工厂设计-年产3万吨味精工厂发酵车间设计样本.doc

生化工厂设计概论课程设计

题目：年产3万吨味精工厂发酵车间设计

学 院：生 命 科 学 学 院
专 业：生 物 工 程
年 级：06 级
姓 名：XXX
学 号：XXX
指导老师：XXX
时 间：12月9日

序言
课程设计是一般高校本科教育中很关键一个步骤，同时也是理论知识和实际应用相结合关键步骤。本设计为年产3万吨味精厂生产车间设计，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。
谷氨酸单钠（monosodium glutamate）,呈强烈鲜味，商品名为味精。因味精含有肉类鲜味，现已成为大家普遍采取鲜味剂，其消费量在中国外均呈上升趋势。伴随大家对味精认识不停深入提升，对它营养价值、安全性及怎样正确使用全部有了普遍了解。味精含有很强鲜味（值为0.03%），现已成为大家普遍采取鲜味剂，其消费量在中国外均呈上升趋势。1987年3月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂教授联合委员会第十九次会议，宣告取消对味精食用限量，再次确定为一个安全可靠食品添加剂。
味精是一个强碱弱酸盐，它在水溶液中能够完全电离变成谷氨酸离子（GA︱+︱）和钠离子。味精进入胃后，受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人体吸收后，参与体内很多代谢反应，并于其它很多氨基酸一起共同组成人体组织蛋白质。味精能够促进大家食欲，提升人体对其它多种食物吸收能力，对人体有一定滋补作用。因为味精里含有大量谷氨酸，是人体所需要一个氨基酸，96％能被人体吸收，形成人体组织中蛋白质。它还能和血氨结合，形成对机体无害谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生氨毒性作用。所以，谷氨酸能用来预防和诊疗肝昏迷。因为谷氨酸参与脑组织蛋白质代谢和糖代谢，故而能促进中枢神经系统正常活动，对诊疗脑震荡和脑神经损伤有一定疗效。
从总体上说，味精行业发展前景是比较宽广，中国是世界上人口最多国家，而中国味精出口不足年产量1%，绝大部分味精全部在中国市场上消化了，伴随人民生活水平提升，大家对味精需求会越来越大，况且中国外市场上对味精消费不仅仅限于调味，而是广泛作为一个原材料或香料表面活性剂应用于医药和化妆品生产行业。由此可见，味精消费市场开拓是很有前景。
本文对味精发酵生产工艺及关键设备作简明介绍，以期有利于了解通气发酵工艺和关键设备相关知识。
设计内容为，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。
整个设计内容大致分成三部分，第一部分关键是味精生产工艺和设备选择；第二部分包含发酵罐、种子罐及空气分过滤器设计和选型；第三部分是工艺步骤和平面部署图。
在此次设计过程中，自始至终得到王能强老师悉心指导和同学热心帮助，在此表示衷心感谢！
即使作者在编写和修改过程中已做了很大努力，但因为水平有限和经验不足，其中还是有很多错误和不妥之处，敬请各位老师批评指点，以利于作者认识自己不足，不停修改和完善。

设计人：XXX
12月9日

绪论
味精是大家熟悉鲜味剂，又称谷氨酸钠，是L—谷氨酸单纳盐（Mono sodium glutamate）一水化合物（HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O）,或命名为u-氨基戊二酸单钠一水化合物。它含有一分子结晶水，其分子式为HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O，分子量187.13。含有旋光性，有D-型和L-型两种光学异构体。谷氨酸跟碱作用生成谷氨酸一钠，假如碱过量，则生成不含有鲜味谷氨酸二钠。
味精为八面柱状晶体，不溶于纯酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂，易溶于水，相对密度为1.65，熔点195℃，在120℃以上逐步失去分子中结晶水。
味精比旋光度[]=+25.16（C=10，2NHCl）。0.2%味精溶液pH为0.7。

味精生产大致经历了三个大阶段：
第一阶段：最早味精制造方法就是从天然食物材料中抽取，比如：将海带以热水煮过，取其汤液浓缩后即可得到含有味精浓缩液或调味粉。
第二阶段：最早商业化制造味精原料是面筋。 面筋即是面粉中蛋白质，采取方法是蛋白质水解法，因为面筋起源丰富，且含有高达23%麸胺酸，最适合做为制造味精原料。
第三阶段：1958年利用微生物生产味精发酵技术开发成功，关键是利用葡萄糖、果糖或蔗糖为糖源，经尤其筛选味精生产菌种吸收代谢后，合成大量麸胺酸，是属于生物合整天然胺基酸。这些尤其筛选微生物会将糖蜜中糖转变成麸胺酸。每消耗一千克糖，约可产生0.5千克麸胺酸，生产效率很高。

