2022年2022年谷氨酸发酵生产工艺设计 .pdf

武汉工程大学本科毕业设计（论文）I 摘要味精是人们熟悉的鲜味剂，是 L谷氨酸单钠盐(Mono sodium glutamate) 的一水化合物 (HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H20)，具有旋光性，有D型和 L型两种光学异构体。味精具有很强的鲜味(阈值为 0. 03%)，现已成为人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。1987 年 3 月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂1。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956 年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业2。该生产工艺和设备具有很强的典型性，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。整个设计内容大体分成三部分，第一部分主要是味精生产的工艺和设备选择；第二部分包括发酵罐、种子罐及空气分过滤器的设计与选型；第三部分是工艺流程和平面布置图。关键词： 味精发酵；工艺计算；设备选型；CAD 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）II Abstract monosodium glutamate production process can be divided into four processstages: (1) pretreatment of raw materials and the preparation of starch hydrolysis sugar;(2) seeds to expand cultivation and glutamic acid fermentation; (3) glutamic acidextraction andglutamate single preparation of sodium; (4) MSG refined. Corresponding to the four process stages saccharification workshop, set in the MSGplant fermentation workshop, extraction workshop and refining plant as the mainproduction plant. In addition, the steam requirements for the protection of the production process, set the boiler room, boiler combustion to produce steam, and gas pipelinetransportation to the various production needs parts. For the protection of the water of the entire factory production, the need to set the pump house, water for sterile filtration system processing, transportation and water supply pipes to the various productionneeds parts Kerword ：Pretreatment Hydrolysis Fermentation Key word: Monosodium glutamate fermentation; Process calculation; Equipment selection; CAD 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）III 目录摘要 . IAbstract . II一 前言 . - 1 -二味精生产工艺 . - 2 -2.1 味精生产工艺概述. - 2 -2.2 味精生产总工艺流程图 . - 2 -2.3 原料预处理及淀粉水解糖制备. - 3 -2.3.1 原料的预处理. - 3 -2.4 种子扩大培养及谷氨酸发酵. - 4 -2.5 谷氨酸的提取. - 5 -2.6 谷氨酸制取味精及味精成品加工. - 5 -三 工艺计算. - 6 -3.1 发酵工艺技术指标及基本数据. - 6 -3.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算 . - 6 -3.2.1 物料衡算结果 . - 8 -3.3.2培养液冷却水用量 . - 10 -3.3.3 发酵过程空气基本数据. - 10 -3.3.4发酵过程无菌空气用量计算. - 10 -四设备设计与选型. - 13 -4.1 发酵罐 . - 13 -4.1.1 发酵罐的选型及容积. - 13 -4.1.2发酵罐个数的确定 . - 13 -4.1.3主要尺寸设计 . - 14 -4.1.4冷却面积. - 14 -4.1.5搅拌器及搅拌轴功率. - 15 -4.1.6设备结构的设计 . - 17 -4.1.7支座选择. - 21 -4.2 种子罐 . - 22 -4.2.1种子罐容积和数量的确定. - 22 -4.2.2冷却面积的计算 . - 23 -4.2.3壁厚计算. - 23 -4.2.4设备结构的工艺设计. - 24 -4.2.5支座选型. - 27 -4.3 空气分过滤器. - 27 -4.3.1种子罐分过滤器 . - 27 -4.3.2发酵罐分过滤器 . - 28 -4.4 味精厂发酵车间设备一览表. - 29 -名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）IV 五 设计总结与体会 . - 30 -六参考文献 . - 31 -名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 1 - 一 前言味精是人们熟悉的鲜味剂，是 L谷氨酸单钠盐(Mono sodium glutamate) 的一水化合物 (HOOC-CH2CH(NH2)-COONa?H20)，具有旋光性，有D型和 L型两种光学异构体。味精具有很强的鲜味(阈值为 0. 03%)，现已成为人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。1987 年 3 月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从 1956 年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业。该生产工艺和设备具有很强的典型性，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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 2 - 二味精生产工艺2.1 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。