谷氨酸发酵生产工艺设计(毕业论文)

谷氨酸发酵生产工艺设计(毕业论文)内容摘要：

Pst 搅拌轴功率 ,为 即计算得 :  hkJPQ stst /   而 Qe为排气使发酵液水分汽化带出的热焓 ,根据经验 ,可取 : Qe== 107(KJ/h) 故发酵热为 : Q=Qb+Qst－ Qe= 107＋ 1008504－ 107= 107(KJ/h) 物料名称 生产 1t味精（ 100%）的物料量 100000t/a 味精生产的物料量 每日物料量 发酵液（ m3） 105 103 种液（ m3） 53500 发酵水解用糖（ kg） 108 105 培养用糖（ kg） 106 103 水解糖总量（ kg） 108 105 淀粉 (kg) 108 105 糖蜜（ kg） 106 104 氯化钾（ kg） 105 磷酸 105 硫酸镁（ kg） 105 泡敌（ kg） 105 谷氨酸（ kg） 820 107 105 武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） 培养液冷却水用量 由培养液板式换热器灭菌流程可知， 120℃ 的热料先通 过与生料进行交换，降温至80℃ 后，再用冷却水冷却至 35℃。 在此过程中冷却水由 20℃ 升温至 45℃ ，由此计算出冷却水的用量： hkgW /)2045( )3580( 2 冷却 式中： 为水的平均比热，  Cj 0kgk  全天冷却水用量为 天吨 / dkg 发酵过程 空气基本数据 根据 100 000 t/a 味精厂发酵工艺技术指标及物料平衡计算结果，列出与空气消耗有关的基本数据有： 每天生产 味精的发酵液量为 103 m3； 种液： 102 m3； 发酵时间： 32h； 发酵周期（含清洗、灭菌等）： 40h； 发酵罐公称容积： 500 m3（ 9 个） ； 发酵罐装罐系数： 85％。 发酵过程无菌空气用量计算 发酵车间无菌空气消耗量主要用于谷氨酸发酵过程通风供氧，其次为种子培养的通气以及培养基压料输送也需要压缩空气。 此外，因设备和管路、管件等的消毒吹干以及其他损耗构成无菌空气的耗用量。 单罐发酵无菌空气耗用量 根据资料可知， 500m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为 ～ ，取最高值 vvm 进行计算。 （ 1） 单罐发酵过程用气量（常压空气） V＝ 550 85% 60＝ （ m3/h） （ 2） 单罐年用量 武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） Va＝ V 32 180= 107（ m3） 式中 180―― 每年单罐发酵批次 种子培养等其他无菌空气耗量 可根据接种量、通气速率、培养时间等进行计算。 单通常的设计习惯，是把种子培养用气、培养基压送及管路损失等算作一次，一般取这些无菌空气消耗量之和约等于发酵过程空气耗量的 20％。 故这项无菌空气耗量为： V’＝ 20％ V＝ （ m3/h） 单罐每年用气量为： )/( 9 6 31808 3639。 39。 amVV a  式中 8―― 种子 罐培养时间 发酵过程高峰无菌空气消耗量 )/(9 8 1 339。 m a x hmVVV  式中： 5―― 种子罐数 发酵车间无菌空气消耗量 )/( 3839。 amVVV aat  根据设计，实际味精年生产量为： G=100 000 t/a 故发酵车间无菌空气单耗量为： )/( 根据上述计算结果，可得出 100 000 t/a 味精无菌空气用量衡算表，如表所示。 100 000 t/a 味精无菌空气用量衡算表 武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） 发 酵 罐 公称容积（ m3） 单罐通气量（ m3/h） 种子培养 耗氧量（ m3/h） 高峰空气耗量（ m3/h） 年空气耗量（ m3/a） 空气单耗 （ m3/ t 味精） 500 98175 108 5226 注：发酵罐装料系数 85％，发酵周期 40h，年生产天数 320d，实际生产能力 105 t/a，公称容积 500 m3 ，全容积 550 m3。 四 设备设计与选型 发酵罐 发酵罐 的选型及容积 （ 1）发酵罐的 选型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） （ 2）生产能力、数量和容积的确定 当前 , 我国谷氨酸发酵占统治地位的发酵罐仍是机械涡轮搅拌 ,即大家所说的通用罐。 选用这种发酵罐的原因主要是 :历史悠久 ,资料齐全 , 在比拟放大方面积累了较丰富的成功经验 ,成功率高。 （ 3） 发酵罐容积的确定 : 随着科学技术的发展 , 生产发酵罐的专业厂家越来越多 , 现有的发酵罐容量系列如 5, 10, 20, 50, 60, 75, 100, 200, 150, 250, 500m3 等等。 一般来说单罐容量越大 , 经济性能越好 , 但风险也越大 , 要求技术管理水平也越高。 现代发酵技术成熟，使得大型发酵罐使用越来越广泛，且大型发酵罐效益好，考虑到这方面，我们决定用500m3 的发酵罐。 