受经济危机影响，全球经济大幅缩水，国外餐饮业大幅受到影响，味精工业发展自然受到冲击，中国味精产业因为关键以内销为主，影响不大，又因为国家大幅扩大内需，是以发展前景乐观。

目录

序言...................................................................1
绪论...................................................................错误！未定义书签。
一.味精生产工艺........................................................4
1.1 味精生产工艺概述...............................................4
1.2 原料预处理及淀粉水解制备.....................................5
1.2.1 原料预处理..............................................5
1.2.2 淀粉水解制备..............................................5
1.3 种子扩大培养及谷氨酸发酵.......................................5
1.4 谷氨酸提取...................................................5
1.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工...................................5
二.发酵罐及种子罐设计和选型..........................................6
2.1 味精工厂发酵车间物料衡算......................................6
2.1.1 工艺技术指标及基础数据....................................6
2.1.2 谷氨酸发酵车间物料衡算..................................6
2.1.3 30000t/a味精厂发酵车间物料衡结果........................8
2.2 热量衡算........................................................9
2.2.1 液化工序热量衡算..........................................9
2.2.2 连续灭菌和发酵工序热量衡算................................9
2.2.3 谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程热量衡算.......................10
2.2.4 干燥过程热量衡算.......................................11
2.2.5 生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果.........................11
2.3 无菌空气耗量计算...............................................12
2.4 设备设计和选型.................................................12
2.4.1 发酵罐...................................................12
2.4.2 种子罐...................................................21
2.4.3 空气分过滤器.............................................27
2.4.4 味精厂发酵车间设备一览表.................................28
致谢..................................................................28
关键参考文件..........................................................29

一.味精生产工艺
1.1.味精生产工艺概述
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。
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，经过供水管路输送到各个生产需求部位。
味精发酵法生产总工艺步骤见图1。
空气
菌种
原料

空气压缩机
预处理
斜面培养

摇瓶扩大培养
冷却
水解

除铁
离心
沉淀
发酵
配料
过滤

气液分离
种子罐扩大培养
过滤

淀粉水解糖

过滤除菌
脱色

浓缩结晶

离心

等电点调整
过滤
干燥
大结晶
干燥
小结晶

拌盐粉碎

成品味精
粉状味精
母液
粗谷氨酸
粗谷氨酸

中和制味精
离子交换处理

粗谷氨酸溶液
溶解

1.2.原料预处理及淀粉水解制备
1.2.1.原料预处理
此工艺操作目标在于初步破坏原料结构，方便提升原料利用率，同时去除固体杂质，预防机器磨损。用于除杂设备为筛选机，常见是振动筛和转筒筛，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中碎和细碎作用，辊式粉碎机关键用于粒状物料中碎和细碎［3］。
1.2.2.淀粉水解制备
在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖过程称为淀粉糖化，所制得糖液称为淀粉水解糖。因为谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，所以必需将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。现在中国很多味精厂采取双酶法制糖工艺。
1.3.种子扩大培养及谷氨酸发酵
种子扩大培养为确保谷氨酸发酵过程所需大量种子，发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种扩大培养任务。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健壮生产种子。
谷氨酸发酵开始前，首先必需配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌工艺除采取连消塔—维持罐一喷淋冷却系统外，还可采取喷射加热器—维持管—真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但因为糖液粘度较大，流动性差，轻易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器加工制造成本较高，所以应用较少。
发酵设备，中国味精厂大多采取机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采取人工控制，检测仪表不能立即反应罐内参数改变，所以发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。
因为谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵罐使用。在北方地域因为空气湿度小、温度低，还可采取空气压缩、冷却过滤步骤，省去一级冷却设备［4］。
1.4.谷氨酸提取
谷氨酸提取通常采取等电点—离子交换法，中国有些味精厂还采取等电点—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］ 。
1.5.谷氨酸制取味精及味精成品加工
精制车间加工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。
味精中和液脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子交换树脂吸附色素。味精干燥过程，中国很多厂家还采取箱式烘房干燥，设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产要求。也有厂家使用气流干燥技术，生产量大，干燥速度快，干燥时间短，但干燥过程对味精光泽和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这么均不如振动式干燥床应用效果好[4]。