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、 提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间， 利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通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。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。2.2 味精生产总工艺流程图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 3 - 图 1 味精生产总工艺流程图2.3 原料预处理及淀粉水解糖制备2.3.1 原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中菌种斜面培养摇瓶扩大培养种子罐扩大培养原料预处理水解过滤淀粉水解糖配料发酵空气空气压缩机冷却气液分离过滤除菌等电点调节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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 4 - 振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外，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的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。2.2.2 淀粉水解糖制备在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。2.4 种子扩大培养及谷氨酸发酵种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。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的健壮的生产种子。谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器维持管真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大，流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高，因而应用较少。发酵设备，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。由于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、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 5 - 可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备。2.5 谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等电点离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点锌盐法、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。2.6 谷氨酸制取味精及味精成品加工精制车间加工的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。味精中和液的脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产的要求。也有的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，这样均不如振动式干燥床应用效果好。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 6 - 三 工艺计算3.1 发酵工艺技术指标及基本数据（1）查生物工程工程设计概论P70表 4-8谷氨酸发酵工艺技术指标，选用主要指标如表 1 表 1 谷氨酸发酵工艺技术指标指标名称单位指标数生产规模t/a 100000 （味精）生产方法中糖发酵，一次等电点提取年生产天数d/a 320 产品日产量t/a 312.5 产品质量纯度 (%) 99倒灌率% 0.2 发酵周期h 50 发酵初糖kg/m3150 淀粉糖化转化率% 108 糖酸转化率% 60 麸酸谷氨酸含量% 95 谷氨酸提取率% 93 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85% ，含水 13% 。（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 510，泡敌 0.6 ，生物素0.02mg，硫酸镁 2mg ，硫硫酸亚铁2mg/L。（4）发酵培养基（ g/L ） 水解糖 150，糖蜜 4，硫酸镁 0.6 ，氯化钾 0.8 ，磷酸 0.2 ，泡敌 0.6 。（5）接种量为8% 。3.2 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）发酵液量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 7 - 3169.6%122%8 .99%93%602201000mV式中220发酵培养基终糖浓度（kg/m3）60%糖酸转化率93%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G1 以纯糖算，)(8.147122011kgVG（3）二级种液量V2312535.0%8mVV（4）二级种子培养液所需水解糖量G2kg75.265022VG式中50二级种液含糖量（kg/m3）（5）生产 1000kg 味精需水解糖总量G 为：kgGGG55.149821（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：kg7.2793%111%95%808 .2356淀粉G式中80%淀粉原料含纯淀粉量95%淀粉糖转化率（7）甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量V5kgVV7.102025名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 8 - 发酵培养基耗糖蜜量V6kgVV76.26416合计耗糖蜜37.46kg （8）氯化钾耗量GKCl kgVGKCl35.58.01（9）磷酸耗量G3 kgVG34.12 .013（10）硫酸镁（ MgSO47H2O）用量 G4kgVVG34.46. 0214（11）消泡剂（泡敌）耗用量G5kgVG01.46 .015（12）谷氨酸（麸酸）量发酵液谷氨酸含量为：kgG31.881%2.01%601实际生产的谷氨酸（提取率80% ）为：kg62.819%932 .11163.2.1 物料衡算结果由上述生产1000kg 味精（100% 纯度）的物料衡算结果，可求得100000t/a味精厂发酵车间的物料平衡计算。