：
    34/0.0108-0.009=18888（kg/h）
80℃时空气比容0.83m3/kg
实际消耗空气量为：
         18888×0.83=15677（m3/h）
耗用蒸汽量（D）：使用0.1Mpa（表压）蒸汽加热，热损失按15%计：
D=618（kg/h）
每日用蒸汽量：618×16=9888（kg/d）=0.99（t/d）
平均每小时用蒸汽量：9888/24=412（kg/h）=0.04（t/h）

生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果：
每日用蒸汽量为447.3t/d，每小时平均量为14.1t/h，高峰量为19.2t/h。100%MSG单耗蒸汽量：447.3/25.94=17.2（t/t）。
年产30000吨味精热量衡算表
名称
每日用量（t）
每小时均量（t）
高峰量（t）
单耗（t）
蒸汽
447.3
18.6
24.8
17.2

3.1.3谷氨酸发酵水平衡计算
⑴ 培养液冷却用水量：
由120°C热料经过和生料热交换，降至80°C，再用水冷却至35°C，冷却水由20°C升至45°C，计算冷却水量（W）：
W==68896（kg/h）=69（t/h）
全天用水量：
69×3×4=828（t/d）
发酵过程产生热量及冷却用水量：
发酵过程热量计算有下列多个方法：
⑴经过计算生化反应来计算发酵热Q总
Q总=生物合成热+搅拌热-汽化热
生物合成热可经过下列方程计算：
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2813KJ
C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4N+CO2+1.5H2O+890KJ
搅拌器=860×4.18×P（P—搅拌功率，KW）
汽化热=空气流量（m3/h）×（I出－I进）ρ
式中：I出，I进—进出之空气热焓（KJ/Kg赶空气）
ρ—空气密度
⑵ 经过燃烧热进行计算：
Q总=
相关物料燃烧热：
葡萄糖：15633KJ/Kg 谷氨酸：15424KJ/Kg
玉米浆：12289KJ/Kg 菌 体：20900KJ/Kg
以发酵6—12小时耗糖速率最快，为放热高峰。
经过冷却水带走热量进行计算：
在最热季节，发酵放热高峰期，测定冷却水量及进出口温度，然后即可算出最大发烧量Q最大， [KJ/（m3·h）]
Q最大=
⑶ 经过发酵液温度升高进行计算：
关闭冷却水观察罐内发酵液温度升高，用下式计算Q最大
Q最大=[KJ/（m3·h）]
式中： G—发酵液重量（kg）
C—发酵液比热容[KJ/（kg·°C）
t—1h内发酵液温度升高数（°C）
G1—设备筒体重量（kg）
C1—设备筒体比热容[KJ/（m3·h）]
V—发酵液体积（m3）
以上四种方法，以（3）比较简单实用。依据部分味精厂实测和经验数，谷氨酸发酵热高峰值约3.0×104 KJ/（m3·h）
200 m3发酵罐，装料量160 m3使用新鲜水，冷却水进口温度10°C，出口温度20°C，冷却水用量（W）：
W==114832.5 （kg/h）114.8 （t/h）
日运转7台，高峰用水量：
114.87=803.6（t/h）
日用水量：
803.6×0.8×24=15429.12（t/h）
平均用水量：
15429.12/24=642.88 （t/h）
式中： 0.8—各罐发烧情况均衡系数
3.1.4谷氨酸发酵无菌氧气耗量衡算
⑴单罐无菌空气耗用量
230m3规模通气搅拌发酵罐通气速率为0.20-0.45vvn，取0.45计算
①单罐发酵过程用气量：
（m3/h）
②单罐年用气量：
（m3/a）
⑵种子培养等其它无菌空气耗量
有经验去耗气量为发酵过程20%
故：
（m3/h）
单罐年用气量：
（m3/a）
⑶高峰无菌空气耗量：
（m3/h）
⑷车间无菌空气年耗量：
（m3/a）
⑸单耗：
（m3/h）

年产30000吨味精无菌空气衡算表：
发酵罐公称容积（m3）
单罐通气量（m3/h）
种子罐耗气量（m3/h）
高峰空气耗量（m3/h）
年空气耗量（m3/h）
空气单耗（m3/h）
200
4658
931.5
52164

9211

3.1.3设备设计和选型
⑴发酵罐
（一）发酵罐类型
选择机械涡轮搅拌通风发酵罐
（二）发酵罐容积确实定
伴随科技发展，现有发酵罐容量系列有：5，10，20，50，60，75，100，120，150，200，250，500m3等等。通常说来单罐容量越大，经济性能越好，但风险也越大，要求技术管理水平也越高，依据生产规模和实用性，能够先选择公称容积为200 m3六弯叶机械搅拌通风发酵罐。
（三）生产能力计算
现天天产99%纯度味精167吨，谷氨酸生产周期为40h（包含发酵、发酵罐清洗、灭菌进出物料等辅助操作时间）。则天天需发酵液体积为V发酵。天天产纯度为99%味精167吨，每吨100%味精需发酵糖液6.55m3：
V发酵=6.55×167×99%=1082.9（m3）
发酵罐填充系数为ψ=80%，则天天需要发酵罐总容积为V0（生产周期为40h）。
V0= V发酵/ψ=1082.9115/0.8=1353.6（m3）
（四）发酵罐个数确实定
以公称容积为200 m3六弯叶机械搅拌通风发酵罐为基础，则需要发酵罐个数为N
N= V发酵τ/（V总ψ.24）=1082.9×40/（200×0.8×24）=11.2（个）
则需要取公称容积为200 m3发酵罐12个；
现以单灌公称容量为200 m3六弯叶机械搅拌通风发酵罐为例，天天需要200m3N0个：
N0=1353.6÷200=6.8约为7个
实际产量为：

富裕量：（51297.7 -50000）/50000=2.6%，满足产量要求。
（五）关键尺寸计算：取高径比 H：D=2：1【5】

则有：

H=2D；
解方程得：

取D=5m
H=2D=10m；
封头高：

封头容积 ：
V封=16.4（m3）
圆柱部分容积：
V筒=197m3
验算全容积V全：

V全=V’全
符合设计要求，可行。
（六）冷却面积计算
对谷氨酸发酵，每1m3发酵液、每1h传给冷却器最大热量约为4.18×6000kJ/（m3·h）。
采取竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500 kJ/（m3·h·℃）。
平均温差Δtm：

32℃ 32℃
20℃ 27℃
12 5
代入

对公称容量200 m3发酵罐，天天装5罐，每罐实际装液量为

换热面积

（七）搅拌器计算 选择六弯叶涡轮搅拌器。
该搅拌器各部分尺寸和罐径D有一定百分比关系
搅拌器叶径

取Di=1.7（m）
叶宽 ：

弧长：

底距：

盘踞 ：

叶弦长：

叶距 ：

弯叶板厚：
δ=12（mm）
取两挡搅拌，搅拌转速N2可依据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。以等P0/V为基准[6]放大求得：

（八）搅拌轴功率计算
淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。
①计算Rem【6】

式中 D——搅拌器直径，D=1.7m
N——搅拌器转速，
ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3
μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N·s/m2
将数代入上式：

视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7
②计算不