二．发酵罐及种子罐设计和选型
2.1.味精工厂发酵车间物料衡算
2.1.1 工艺技术指标及基础数据
生产规模：    6万吨／年(或12万吨／年)
生产规格：    纯度为99％味精
生产方法：    以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵，低温浓缩、等电提取
生产天数：    300天／年     
倒罐率：      0.5％
发酵周期：40-42小时     
生产周期：48-50小时
种子发酵周期：8-10小时
种子生产周期：12-16小时
发酵醪初糖浓度：    15％(W／V)    
流加糖浓度：45％(W／V)
发酵谷氨酸产率：    10％ 
糖酸转化率：      56％
淀粉糖转化率：      98％     
谷氨酸提取收率：    92％
味精对谷氨酸精制收率：112％
原料淀粉含量：86％   
发酵罐接种量：      10％
发酵罐填充系数：      75％
发酵培养基(W/V)：    水解糖 15％，糖蜜 0.3％，玉米浆 0.2%，MgSO4  0.04％，KCl 0.12％，Na2HPO4 0.16%，尿素 4％，消泡剂 0.04％
种子培养基(W/V)：    水解糖 2.5％，糖蜜 2％，玉米浆 l %，MgSO4 0.04％，K2HPO4 0.1％，尿素 0.35％，消泡剂 0.03％

2.1.2 谷氨酸发酵车间物料衡算
首先计算生产1000kg纯度为100%味精需耗用原辅材料及其它物料量。
（1）发酵液量V1

式中 220——发酵培养基初糖浓度（kg/m3）
56%——糖酸转化率
90%——谷氨酸提取率
97%——除去倒灌率0.3%后发酵成功率
110%——味精对谷氨酸精制产率
（2）发酵液配制需水解糖量G1
以纯糖算，

（3）二级种液量 V2

（4）二级种子培养液所需水解糖量 G2

式中 25——二级种液含糖量（kg/m3）
（5）生产1000kg味精需水解糖总量G为：

（6）耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用淀粉量G淀粉为：

式中 85%——淀粉原料含纯淀粉量
98%——淀粉糖转化率
（7）尿素耗用量
二级种液耗尿素量为V3

发酵培养基耗尿素为V4

故共耗尿素量为331.68kg
（8）甘蔗糖蜜耗用量
二级种液耗用糖蜜量V5

发酵培养基耗糖蜜量V6

累计耗糖蜜41.1kg
（9）氯化钾耗量GKCl

（10）磷酸氢二钾（K2HPO4）耗量G3

（11）硫酸镁（MgSO4·7H2O）用量G4

（12）消泡剂（泡敌）耗用量G5

（13）磷酸氢二钠耗用量G6

（14）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90%）为：

（15）玉米浆用量

2.1.3 30000t/a味精厂发酵车间物料衡算结果
年产30000吨味精物料横算表
物料名称
生产1t味精（100%）物料量
15000t/a味精生产物料量
每日物料量
发酵液（m3）
8.22
246.6
822
二级种液（m3）
0.822

82.2
发酵水解用糖（kg）
1809

二级种培养用糖（kg）
20.55

2055
水解糖总量（kg）
1829.55

淀粉(kg)
1978.7

尿素（或液氨）
331.68

糖蜜（kg）
41.1

氯化钾（kg）
9.87

987
磷酸氢二钾（kg）
0.822

82.2
硫酸镁（kg）
3.62

362
泡敌（kg）
3.54

354
磷酸氢二钠（kg）
13.15

1315
玉米浆（kg）
24.66

2466
谷氨酸（kg）
9.9

2.2 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：
           Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6
2.2.1.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=
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197.9t；连续液化，197.9/24=68.2（t/h）。加水为1：2.5，粉浆量为：6820×3.5=13870（t/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）
      X--粉浆干物质含量，24.6%
      C水--水比热容，4.18kJ/（kg·K）
        C=1.55 +4.18 =3.53（kJ/（kg·K））
③蒸汽用量
         D= =963（kg/h）
（2）灭酶用蒸汽量
  灭酶时将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时λ为419kJ/kg。
        D灭= =140（kg/h）
  要求在20min内使液化液由90℃升至100℃，则蒸汽高峰量为：
             140× =420（kg/h）
  以上两项累计，平均量963+140=1103（kg/h）；每日用量1.1×24=26.4（t/d）。
  高峰量：  963+420=1383（kg/h）