发酵罐个数的确定 生产能力的计算 ,每吨 99%纯度的味精需要 V=1000 247。 （ 220 60% 93% %122%） =，生产 100 000t/a 味精为 100000 = 105 m3 工作 320 天，每天需糖液体积：  糖V 若取发酵罐的填充系数φ =85%，则每天需要发酵罐总容量为： V0=V 糖 /85%=(m3) 先选用公称体积 500 m3 的机械发酵罐，其全容量为 550 m3。 那么每天需要 550 m3发酵罐个数为： （个）5550/00  VN 共需要的发酵罐数为： N1=V0τ 247。 (V 总 24)≈ 8(个 ) 每天应有 5个发酵罐出料，每年工作 320 天， 实际产量检验算： 550 85% 5 320247。 =111808（ t） 设备富裕量为（ 111808100000） 247。 100000 = %，能满足生产要求。 取公称体积 500 m3 发酵罐 9个，其中一个留作备用。 武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） 主要尺寸 设计 ；封筒全 3550m2  VVV 则有： 55 0224278 32  DDDV π全 H=； 解方程得：  mD  H==； 封头容积 ： V 封 = 247。 24=41（ m3） 圆柱部分容积： V 筒 = =468m3 验算全容积 V 全 ：  3m5504124682  封筒‘ 全 VVV V 全 =V’ 全 符合设计要求，可行。 冷却面积 对谷氨酸发酵，每 1m3 发酵液、 每 1h 传给冷却器的最大热量约为 6000kJ/(m3 h) [5]。 采用竖式蛇 管换热器，取经验值 K= 500 kJ/(m3 h℃ ) [8]。 平均温差Δ tm： 2121mtΔtΔlntΔtΔtΔ  32℃ 32℃ 20℃ 27℃ 12 5 代入 ℃Δ 8512ln 512t m  武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） 换热面积   mtK QF m   Δ 搅拌器 及搅拌轴功率 （ 1） 选用六弯叶涡轮搅拌器 该搅拌器的各部分尺寸与罐径 D 有一定比例关系 搅拌器叶径  mDD i  叶宽 ：  mDB 4 5 i  弧长：  mdl  底距：  mDC  盘踞 ：  mDd ii  叶弦长：  mDL i  叶距 ：  mDY  弯叶板厚： δ =14（ mm） 取 两挡搅拌，搅拌转速 N2可根据 50m3罐，搅拌直径 ，转速 N1=110r/min。 以等 P0/V为基准 [6]放大求得：  m in/ 3/23/22112rDDNN （ 2） 搅拌轴功率 淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视 为牛顿流体。 ①计算 Rem μ ρNDm 2Re  武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） 式中 D—— 搅拌器直径， D= N—— 搅拌器转速，  srN /  ρ —— 醪液密度，ρ =1050 kg/m3 μ —— 醪液粘度， μ = 103N s/m2 将数代入上式： 432 ＞ m 视为湍流，则搅拌功率准数 Np= ②计算不通气时的搅拌轴功率 P0： ρ530 DNNP P 式中 Np—— 在湍流搅拌状态时其值为常数 N—— 搅拌转速， N= D—— 搅拌器直径， D= ρ —— 醪 液密度，ρ =1050kg/m3 代入上式： kWWP 3 9 5103 9 5 1 0 5 35339。 0  两挡搅拌： kWPP 7902 39。 00  ③计算通风时的轴功率 Pg  kWQ NDPP g   式中 P0—— 不通风时搅拌轴功率（ kW）， 5220 0 P N—— 轴转速， N= D—— 搅拌器直径（ cm）， D3= 106= 107 Q—— 通风量（ ml/min），设通 风比 VVm=~，取低限，如通风量变大， Pg会小，为安全。 现取 ； 则 Q= 106= 107（ ml/min） 代入上式：  kWP g    ④求电机功率 P电： 武汉工程大学本科毕业设 计 （论文） 321 g  电P 采用三角带传动η 1=；滚动轴承η 2=，滑动轴承η 3=；端面密封增加功率为 1%[7]；代入公式数值得：  kWP 3 4 4. 3 0 4. 5 电 设备结构的设计 ① 空气分布器：本罐采用单管 进风。 ②挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板 ③密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 ④冷却管布置：采用竖式蛇管 [7] Ⅰ 最高负荷下的耗水量 W  12 ttc QW P  总 式中 Q 总 —— 每 1m3醪液在发酵最旺盛时， 1h 的发热量与醪液总体积的乘积  hkJQ /101 . 04 94 1 8. 1 2 56 0 7总 cp—— 冷却水的比热容， （ kg K） t2—— 冷却水终温， t2=27℃。