具体计算结果如下表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 9 - 3.3 发酵过程中的热量衡算3.3.1发酵热的计算estbQQQQ(KJ/h) 式中 , Qb为生物合成热 , 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 ,即: Qb=4.1860002091=5.244107(KJ/h) 而机械搅拌产生的热量Qst为: Qst = 3600 Pst (KJ/h) 式中 , - 搅拌功热转换系数, 为 0.92 Pst -搅拌轴功率 ,为 304.5kw 即计算得 : hkJPQstst/10085045.30492.036003600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=0.2Qb=1.05107(KJ/h) 故发酵热为 : Q=Qb+QstQe=5.24410710085041.05107=4.294107(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）6.69 6.691052.091 103种液（ m3）0.535 53500 167.188 发酵水解用糖（kg）1471.8 1.471084.594 105培养用糖（kg）26.75 2.6751068.359 103水解糖总量（kg）1498.55 1.49855 1084.683 105淀粉 (kg) 2793.7 2.7937 1088.73105糖蜜（ kg）37.46 3.7461061.171 104氯化钾（ kg）5.35 5.351051671.88 磷酸1.34 1.34105418.75 硫酸镁（ kg）4.34 4.341051356.25 泡敌（ kg）4.01 4.011051253.13 谷氨酸（ kg）820 8.21072.563 105名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 10 - 3.3.2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/10649.318.4)2045()3580(97.37.1742冷却式中： 4.186 为水的平均比热，Cj0kgk全天冷却水用量为天吨 /758.8/10758.82410649.332dkg3.3.3 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312.5t 味精的发酵液量为2.091 103 m3；种液： 1.67 102 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。3.3.4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。1、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0.180.35vvm ，取最高值 0.35 vvm 进行计算。（1） 单罐发酵过程用气量（常压空气）V550 85% 0.35 609817.5（m3/h）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 11 - （2） 单罐年用量VaV32 180=5.65 107（m3）式中180 每年单罐发酵批次2、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 20V1963.5（m3/h）单罐每年用气量为：)/(10827.218085 .1963180836amVVa式中 8 种子罐培养时间3、发酵过程高峰无菌空气消耗量)/(981755 .196355.9817914243maxhmVVV式中：5 种子罐数4、发酵车间无菌空气消耗量)/(10226.55938amVVVaat5、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：)/(10226.5/330hmGVVt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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 12 - 100 000 t/a味精无菌空气用量衡算表发 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 9817.5 1963.5 98175 5.226 1085226 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2.563 105t/a，公称容积 500 m3，全容积550 m3。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 13 - 四设备设计与选型4.1 发酵罐4.1.1 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（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。4.1.2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 （ 220 60% 93% 99.8%122%）=6.69m3，生产100 000t/a 味精为6.69 100000 = 6.69 105 m3 工作 320 天，每天需糖液体积：3m625.2090320/669000糖V若取发酵罐的填充系数=85% ，则每天需要发酵罐总容量为：V0=V糖/85%=2459.559(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：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 14 - （个）5550/00VN共需要的发酵罐数为：N1=V0 (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：55085%53206.69=111808（t）设备富裕量为（111808-100000） 100000 = 11.81%，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。4.1.3主要尺寸设计；封筒全3550m2VVV则有：5502242785.032DDDV全H=1.9D ；解方程得：mD8.675.15503H=1.9D=12.9m ；封头容积：V封=3.14156.8324=41（m3）圆柱部分容积：V筒=0.7856.8212.9=468m3验算全容积V全：3m5504124682封筒全VVVV全=V全符合设计要求，可行。4.1.4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 4.186000kJ/(m3h) 5。采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18 500 kJ/(m3h ) 8。平均温差 tm：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 15 - 2121mttlnttt3232202712 5 代入8512ln512tm换热面积33 .627850018.42.418600018.4mtKQFm4.1.5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mDDi27.238.63叶宽 ：mDB454.027.22.02 .0i弧长：mdl85.027.2375.0375.0底距：mDC27.238.63盘踞 ：mDdii7 .127.275.075.0叶弦长：mDLi57.027.225.025.0叶距 ：mDY8 .6弯叶板厚：=14（mm）取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据 50m3罐，搅拌直径1.05m，转速 N1=110r/min 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 16 - 以等 P0/V 为基准6放大求得：min/79.657.105.11103/23/22112rDDNN（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。