 2.2.2.连续灭菌和发酵工序热量衡算
（1）培养液连续灭菌用蒸汽量
发酵罐200m3装料系数0.75，每罐产100%MSG量：
     200×0.75×3%×85%×97%×1.272=11.27（t）
发酵操作时间48h（其中发酵时间38h），需发酵罐台数6台。
灭菌加热过程中用0.4Mpa蒸汽（表压）I=2743kJ/kg，使用板式换热器将物料由20℃预热至75℃，再加热至120℃。冷却水由20℃升至45℃。每罐灭菌时间3h，输料流量0.3（t/h）
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/（kgoK））
每日用蒸汽量：
             3.2×3×3=28.8（t/d）
高峰量：  3.2t/h
平均量： 28.8÷24=1.2（t/h）
（2）发酵罐空罐灭菌蒸汽用量
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0.5kJ/（kg·K），用0.2Mpa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15 Mpa（表压）下，由20℃升至127℃。其蒸汽量为986（kg）
②填充发酵罐空间所需蒸汽量：因200m3发酵罐全容积大于200m3，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200m3计算。填充空间需蒸汽量：
D空=Vρ=200×1.622=324.4（kg）
式中  V--发酵罐自由空间即全容积（m3）
ρ--加热蒸汽密度（kg/m3），0.2Mpa表压时为1.622
③灭菌过程热损失：辐射和对流联合给热系数α，罐外壁温度70℃。
α=33.9+0.19(70-20)=43.4(kJ/(m2·h·K))
200m3发酵罐表面积为201 m2，耗用蒸汽量：
D损= =199（kg）
④罐壁附着洗涤水升温蒸汽消耗41（kg）
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为：1632（kg/h）
每空罐灭菌1.5h，用蒸汽量：
          1632×1.5=2448（kg/罐）
每日用蒸汽量：
2448×3=7344（kg/d），平均量7344/24=306（kg/h）

2.2.3.谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程热量衡算
年产万吨商品味精，日产100%MSG 29.75t，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 10t，需结晶罐台4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）
4台罐（实际是3.5台）同时运转，高峰用蒸汽量：
         3.5×2292=8022（kg/h）
每日用蒸汽量：
3.5×45830=160405（kg/d）=160（t/d）
每小时平均用蒸汽量：160/24=6.7（t/h）

2.2.4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）
平均每小时用蒸汽量：9888/24=412（kg/h）

2.2.5.生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果：
每日用蒸汽量为338t/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：338/29.75=11.4（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
338
14.1
19.2
11.4

2.3无菌空气耗量计算
（1）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）
（2）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）
（3）高峰无菌空气耗量：
（m3/h）
（4）车间无菌空气年耗量：
（m3/a）
（5）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

2.4 设备设计和选型
2.4.1 发酵罐
（1）发酵罐选型
选择机械涡轮搅拌通风发酵罐
（2）生产能力、数量和容积确实定
①发酵罐容积确实定：选择200m3罐
②生产能力计算：现天天生产97%纯度味精100t，谷氨酸发酵周期为48h(包含发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。
天天产纯度为97%味精100t，每吨100%味精需糖液8.22m3
则天天需糖液体积为V：

设发酵罐填充系数φ=75%；则天天需要发酵需要发酵罐总体积为V0（发酵周期为48h）。

③发酵罐个数确实定：公称体积为200m3发酵罐，总体积为230 m3

取公称体积200 m3 发酵罐11个，其中一个留作备用。
实际产量验算：

富裕量

能满足产量要求
（3）关键尺寸计算：取高径比 H：D=2：1

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。
（4）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

（5）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d=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：

（6）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[8]

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计算不通气时搅拌轴功率P0：

式中 Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7
N——搅拌转速，N=80r/min=1.33r/s
D——搅拌器直径，D=1.7m
ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：

两挡搅拌：

③计算通风时轴功率Pg

式中 P0——不通风时搅拌轴功率（kW），
N——轴转速，N=80r/min
D——搅拌器直径（cm），D3=1.73×106=4.9×106
Q——通风量（ml/min），设通风比VVm=0.11~0.18，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.11；
则Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）

代入上式：

④求电机功率P电：

采取三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功率为1%；代入公式数值得：

（7）设备结构工艺计算
①空气分布器：本罐采取单管进风，风管直径φ133×4mm。
②挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板
③密封方法：本罐采取双面机械密封方法，处理轴和罐动静问题。
④冷却管部署：采取竖式蛇管
Ⅰ 最高负荷下耗水量W

式中 Q总——每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h发烧量和醪液总体积乘积

cp——冷却水比热容，4.18kJ/（kg·K）
t2——冷却水终温，t2=27℃
t1——冷却水初温，t1=20℃
将各值代入上式

冷却水体积流量为3.69×10-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中流速为1m/s，依据流体