计算 RemNDm2Re式中D搅拌器直径，D=2.27m N搅拌器转速，srN/1 .16079.65醪液密度，=1050 kg/m3醪液粘度，=1.310-3Ns/m2将数代入上式：43210103.1105033.127.2Rem视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7 计算不通气时的搅拌轴功率P0：530DNNPP式中Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N搅拌转速，N=65.79r/min=1.1r/s D搅拌器直径，D=2.27m 醪液密度，=1050kg/m3代入上式：kWWP39510395105027.21.17.43530两挡搅拌：kWPP790200计算通风时的轴功率Pg kWQNDPPg39. 008. 032031025.2式中P0不通风时搅拌轴功率（kW） ，5220102 .6790P名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 17 - N轴转速， N=65.79r/min D搅拌器直径（cm） ，D3=2.273106=1.17107Q通风量（ ml/min ） ，设通风比VVm=0.110.18 ，取低限，如通风量变大， Pg 会小，为安全。现取0.11；则 Q=467.50.11106=5.14107（ml/min ）代入上式：kWPg5 .30414.41017.179.65102.61025.239.0753求电机功率P 电：01.1P321g电P采用三角带传动1=0.92；滚动轴承 2=0.99，滑动轴承 3=0.98；端面密封增加功率为 1%7；代入公式数值得：kWP344.701.198.099.092.0304.5电4.1.6设备结构的设计空气分布器：本罐采用单管进风。挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。冷却管布置：采用竖式蛇管7 最高负荷下的耗水量W 12ttcQWP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/101.049418.125600018.47总cp冷却水的比热容，4.18kJ/（kgK）t2冷却水终温，t2=27t1冷却水初温，t1=20将各值代入上式名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 18 - skghkgW/58.99/10585.3202718.410049.157冷却水体积流量为9.95810-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：vWS总式中 W冷却水体积流量，W=9.958 10-2m3/s V冷却水流速，v=1m/s 代入上式：222m109.9581109.958总S进水总管直径：m356.0785.0109.958785.02总总Sd 冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径 d0，组数为 n，则：取 n=12，求管径。由上式得：mnSd103.0785.01210958.9785.020总查金属材料表选取1084mm 无缝管9，mmd100内mkgg/12.5，0dd内，认为可满足要求，104mm平均d。现取竖蛇管圈端部U 型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长度为0l：mmDl157050014.30 冷却管总长度L 计算：由前知冷却管总面积23.627mF现取无缝钢管 1084mm，每米长冷却面积为2025.0108.014.3mF则: mFFL2 .250925.03.6270名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 19 - 冷却管占有体积：3298.222 .2509108.0785.0mV 每组管长L0和管组高度：mnLL7 .2330另需连接管4.2m：mLL7.2292 .4-0实可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头500mm。设发酵罐内附件占有体积为1.5m3，则：总占有体积为3m68.4425.198.22418.2附件管液总VVVV则筒体部分液深为：mSVV07.118.6785.04168.4422封总竖式蛇管总高m12.07111.07管H又两端弯管总长ml57.10，两端弯管总高为1m，则直管部分高度：mHh11.07112.071管则一圈管长：mlhl71.2357.107.11220 每组管子圈数n0：圈86. 971.237 .23300lLn取 10 圈L实=23.711012（ 4.212）=2895.62509.2（m）现取管间距为mD27.0108.05 .25.2外，竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm） 。.校核布置后冷却管的实际传热面积：29452893.6104.014.3mLdF实平均实而前有 F=627.3m2，FF实，可满足要求。设备材料的选择名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 20 - 选用 A3钢制作，以降低设备费用。4.1.6.1发酵罐壁厚的计算计算法确定发酵罐的壁厚S CPPQS2（cm）式中P设计压力，取最高工作压力的1.05 倍，现取 P=0.4MPa D发酵罐内径，D=680cm A3 钢的应用应力， =127MPa 焊接缝隙，=0.7 C壁厚附加量（cm）321CCCC式中C1钢板负偏差，现取C1=0.8mm C2为腐蚀余量，现取C2=2mm C3加工减薄量，现取C3=0 cmmmC28. 08.2028 .0cmS81.128.04.07 .012726804.0选用 18mm 厚 A3钢板制作。封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式5如下：CPPQS2（cm）式中P=0.4MPa D=680cm =127MPa C=0.08+0.2+0.1=0.38 （cm）=0.7 cmS91.138.04 .07.012726804.04.1.6.2接管设计接 管 的 长 度 h 设 计 ： 各接 管 的 长 度h 根 据直 径 大 小 和 有无 保 温 层 ， 一般 取200500mm。接管直径的确定：按排料管计算：该罐实装醪量467.5m3，设 2h 之内排空，则物料体积流量smQ/065.0236005.4673发酵醪流速取v=1m/s;则排料管截面积为F物。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 37 页 - - - - - - - - - 武汉工程大学本科毕业设计（论文）- 21 - 2065.0mvQF物2785.0